第六章間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與組合機(jī)構(gòu).

1、第六章間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與組合機(jī)構(gòu)在機(jī)械和儀表中，常常需要原動(dòng)件作連續(xù)運(yùn)動(dòng)， 而從動(dòng)件則產(chǎn)生周期性時(shí)動(dòng)時(shí)停的間歇 運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)這種間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)很多， 本章僅介紹最常見(jiàn)的幾種。連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工程中最常用的幾種基本機(jī)構(gòu)。對(duì)于比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)變換， 某種基本機(jī)構(gòu)單獨(dú)使用往往難以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的需要，因此，把若干種基本機(jī)構(gòu)用一定的方式聯(lián)接起來(lái)成為組合機(jī)構(gòu)，以便得到單個(gè)基本機(jī)構(gòu)所不能具有的運(yùn)動(dòng)性能。在本章最后將介紹幾種組合機(jī)構(gòu)。§ 6-1槽輪機(jī)構(gòu)一、槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理槽輪機(jī)構(gòu)又稱(chēng)馬爾他機(jī)構(gòu)，它是由槽輪、裝有圓銷(xiāo)的撥盤(pán)和機(jī)架組成的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)機(jī)

2、構(gòu)。如圖6-1所示，它由帶圓銷(xiāo) A的主動(dòng)撥盤(pán)1，具有徑向槽的從動(dòng)槽輪 2和機(jī)架組成。撥盤(pán)作 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)槽輪作時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的單向間歇運(yùn)動(dòng)。當(dāng)撥盤(pán)上圓銷(xiāo)A未進(jìn)入槽輪徑向槽時(shí)，由于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧 被撥盤(pán)的外凸圓弧卡住，故槽輪靜止。圖示位置是圓銷(xiāo)A剛開(kāi)始進(jìn)入槽輪徑向槽時(shí)的情況，這時(shí)鎖止弧剛被松開(kāi)，因此槽輪受圓銷(xiāo)A的驅(qū)動(dòng)開(kāi)始沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)圓銷(xiāo) A離開(kāi)徑向槽時(shí)，槽輪的下一個(gè)內(nèi)凹鎖止槽又被撥盤(pán)的外鎖止槽卡住， 致使槽輪靜止，直到圓銷(xiāo) A在進(jìn)入槽輪另一徑向槽時(shí)，兩者又重復(fù)上述的運(yùn)動(dòng)循環(huán)。槽輪機(jī)構(gòu)有兩種基本型式：一種是外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)，如圖6-1所示，另一種是內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)，如圖6-2所示。圖6-2內(nèi)嚙

3、合槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械效率高，并且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此在自動(dòng)機(jī)床轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、電影放 映機(jī)卷片機(jī)構(gòu)等自動(dòng)機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用。、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(pán)圓銷(xiāo)數(shù)K。如圖6-1所示。為了使槽輪 2在開(kāi)始和終止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)角速度為零，以避免圓銷(xiāo)A與槽輪發(fā)生撞擊，圓銷(xiāo)進(jìn)入或脫出徑向槽的瞬時(shí)，徑向槽的中線(xiàn)應(yīng)與圓銷(xiāo)中心相切，即O2A應(yīng)與OiA垂直。設(shè)z為均勻分布的徑向槽數(shù)，當(dāng)槽輪 2轉(zhuǎn)過(guò)2 2= z弧度時(shí)，撥盤(pán)1相應(yīng) 轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)角為：小2兀2i 二-2：2（6-1）z在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，槽輪 2的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t與主動(dòng)撥盤(pán)轉(zhuǎn)一周的總時(shí)間t之比，稱(chēng)為槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù).。用表示。槽輪停止時(shí)間

4、 t與主動(dòng)撥盤(pán)轉(zhuǎn)一周的總時(shí)間t之比，稱(chēng)為槽輪的靜止系數(shù)，用.表示。當(dāng)撥盤(pán)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，時(shí)間之比可用槽輪與撥盤(pán)相應(yīng)的轉(zhuǎn)角之比來(lái)表 示。如圖6-1所示，只有一個(gè)圓銷(xiāo)的槽輪機(jī)構(gòu)，t > t、t分別對(duì)應(yīng)于撥盤(pán)的轉(zhuǎn)角為2冷、（2t2gi）、2恥因此，該槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)和靜止系數(shù)分別為：2nsjr _ (6-2)(6-3)2：z z-2112 二2 二2z 2 z”亠.1t t2z 2 z為保證槽輪運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)系數(shù)應(yīng)大于零。由式（6-2）可知，槽輪的徑向槽數(shù) z應(yīng)等于或大于3。由式（6-2）還可以看出，這種槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù).恒小于0.5，即槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t總小于靜止時(shí)間t。欲使槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù).

5、大于0.5,可在撥盤(pán)上裝數(shù)個(gè)圓銷(xiāo)。設(shè)撥盤(pán)上均勻分布的圓銷(xiāo)數(shù)為K，當(dāng)撥盤(pán)轉(zhuǎn)一整周時(shí)，槽輪將被撥動(dòng)K次。因此，槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為單圓銷(xiāo)時(shí)的K 倍。即:(6-4)K(z-2)2z運(yùn)動(dòng)系數(shù)還應(yīng)當(dāng)小于1 （ =1表示槽輪2與撥盤(pán)1 一樣作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)） 故由上式得:K(z-2)2z即K（6-5）z -2由上式可知，當(dāng)z=3時(shí)，圓銷(xiāo)的數(shù)目可為 15，當(dāng)z=4或5時(shí)，圓銷(xiāo)數(shù)目可為13,而 當(dāng)z>6時(shí)，圓銷(xiāo)的數(shù)目為1或2。從提高生產(chǎn)效率觀(guān)點(diǎn)看，希望槽數(shù)z小些為好，因?yàn)榇藭r(shí)也相應(yīng)減小，槽輪靜止時(shí)間（一般為工作行程時(shí)間）增大，故可提高生產(chǎn)效率。但從動(dòng)力 特性考慮，槽數(shù)z適當(dāng)增大較好，因?yàn)榇藭r(shí)槽輪

6、角速度減小，可減小震動(dòng)和沖擊，有利于機(jī) 構(gòu)正常工作。但槽數(shù) z>9的槽輪機(jī)構(gòu)比較少見(jiàn)。因?yàn)椴蹟?shù)過(guò)多，則槽輪機(jī)構(gòu)尺寸較大，且轉(zhuǎn) 動(dòng)時(shí)慣性力矩也增大。另外，由式（6-3）可知，當(dāng)z>9時(shí)，槽數(shù)雖增加，運(yùn)動(dòng)系數(shù).的變化卻不大，故z常取為48。§ 6-2棘輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理及應(yīng)用圖6-3所示為外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)。它由擺桿1、棘爪2、棘輪3、止回爪4和機(jī)架5組成。通常以擺桿為主動(dòng)件、棘輪為從動(dòng)件。當(dāng)擺桿1連同棘爪2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，棘爪進(jìn)入棘輪的 相應(yīng)齒槽，并推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度；當(dāng)擺桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，棘爪在棘輪齒頂上滑過(guò)。為了防止棘輪跟隨擺桿反轉(zhuǎn)，設(shè)置止回爪4。這樣，擺桿不斷地作

7、往復(fù)擺動(dòng)，棘輪便得到單向的間歇運(yùn)動(dòng)。圖6-3外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)圖6-4內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)13棘輪機(jī)構(gòu)還可以作成內(nèi)嚙合形式（圖6-4）或移動(dòng)棘輪（即棘條）形式（圖 6-5），其工作原理和外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)類(lèi)似。圖6-5棘條機(jī)構(gòu)圖6-6摩擦棘輪機(jī)構(gòu)如圖6-6所示為摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)擺桿 1作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用楔塊 2與摩擦輪3 之間的摩擦產(chǎn)生自鎖，從而帶動(dòng)摩擦輪 3和擺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)擺桿作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，楔塊 2 與摩擦輪3之間產(chǎn)生滑動(dòng)。這時(shí)由于楔塊4的自鎖作用能阻止摩擦輪反轉(zhuǎn)。 這樣，在擺桿不 斷作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，摩擦輪 3便作單向的間歇運(yùn)動(dòng)。棘輪機(jī)構(gòu)除了常用于實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)外，還能實(shí)現(xiàn)超越運(yùn)動(dòng)。如圖6-7所示為自

8、行車(chē)后輪軸上的棘輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)腳蹬踏板時(shí)，經(jīng)鏈輪1和鏈條2帶動(dòng)內(nèi)圈具有棘齒的鏈輪 3順時(shí)針轉(zhuǎn) 動(dòng)，再通過(guò)棘爪4的作用，使后輪軸5順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)使自行車(chē)前進(jìn)。 當(dāng)自行車(chē)前進(jìn)時(shí)， 如果踏板不動(dòng)，后輪軸5便會(huì)超越鏈輪3而轉(zhuǎn)動(dòng)，讓棘爪4在棘輪齒背上劃過(guò)， 從而實(shí)現(xiàn)不 蹬踏板的自由滑行。圖6-7超越式棘輪機(jī)構(gòu)、棘爪工作條件如圖6-8所示，為使棘爪受力最小，應(yīng)使棘輪齒頂A和棘爪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心 。2的連線(xiàn)垂直于棘輪半徑 OiA，即.OiAO2=90。輪齒對(duì)棘爪的作用力有：正壓力Fn和摩擦力 巳。Fn可分為圓周力Ft （通過(guò)棘爪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心 。2）和徑向力Fr?？梢?jiàn)，力Fr有使棘爪落到齒根的傾 向，而摩擦力 F.阻

9、止棘爪落向齒根，為了保證棘爪機(jī)構(gòu)正常工作，必須使棘爪順利落到齒 根而又不致于與齒脫開(kāi)，這就要求輪齒工作面相對(duì)棘輪半徑朝齒體內(nèi)偏斜一角度，稱(chēng)為棘齒的偏斜角。圖6-8棘爪受力分析偏斜角的大小由下列關(guān)系求出:(6-6)FrL F 止 cos因?yàn)镕r二 Fn sin(6-7)sin .(6-8)> 4costan tan即 門(mén)，(6-9)式中，：為齒與爪間的摩擦角，二arctani。當(dāng)匸0.2時(shí)，八、11.5。為安全起見(jiàn)，通常取=20。選定齒數(shù)z和按強(qiáng)度要求確定模數(shù)m后，棘輪棘爪的主要幾何尺寸可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：頂圓直徑D=mz齒高h(yuǎn)=0.75m齒頂厚a=m齒槽夾角7=60或50棘爪長(zhǎng)度L=2

10、二m其他結(jié)構(gòu)尺寸可參閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。三、棘輪機(jī)構(gòu)的使用特點(diǎn)(1 )棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，常用作防止轉(zhuǎn)動(dòng)件反轉(zhuǎn)的附加保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)。(2) 棘輪的轉(zhuǎn)角和動(dòng)停時(shí)間比可調(diào)，常用于機(jī)構(gòu)工況經(jīng)常改變的場(chǎng)合。由于棘輪是在動(dòng)棘爪的突然撞擊下啟動(dòng)的，在接觸瞬間，理論上是剛性沖擊。 故棘輪機(jī)構(gòu)只能用于低速的間歇運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合。§ 6-3不完全齒輪機(jī)構(gòu)圖6-9所示為不完全齒輪機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪 1為只有一個(gè)齒或幾個(gè)齒的不完全齒輪，從動(dòng)輪2可以是普通的完整齒輪， 也可以由正常齒和帶鎖住弧的厚齒彼此相間地組成(圖6-9a,b)。當(dāng)主動(dòng)輪1的有齒部分作用時(shí)， 從動(dòng)輪2就轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)主動(dòng)輪1的無(wú)齒圓弧部分作用 時(shí)，從

11、動(dòng)輪停止不動(dòng)，因而當(dāng)主動(dòng)輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)輪獲得時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)。不難看出，每當(dāng)主動(dòng)輪1連續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)1周時(shí)，圖6-9a,b,c所示機(jī)構(gòu)的從動(dòng)輪分別間歇地轉(zhuǎn)過(guò)1/8、1/4和1周。為了防止從動(dòng)輪在停歇期間游動(dòng)，兩輪輪緣上各裝有鎖住弧。圖6-9外嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)當(dāng)主動(dòng)輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這種機(jī)構(gòu)的從動(dòng)輪在運(yùn)動(dòng)期間也保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，但是當(dāng)從動(dòng)輪 由停歇而突然到達(dá)某一轉(zhuǎn)速，以及由某一轉(zhuǎn)速突然停止時(shí)都會(huì)像等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的凸輪機(jī)構(gòu)那 樣產(chǎn)生剛性沖擊。因此，對(duì)于轉(zhuǎn)速較高的不完全齒輪機(jī)構(gòu)，可在兩輪的端面分別裝上瞬心線(xiàn)附加桿L和K （圖6-9c），使從動(dòng)件的角速度由零逐漸增加到某一數(shù)值從而避免沖擊。不完全齒輪機(jī)構(gòu)有外嚙合

12、 （圖6-9）和內(nèi)嚙合（圖6-10）兩種型式，一般用外嚙合型式。圖6-10內(nèi)嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)與其他間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，不完全齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 和靜止時(shí)間的比例不受機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的限制。缺點(diǎn)是從動(dòng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始和終止時(shí)，角速度有突變，沖擊較大，故一般只適用于低速或輕載場(chǎng)合。不完全齒輪機(jī)構(gòu)常用于多工位自動(dòng)機(jī)和半自動(dòng)機(jī)工作臺(tái)的間歇轉(zhuǎn)位及某些間歇進(jìn)給機(jī) 構(gòu)中。§ 6-4組合機(jī)構(gòu)一、連桿一連桿如圖6-11所示的手動(dòng)沖床是一個(gè)六桿機(jī)構(gòu)。它可以看成是由兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成的。第 一個(gè)是由原動(dòng)件（手柄）1、連桿2、從動(dòng)搖桿3和機(jī)架4組成的雙搖桿機(jī)構(gòu)；第二個(gè)是由 搖桿3、小連桿5、沖桿

13、6和機(jī)架組成的搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。前一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)的輸出件被作為第 二個(gè)四桿機(jī)構(gòu)的輸入件。扳動(dòng)手柄1,沖桿就上下運(yùn)動(dòng)。采用六桿機(jī)構(gòu)，使扳動(dòng)手柄的力獲得兩次放大，從而增大了沖桿的作用力。這種增力作用在連桿機(jī)構(gòu)中經(jīng)常用到。圖6-12所示為篩料機(jī)主機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 這個(gè)六桿機(jī)構(gòu)也可看成由兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成。 第一個(gè)是由原動(dòng)曲柄 1、連桿2、從動(dòng)曲柄3和機(jī)架6組成的雙曲柄機(jī)構(gòu)；第二個(gè)是由曲柄 3 （原動(dòng)件）、連桿4、滑塊5 （篩子）和機(jī)架6組成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。圖6-11手動(dòng)沖床中的復(fù)合連桿機(jī)構(gòu)、凸輪一凸輪機(jī)構(gòu)圖6-12篩料機(jī)構(gòu)的復(fù)合連桿機(jī)構(gòu)圖6-13所示為雙凸輪機(jī)構(gòu), 描繪出虛線(xiàn)所示預(yù)定的軌跡。由兩個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)協(xié)

14、調(diào)配合控制十字滑塊3上一點(diǎn)M準(zhǔn)確地圖6-13雙凸輪機(jī)構(gòu)三、連桿一凸輪凸輪連桿機(jī)構(gòu)的形式很多，這種組合機(jī)構(gòu)通常用于實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)律。圖6-14為巧克力包裝機(jī)托包用的凸輪連桿機(jī)構(gòu)。主動(dòng)曲柄0A回轉(zhuǎn)時(shí)，B點(diǎn)強(qiáng)制在凸輪凹槽中運(yùn)動(dòng)，從而使托桿達(dá)到圖示運(yùn)動(dòng)規(guī)律，托包時(shí)慢進(jìn)，不托包時(shí)快退，以提高生產(chǎn)效率。因此，只要把凸輪輪廓線(xiàn)設(shè)計(jì)得當(dāng)，就可以使托桿達(dá)到上述要求。圖6-14巧克力包裝機(jī)托包用的連桿-凸輪機(jī)構(gòu)四、連桿一棘輪圖6-15所示為連桿與棘輪兩個(gè)基本機(jī)構(gòu)組合而成的組合機(jī)構(gòu)。棘輪的單向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)是由搖桿3的擺動(dòng)通過(guò)棘爪4推動(dòng)的，而搖桿的往復(fù)擺動(dòng)又需要由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD來(lái)完成，從而實(shí)現(xiàn)將輸入構(gòu)件（曲柄 1）的等角速度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成輸出構(gòu)件（棘輪 5）的步進(jìn) 轉(zhuǎn)動(dòng)。圖6-15連桿-棘輪組合本章要點(diǎn)1 槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理、應(yīng)用特點(diǎn)、圓柱銷(xiāo)個(gè)數(shù)、運(yùn)動(dòng)系數(shù)。2.棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理，應(yīng)用特點(diǎn)，棘齒的偏斜角。3 不完全齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但在轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始和終止時(shí)可能產(chǎn)生沖擊。4連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等的組合機(jī)構(gòu)，可以得到單個(gè)基本機(jī)構(gòu) 所不能具有的運(yùn)動(dòng)性能。習(xí)題6-1棘輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)主要包括哪些內(nèi)容？6-2為什么棘爪與棘輪輪齒接觸處的公法線(xiàn)要