棘輪機構(3) (精品)

1、12n一、棘輪機構的基本結構和工作原理棘輪機構基本結構如圖7l所示，由棘輪3、棘爪2、4與主動擺桿1、機架5組成。主動擺桿1空套在與棘輪3固聯的從動軸上，驅動棘爪2與主動擺桿1用轉動副O(jiān)1相聯，止動棘爪4與機架5用轉動副O(jiān)2相聯，彈簧6可保證棘爪與棘輪嚙合。 4二、棘輪機構的類型二、棘輪機構的類型n常用棘輪機構可分為輪齒式與摩擦式兩大類： n1、輪齒式棘輪機構、輪齒式棘輪機構n按嚙合方式可分成外嚙合、內嚙合棘輪機構。(1) 單向式棘輪機構單向式棘輪機構的特點是擺桿向一個方向擺動時，棘輪沿同一方向轉過某一角度；而擺桿向另一個方向擺動時，棘輪靜止不動。雙動式棘輪機構，擺桿的往復擺動，都能使棘輪沿單

2、一方向轉動，棘輪轉動方向是不可改變的。圖7-3 單向式棘輪機構根據棘輪的運動又可分為兩種情況：若將棘輪輪齒做成短梯形或矩形時，變動棘爪的放置位置或方向后，可改變棘輪的轉動方向。棘輪在正、反兩個轉動方向上都可實現間歇轉動。 (2)雙向式棘輪機構(1) 偏心楔塊式棘輪機構偏心楔塊式棘輪機構的工作原理與輪齒式棘輪機構相同，只是用偏心扇形楔塊代替棘爪，用摩擦輪代替棘輪。利用楔塊與摩擦輪間的摩擦力與楔塊偏心的幾何條件來實現摩擦輪的單向間歇轉動。圖7-5 a 偏心楔塊式棘輪機構2 2、摩擦式棘輪機構、摩擦式棘輪機構圖7-6為常用的摩擦式棘輪機構，構件1逆時針轉動或構件3順時針轉動時，在摩擦力作用下能使?jié)L子

3、2楔緊在構件1、3形成的收斂狹隙處，則構件1、3成一體，一起轉動；運動相反時，構件1、3成脫離狀態(tài)。圖7-6 滾子楔緊式棘輪機構(2) 滾子楔緊式棘輪機構9三、棘輪機構的特點和應用三、棘輪機構的特點和應用n輪齒式棘輪機構結構簡單，易于制造，運動可靠，從動棘輪轉角容易實現有級調整，但棘爪在齒面滑過引起噪聲與沖擊，在高速時尤為嚴重。故常于低速、輕載的場合用作間歇運動控制。 n摩擦式棘輪機構傳遞運動較平穩(wěn)，無噪音，從動件的轉角可作無級調整。但難以避免打滑現象，因而運動準確性較差，不適合用于精確傳遞運動的場合。 10圖77所示為牛頭刨床工作臺橫向進給機構，n當曲柄1轉動時，經連桿2帶動搖桿4作往復擺動

4、；搖桿4上裝有圖74b所示的雙向棘輪機構的棘爪，棘輪3與絲杠5固連，棘爪帶動棘輪作單方向間歇轉動，從而使螺母6（工作臺）作間歇進給運動。n若改變驅動棘爪擺角，可以調節(jié)進給量；改變驅動棘爪的位置（繞自身軸線轉過180o后固定），可改變進給運動的方向。圖7711圖78所示的棘輪機構可以用來實現快速超越運動。n運動由蝸桿1傳到蝸輪2，通過安裝在蝸輪2上的棘爪3驅動與棘輪4固聯的輸出軸5按圖示5方向慢速轉動。當需要輸出軸5快速轉動時，可按輸出軸5轉動方向快速轉動輸出軸5上手柄，這時由于手動轉速大于蝸輪轉速，所以棘爪在棘輪齒背滑過，從而在蝸輪繼續(xù)轉動時，可用快速手動來實現輸出軸超越蝸輪的運動。12四、棘

5、輪機構設計中的主要問題四、棘輪機構設計中的主要問題n1、棘輪齒形的選擇n最常見的棘輪齒形為不對稱梯形，如圖7-12所示。n為了便于加工，當棘輪機構承受載荷不大時，可采用三角形棘輪輪齒（見圖7-1），三角形輪齒的非工作齒面可作成直線型和圓弧形。n雙向式棘輪機構，由于需雙向驅動，因此常采用矩形或對稱梯形作為棘輪齒形(圖7-4)。 圖7-12圖7-1圖7-4132、棘輪轉角大小的調整n(1) 采用棘輪罩如圖7-9所示。改變棘輪罩位置，使部分行程內棘爪沿棘輪罩表面滑過，從而實現棘輪轉角大小的調整。 圖7-9 14(2) 改變擺桿擺角n圖7-10所示棘輪機構中，通過改變曲柄搖桿機構曲柄長度OA的方法來改

6、變搖桿擺角的大小，從而實現棘輪機構轉角大小的調整。 圖7-1015(3) 多爪棘輪機構圖7-11要使棘輪每次轉動小于一個輪齒所對的中心角時，可采用棘爪數為n的多爪棘輪機構。如圖7-11所示為n=3的棘輪機構，三棘爪位置依次錯開/3，當擺桿轉角1在1/3 范圍內變化時，三棘爪依次落入齒槽，推動棘輪轉動相應角度2為2/3 范圍內/3整數倍。163、棘輪機構的可靠工作條件n(1) 棘爪可靠嚙合條件 圖7-12中為棘輪齒工作齒面與徑向線間的夾角，稱齒面角，L為棘爪長，O1為棘爪軸心，O2為棘輪軸心，嚙合力作用點為P（為簡便起見，設P點在棘輪齒頂），當傳遞相同力矩時，O1位于O2P的垂線上，棘爪軸受力最

7、小。圖7-12n當棘爪與棘輪開始在齒頂P嚙合時，棘輪工作齒面對棘爪的總反力FR相對法向反力FN偏轉一摩擦角。FN對O1點的矩使棘爪滑入棘輪齒根，而齒面摩擦力fFN有阻止棘爪滑入棘輪齒根的作用。為使棘爪順利滑入棘輪齒根并嚙緊齒根，兩力對O1點的矩應滿足cossinfLFLFNNtantan f故即（71）因此棘爪順利滑入齒根的條件為：棘輪齒面角大于摩擦角?；蚣唽偡戳R的作用線必須在棘爪軸心O1和棘輪軸心O2之間穿過。當材料的摩擦系數f0.2時，摩擦角180，因此一般取20O。n(2) 偏心塊楔緊條件對于圖7-5b所示的偏心楔塊式棘輪機構，擺桿逆時針轉動時，輪3對楔塊2在接觸點A作用正壓

8、力FN與摩擦力fFN（參見圖7-13）。正壓力FN有松開楔塊的作用，要使楔塊楔緊棘輪3，應使FN與fFN對O2的矩滿足圖7-5 b式中，為摩擦角；為楔塊廓線升角。因此偏心塊楔緊條件為：楔塊廓線升角小于摩擦角。也可用摩擦輪對偏心楔塊總反力FR的作用線必須通過兩回轉中心O1和O2的連接線段來判定。(3) 滾子楔緊條件n圖7-6所示滾子楔緊式棘輪機構，滾子受力情況如圖7-14所示。圖中當套筒1逆時針方向轉動時，在摩擦力FA作用下，滾子2有逆時針滾動的趨勢，因此星輪3在接觸點B對滾子有圖示摩擦力FB。摩擦力FA與FB使?jié)L子楔緊，其夾角為楔緊角，而滾子2在接觸點A、B的正壓力FNA和FNB欲將滾子擠向楔

9、形大端而松開。n因此滾子楔緊條件為：楔緊角小于兩倍的摩擦角。但角選擇過小，反向運動時滾子將不易退出楔緊狀態(tài)。圖7-13 sin2cos22dFddFNAAtan,ffFFNAA2代入上式，并整理得將（73）n1 1、機構的組成、機構的組成n通過，可以清楚地看到槽輪機構的基本組成。一、槽輪機構的組成及其工作原理一、槽輪機構的組成及其工作原理圖7-14212 2、工作原理、工作原理n如上圖所示，主動撥盤上的圓柱銷進入槽輪上的徑向槽以前，凸鎖止弧將凹鎖止弧鎖住，則槽輪靜止不動。圓柱銷進入徑向槽時，凸、凹鎖止弧剛好分離，圓柱銷可以驅動槽輪轉動。當圓柱銷脫離徑向槽時，凸鎖止弧又將凹鎖止弧鎖住，從而使槽輪

10、靜止不動。因此，當主動撥盤作連續(xù)轉動時，槽輪被驅動作單向的間歇轉動。22二、槽輪機構的基本類型及其應用二、槽輪機構的基本類型及其應用n1、類型、類型n常用的槽輪機構有兩種類型：一種是外嚙合槽輪機構，另一種是內嚙合槽輪機構。 n(1)外嚙合槽輪機構：圖7-14a 為外嚙合槽輪機構。 n(2)內嚙合槽輪機構：圖7-15為內嚙合槽輪機構。圖7-15232 2、應用舉例、應用舉例n槽輪機構結構簡單，容易制造。但工作時有一定程度的沖擊，故一般不宜用于高速轉動的場合。圖7-16為槽輪機構應用于電影放映機的間歇卷片機構中。圖7-16附加圖a 為槽輪兩次停歇時間不等的槽輪機構，附加圖b 為槽輪兩次停歇時間和運

11、動時間都不等的槽輪機構。除基本類型的槽輪機構外，尚有其它形式的槽輪機構，當需在兩相交軸間進行間歇傳動時，可采用球面槽輪機構。附加圖 c 為球面槽輪機構，通過激活該圖，可觀察到球面槽輪機構的工作過程。 3、球面槽輪機構、球面槽輪機構附加圖 c 球面槽輪機構26三、槽輪機構的運動性質n1槽輪機構運動系數n（1）外槽輪機構 如圖714所示外槽輪機構，為避免槽輪2在起動和停歇時發(fā)生剛性沖擊，圓柱銷A進入與脫出徑向槽時，槽的中心線應與圓柱銷中心的運動圓周相切。n若外嚙合槽輪2上均布的徑向槽數為z，則槽輪轉動22時，主動撥盤1的轉角21為22221z稱作槽輪運動角。n在槽輪的一個運動循環(huán)內（只有一個圓柱銷

12、時主動撥盤回轉一周），槽輪運動時間t2與撥盤1的運動時間t1之比稱為運動系數。n當撥盤為等速回轉時，這個時間比可以用轉角比來表示。n對于只有一個圓柱銷的槽輪機構，t1和t2分別對應撥盤1的轉角2和槽輪2運動時對應的撥盤1轉角21，因此槽輪機構運動系數為zzztt22222222112（7-4） 在一個運動循環(huán)內槽輪停歇時間t2可由值按下式計算 )1 ()1 (1121212ttttttt（7一5）要使槽輪2運動，必須使其運動時間t20，故由式(7-4)可得z2，即徑向槽的數目z應大于2，這樣槽輪機構的運動系數0.5，也就是說這種槽輪機構的運動時間總小于其停歇時間。若撥盤上均布k個圓柱銷，當其轉

13、動一周時，槽輪將被撥動k次，則運動系數較只有一個圓柱銷時增加k倍，故 zzkttk2)2(12（7一6）由上式知，槽數z3時，圓柱銷數目kl5；當z45時，kl3；當Z6時，A12。22zzk這樣可使，O5，但只有當1時槽輪2才能出現停歇，所以結合上式得zzkttk2)2(12（7一6）（7一7）30(2) 內槽輪機構內槽輪機構n內槽輪機構的運動系數為：z22)2(222221對于圖715所示內槽輪機構，圓柱銷A進入與脫出徑向槽時同樣應與徑向槽相切，因此槽輪2運動時間所對應的撥盤1轉角應為zzz221212（78） 當z3時k2，說明這種槽輪機構圓柱銷數量只能有1個。1)22(zzk22zzk

14、由上式知，這種槽輪機構運動系數總大于05。又因1時槽輪2才能出現停歇，所以 z2，即徑向槽數目應為z3。如均布 k個圓柱銷，槽輪 2運動仍應滿足，即n一、不完全齒輪機構的基本型式和工作原理一、不完全齒輪機構的基本型式和工作原理n不完全齒輪機構有三種傳動形式，即不完全內、外嚙合齒輪傳動及不完全齒輪齒條傳動。331、不完全齒輪機構的從動輪在一周轉動中可作多次停歇。因此，它能在較廣的范圍內得到應用。二、不完全齒輪機構的嚙合特點二、不完全齒輪機構的嚙合特點圖7-232、主、從動輪進入和脫離嚙合時速度有突變，沖擊較大。因此，一般只適用于低速輕載的工作條件。n由于不完全齒輪的前接觸段的起始點E與從動輪停歇

15、的位置有關，當兩輪齒頂圓的交點C在從動輪上第一個正常齒齒頂點C的右面（參見圖725）3、主動輪首、末齒齒頂需要修正，以解決運動干涉。1212OCOOOC主動齒輪的齒頂被從動齒輪的齒頂擋住，不能進入嚙合，發(fā)生齒頂干涉。即時n為避免干涉發(fā)生，可以將主動輪齒頂降低，使兩輪齒頂圓交點正好是C點或達不到C點。圖725中C點為主動輪首齒修頂后的齒頂圓與從動輪齒頂圓交點。n不完全齒輪的主動輪除首齒齒頂修正外，末齒也應修正，而其他各齒均保持標準齒高，不作修正。 373 3從動輪的運動時間和停歇時間從動輪的運動時間和停歇時間n不完全齒數z1l的主動輪等速轉動時，主動輪轉動=(1+2)角度，從動輪相應轉過角度為。

16、從動輪的運動時間t2為： 12122tt(7-15) 從動輪的停歇時間t2為 121221tt（716） n當主動輪不完全齒數z11時，從動輪的運動時間與停歇時間只需在上述關系式加上相當于正常齒輪嚙合的（z1l）個齒的嚙合時間即可，其公式分別為式中z1為主動輪假想齒數，即輪齒布滿節(jié)圓時的齒數。末齒修頂后，將減小2角，從而影響從動輪的運動時間與停歇時間。111212)12tzzt（111212121tzzt（717）（718）39為避免從動輪在開始運動和終止運動時的速度突變所產生的沖擊，可在兩輪上安裝瞬心線附加桿，使從動輪的速度平穩(wěn)增加和平穩(wěn)地減小。三、具有瞬心線附加桿的不完全齒輪機構三、具有瞬

17、心線附加桿的不完全齒輪機構圖726中K、L為首齒進入嚙合前的瞬心線附加桿，接觸點C為兩輪相對瞬心。此時1212COCOn傳動中 C點漸漸沿中心線O1O2向二齒輪嚙合節(jié)點C移動，n如果開始運動時C與O1重合，2可由零逐漸增大，不發(fā)生沖擊，瞬心線的形狀可根據2的變化要求設計。n同樣末齒脫離嚙合時也可以借助另一對瞬心線附加桿使2平穩(wěn)地減小至零。n加瞬心線附加桿后，2的變化情況如圖724中虛線所示。n從圖中看出，由于從動輪在開始運動時沖擊比終止運動時的沖擊大，所以經常只在從動輪開始運動的前接觸段設置瞬心線附加桿。一、單萬向聯軸節(jié)結構與運動情況一、單萬向聯軸節(jié)結構與運動情況下圖所示為單萬向聯軸節(jié)結構簡圖

18、，當主動軸轉一周，下圖所示為單萬向聯軸節(jié)結構簡圖，當主動軸轉一周，從動軸也轉動一周，但主動軸與從動軸的瞬時傳動比不同。從動軸也轉動一周，但主動軸與從動軸的瞬時傳動比不同。圖圖7-27單萬向聯軸節(jié)單萬向聯軸節(jié)其傳動比的計算公式為：其傳動比的計算公式為：12213cossin1cos（719） 上式說明，主動軸1以等角速度1輸入運動，從動軸3的輸出角速度是變化的。兩軸夾角一定，當10或180o時，分母值最小，傳動比值最大，其值為 cos1max13而當1900或2700時，分母值最大，傳動比值最小，其值為 cosmin13n當兩軸夾角值變化時，角速度比的值也將改變，圖728為不同軸夾角時，傳動比i31隨1變化曲線。由圖可知，傳動比的變化幅度隨軸夾角增加而增大。為使3波動不致過大，一般情況下兩軸夾角最大不超過35045。二、雙萬向聯軸節(jié)二、雙萬向聯軸節(jié)(DoubleUniversalJoint) 為避免從動軸產生角速度變化，可采用下圖所示的雙萬向聯軸節(jié)。 要使其傳動比恒等于1，則必須滿足下列兩條件： 1) 1=2，即主動軸與中間軸兩端的夾角必須等于從動