第三章其他常用機(jī)構(gòu)

1、第六章 其他常用機(jī)構(gòu)前面討論的平面連桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)，是組成機(jī)器的幾種主要機(jī)構(gòu)。除了 這些機(jī)構(gòu)以外，各種機(jī)器和儀器中還包含了許多其他各種類型和用途的機(jī)構(gòu)。 （如萬向節(jié)， 間歇機(jī)構(gòu)等） 。 本節(jié)將介紹幾種常用的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。 間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)：將機(jī)構(gòu)原動件的連續(xù)運(yùn)動改變?yōu)閺膭蛹闹芷谛詴r停時轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。 如：自動化機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)， 送料機(jī)構(gòu)和刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)， 包裝機(jī)的送給機(jī)構(gòu)以及食品、 印刷、 紡織等部門的許多自動化機(jī)械中， 都廣泛地應(yīng)用間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。 本章只介紹最常用的 二種。§6-1 棘輪機(jī)構(gòu)：（模型 掛圖）一、棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理：圖 6-1原動件 1棘輪 2組成 ：由 驅(qū)動爪

2、3棘爪：制動爪 （5 止回爪）機(jī)架（原動件 1 空套在與棘輪 2 相固聯(lián)的從動軸 4 上） 工作原理：當(dāng)原動件 1（搖桿 ）沿逆時針方向擺動時，與它相聯(lián)的驅(qū)動爪便借助于彈 簧或者自重的作用插入棘輪的齒槽內(nèi)， 使棘輪隨著轉(zhuǎn)過某個角度。 制動棘爪 5 在棘輪的 背上滑過。當(dāng)原動件 1 順時針方向擺動時， 驅(qū)動爪 3 在棘輪齒背上滑過， 這時彈簧片 6迫使 制動爪 5 插入棘輪的齒槽，阻止棘輪順時針方向轉(zhuǎn)動，故棘輪靜止不動。當(dāng)原動件 1 作連續(xù)地往復(fù)擺動時，棘輪作單向的間歇運(yùn)動。（桿 1 的擺動，可以由連桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，液壓傳動或電磁裝置得到。）分類： （掛圖） 圖 6-1 6-2 6-3按照結(jié)構(gòu)

3、特點(diǎn)，常用的棘輪機(jī)構(gòu)有下列兩大類：1、具有輪齒的棘輪機(jī)構(gòu) 這種棘輪外緣，內(nèi)緣或端面具有剛性的輪齒。它可分為：a、單動式棘輪機(jī)構(gòu)： 圖 6-1 其特點(diǎn)是：其主動件往復(fù)擺動一次時，棘輪只能單向間歇轉(zhuǎn)動一次。（搖桿向一個方向擺動時，棘輪沿同一方向轉(zhuǎn)過某一角度。而搖桿反向擺動時，棘 輪靜止不動。 ）b、雙動式棘輪機(jī)構(gòu)：圖 6-2 a b其特點(diǎn)是： 主動件往復(fù)擺動時， 都能使棘輪沿同一方向間歇轉(zhuǎn)動 （兩爪都 可驅(qū)動）。不過每次停歇的時間很短，棘輪每次的轉(zhuǎn)角也很小。這種機(jī)構(gòu)的棘 爪可制成平頭撐桿（直的，如圖a），或鉤頭拉桿（帶鉤頭的，如圖 b）。c、可變向的棘輪機(jī)構(gòu)：圖 6-3 a b這種機(jī)構(gòu)的棘輪采用矩

4、形（方形）齒。其特點(diǎn)是： 當(dāng)棘爪 1 在實(shí)線位置時， 主動桿將使棘輪沿逆時針方向間歇運(yùn) 動。當(dāng)棘爪 1 在虛線位置時，主動桿將使棘輪沿順時針方向間歇運(yùn)動。圖 b 為另一種常用的可變向的棘輪機(jī)構(gòu)：其棘輪齒形為矩形， 棘爪背面為斜面。 當(dāng)主動件反轉(zhuǎn)時， 它可以在棘輪齒背上 滑過去。若棘爪 1 在圖示的位置時，棘輪 2 將沿逆時針方向作間歇運(yùn)動；若棘爪 1 提起（有彈簧） ，并繞自身軸線轉(zhuǎn) 180 度后再插入棘齒中，即可 實(shí)現(xiàn)沿順時針方向的間歇運(yùn)動。若將棘爪提起繞自身軸線轉(zhuǎn) 90?后放下，架在機(jī)殼頂部的平臺上，則棘輪 與棘爪脫開，當(dāng)棘爪往復(fù)擺動時，棘輪靜止不動。這種機(jī)構(gòu)常用于牛頭刨床和插床工作臺的進(jìn)

5、給裝置中。2、摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)：圖 6-4上述具有輪齒的棘輪機(jī)構(gòu)，其棘輪轉(zhuǎn)角是不變的， 其大小為一個齒所對中心角的整 倍數(shù)。也就是說棘輪轉(zhuǎn)角是有級性改變的，如果需要無級性地變更棘輪的轉(zhuǎn)角，就需要 采用無棘齒的棘輪，圖 6-4 摩擦棘輪機(jī)構(gòu)） 。這種機(jī)構(gòu)是通過棘爪 1 與棘輪 2 之間的摩 擦力來傳遞運(yùn)動的 （3 為制動棘爪） ，故又稱摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)。 這種機(jī)構(gòu)在傳動中很少發(fā) 生噪音，但其接觸表面間容易發(fā)生滑動，為了增加時摩擦力，一般將棘輪做成槽形。三、特點(diǎn)及應(yīng)用：特點(diǎn)： 優(yōu)：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，運(yùn)動可靠等，轉(zhuǎn)角大小改變較方便。 缺：傳遞的動力不大，傳動平穩(wěn)性差，棘爪在齒背上滑行時易引起噪音，且齒

6、尖 易磨損。應(yīng)用： 由于以上特點(diǎn)適用于轉(zhuǎn)速不變，且間歇轉(zhuǎn)角不大的場合。 常用來實(shí)現(xiàn)間歇送給、分度、制動等。如：牛頭刨床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)；鐘表上 的發(fā)條機(jī)構(gòu)； （自行車飛輪） ；起重葫蘆防止重物自行下墜（防止鼓輪反轉(zhuǎn)）的 自鎖機(jī)構(gòu)以及電話的選線機(jī)構(gòu)；食品、 紡織、印刷等部門的許多自動化的機(jī)械 中。棘輪機(jī)構(gòu)，除了常用于實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動外，還能實(shí)現(xiàn)超越運(yùn)動。即從動件超 越主動件而轉(zhuǎn)動。如圖 6-5 所示的自行車后輪軸上的棘輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)人蹬腳踏車板時，經(jīng)過鏈輪 1 和鏈條 2 帶動內(nèi)圈具有棘輪齒的鏈輪 3 順 時針轉(zhuǎn)動，再經(jīng)過棘爪 4的作用，使后輪軸 5順時針轉(zhuǎn)動， 從而驅(qū)使自行車前進(jìn)。 但人經(jīng)常需要歇腳休息或下

7、坡時不需蹬踏板， 而自行車必須照常行駛。 此時， 后 輪軸 5 即超越鏈輪 3 而轉(zhuǎn)動，棘爪 4 則不起作用并受迫在棘輪齒背上不斷滑過。 所以自行車照常行駛。四、棘爪工作條件：圖 6-6五、棘輪，棘爪的幾何尺寸計算及棘輪齒形的畫法：1、與齒輪一樣， 棘輪的有關(guān)尺寸也是以模數(shù) m 作為計算的基本參數(shù)， 所不同的是棘輪 的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)是按頂圓齒距 p 計算的。模數(shù) m： m=p/ =D/z 由強(qiáng)度計算類比法確定選用標(biāo)準(zhǔn)值。 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m： 1 1.5 2 3 3.5 4 5 6 8 10 12 1416 18 20 22 24 26 30齒數(shù) z ：通常 z 在 830 內(nèi)選用（特殊用途的 z 可更小

8、或更大） 。當(dāng)選定齒數(shù)和按照強(qiáng)度要求確定模數(shù) m 以后，棘輪棘爪的主要幾何尺寸可按以 下經(jīng)驗(yàn)式計算：齒頂圓直徑： D=mz齒高 h=0.75m齒頂厚 ： a=m齒槽夾角 =60o 或 55o棘爪長度 ：L=2 m （其它尺寸參看機(jī)械零件手冊 ）2、作圖： 圖 6-6 由以上算出棘輪的主要尺寸后，可按下述方法畫出齒形：如圖 6-6 所示 a 根據(jù) D 和 h 先畫出齒頂圓和齒根圓 b 按照齒數(shù)等分齒頂圓得 A C等點(diǎn)c 由任一等分點(diǎn) A作弦 A B=a=m ；再由 B 到第二等分點(diǎn) C作弦 BCd 自 B、C 點(diǎn)分別作角度 OBC=OCB=90得 O點(diǎn)e 以 O為圓心， OB 為半徑畫圓交齒根圓

9、于 E 點(diǎn)。F 連 CE 得輪齒工作面，連 BE 得全部齒形。§6-2 槽輪機(jī)構(gòu)： 圖 6-7 或模型槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理： 圖 4-25 P43槽輪機(jī)構(gòu)又稱馬爾他機(jī)構(gòu)，圖為外嚙合的槽輪機(jī)構(gòu)。組成：槽輪（從動件，帶有徑向槽） 、撥盤（主動件，帶有圓柱銷）和機(jī)架組成 工作原理：主動件（撥盤）作勻速轉(zhuǎn)動時，驅(qū)使從動件（槽輪）作單向時停時轉(zhuǎn) 的間歇運(yùn)動。 撥盤上的圓柱銷 A 尚未進(jìn)入槽輪 2 的徑向槽時， 由于槽輪 2 的內(nèi)凹鎖住 弧 被盤 1 的外徑圓弧 卡住，故槽輪 2 靜止不動。圖示位置是：當(dāng)圓銷 A 開始進(jìn)入槽輪 2 徑向槽的情況。這時鎖住弧被松開，因此 槽輪 2 受圓銷 A 驅(qū)使沿

10、逆時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)圓銷 A 開始脫出槽輪的徑向槽時，槽輪的另一內(nèi)凹鎖住弧又被撥盤 1 的外徑圓 弧卡住，致使槽輪 2 又靜止不動，直到圓銷 A 再進(jìn)入槽輪 2 的另一徑向槽時，兩者又 重復(fù)上述的運(yùn)動循環(huán)。必須指出：當(dāng)槽輪的停歇位置需要高精度定位時，單靠鎖住弧是不能滿足要求的， 還必須加裝其他專門的定位裝置。二、分類特點(diǎn)及應(yīng)用：1、 分類：有兩種形式：a、外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)： （如圖 6-7 所示）其主從動件轉(zhuǎn)向相反，常用。 b、內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)：就是其主從動件轉(zhuǎn)向相同。2、 特點(diǎn)：優(yōu)：構(gòu)造簡單，制造容易，工作可靠，機(jī)械效率高 缺：槽輪轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)，有沖擊，運(yùn)轉(zhuǎn)中有較大動載荷，特別是槽數(shù) 少時更嚴(yán)重，

11、故不宜用于高速轉(zhuǎn)動的場合。3、應(yīng)用：由于以上特點(diǎn)，槽輪機(jī)構(gòu)一般用于： a、自動機(jī)床的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)：如圖 6-8 所示為六角車床刀架轉(zhuǎn)位槽輪機(jī)構(gòu)。刀架上有六種刀具，與刀架 固聯(lián)的槽輪 2 上開有六個徑向槽，撥盤 1 上裝有一個圓銷。撥盤每轉(zhuǎn)一周，圓 銷 A 就進(jìn)入槽輪一次，驅(qū)使槽輪（即刀架）轉(zhuǎn)過60?，從而將下一工序的刀具轉(zhuǎn)換到工作位置。b、 轉(zhuǎn)速不變，要求間歇地轉(zhuǎn)過一定角度的分度裝置中。 例如：間歇隙轉(zhuǎn)動工作臺或刀架；在化工廠管道系統(tǒng)中用的啟閉閥門； 電影放映機(jī)膠片間歇移動機(jī)構(gòu)等。三、槽輪機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)：槽輪機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)是槽數(shù) Z 和撥盤圓銷數(shù) K ：1、 輪槽數(shù) Z 的選擇： 為了避免槽輪在開

12、始和終止轉(zhuǎn)動時發(fā)生剛性沖擊， 圓銷 A 在開始進(jìn)入徑向槽或自徑 向槽中退出時，徑向槽的中心線應(yīng)與圓銷中心的軌跡圓相切，即：O2 A O1A根據(jù)四邊形內(nèi)角之和等于 2 的性質(zhì)可知： 2 1 2 2設(shè) Z 為槽輪上均勻分布的徑向槽數(shù)目，則當(dāng)：2槽輪 2 轉(zhuǎn)過 2 2 = 弧度時，Z2撥盤 1 的轉(zhuǎn)角 2 1= 2 2= 。Z在一個運(yùn)動循環(huán)中，槽輪 2 的運(yùn)動時間 tm與主動件撥盤 1的運(yùn)動時間 t 之比稱運(yùn)動特性系數(shù) ，即tmt2 ）為一個循對于只有一個圓銷的槽輪機(jī)構(gòu)，若撥盤（主動件）等速轉(zhuǎn)動一周（環(huán)，其所需時間為 t，而主動件轉(zhuǎn)過 2 1 角時，帶動槽輪轉(zhuǎn)動一次，其所需時間為tm，因主動件是等角

13、速度轉(zhuǎn)動。所以，時間比可以化成主動件上對應(yīng)轉(zhuǎn)角之比。因此特性系 數(shù) 為：tm 2 1t2112ZZ22Z6-3)當(dāng)撥盤轉(zhuǎn)動2 1 這段時間，槽輪是轉(zhuǎn)動的，其余時間不動）由于 tm>0 ，故 >0 ，才能保證槽輪運(yùn)動。由（ 6-3）式，只有 Z 3時，才能保證槽輪運(yùn)動。但 Z=3 的槽輪機(jī)構(gòu)，由于槽輪的角速度變化很大，圓銷進(jìn)入或脫出徑向槽的瞬時，槽輪角加速度也很大 （ a增大）會引起較大的振動和沖擊， 所以很少應(yīng)用。 一般取 Z >3。1. 主動件上圓銷數(shù)的選擇：由（ 6-3 ）式知：總是小于 0.5 的， <0.5， 即槽輪的運(yùn)動時間總小于靜止時間， tm<ts

14、。如果撥盤上裝有數(shù)個圓銷，則可以得到 >0.5 的槽輪機(jī)構(gòu)。 設(shè)均勻分布的圓銷數(shù)為 K ，則一個循環(huán)中， 槽輪的運(yùn)動時間為只有一個圓銷時的 K倍，即：k(z 2)( 1)2z（6-4）1表示槽輪 2 與撥盤一樣連續(xù)不能實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動）由上式得：K2Z（6-5）Z2由上式知：槽數(shù)Z=3，圓銷數(shù)目K=15 ；槽數(shù)Z=45，圓銷數(shù)目K=13 ；槽數(shù)Z6，圓銷數(shù)目K=12 ；運(yùn)動系數(shù)還應(yīng)當(dāng)小于 1（Z 9 的槽輪機(jī)構(gòu)極少用， 因?yàn)橹行木嘁欢〞r， 且由（6-3）式，當(dāng) Z 9時，Z增大，運(yùn)動特性系數(shù)Z 增大，尺寸增大， 慣性力矩增大。的變化不大 （起不到明顯的作用）所以一般?。?Z=48 。§6-3 不完全齒輪機(jī)構(gòu)： 圖 6-9一、組成：1. 主動輪只有一個齒或幾個齒的不完全齒數(shù)。2. 從動輪普通的完整齒輪（圖 6-9c）或正常齒和帶鎖住弧的厚齒彼此相間組成（圖 6-9ab）。3. 機(jī)架。二、工作原理：當(dāng)主動輪的有齒部分作用時，從動輪 2 被驅(qū)使轉(zhuǎn)動； 當(dāng)主動輪的無齒圓弧部分作用時，從動輪靜止不動。因而，當(dāng)主動輪連續(xù)轉(zhuǎn)動時，從動輪獲得時轉(zhuǎn)時停的間歇運(yùn)動。不難看出，每當(dāng) 主動輪 1連續(xù)轉(zhuǎn)過一周時， 圖 6-9a、b、c所示機(jī)構(gòu)的從動輪分別轉(zhuǎn)過 1/8、1/4 和一周。 為了防止從動輪在停歇期間游動，兩輪的輪緣上各裝有鎖住弧