第5章间歇运动机构.docx

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第5章间歇运动机构

第5章间歇运动机构

在许多机械中，有时需要将原动件的等速持续转动变成从动件的周期性停歇距离单向运动（又称步进运动）或是时停时动的间歇运动，如自动机床中的刀架转位和进给，成品输送及自动化生产线中的运输机构等的运动都是间歇性的。

能实现间歇运动的机构称为间歇运动机构，间歇运动机构很多，凸轮机构、不完全齿轮机构和适当设计的连杆机构都可实现间歇运动。

本章介绍在生产中普遍应用的既可作步进运动又可作间歇运动的两种机构：

棘轮机构和槽轮机构,和其它间歇机构。

棘轮机构

5.1.1棘轮机构的工作原理

棘轮机构主要由棘轮、主动棘爪、止回棘爪和机架组成。

工作原理：

如图5-1所示，当主动摆杆逆时针摆动时，摆杆上铰接的主动棘爪插入棘轮的齿内，推动棘轮同向转动必然角度。

当主动摆杆顺时针摆动时，止回棘爪阻止棘轮反向转动，现在主动棘爪在棘轮的齿背上滑回原位，棘轮静止不动。

此机构将主动件的往复摆动转换为从动棘轮的单向间歇转动。

利用弹簧使棘爪紧压齿面，保证止回棘爪工作靠得住。

5.1.2棘轮机构的类型和特点

常常利用棘轮机构的分类表

按结构分类

齿式棘轮机构

摩擦式棘轮机构

按啮合方式分类

外啮合式

内啮合式

按运动形式分类

单向间歇转动

单向间歇移动

双动式棘轮机构

双向式棘轮机构

1.按结构分类

（1）齿式棘轮机构：

图5-2为齿式棘轮机构。

长处：

1．齿式棘轮机构的结构简单，运动靠得住;2．主从动关系可互换，动程可在较大范围内调节，动停时刻比可通过选择适合的驱动机构实现。

缺点：

动程只能有级调节；有噪声、冲击、磨损，不宜用于高速场合。

摩擦式棘轮机构：

如图5-3所示为摩擦式棘轮机构。

特点：

1．摩擦式棘轮机构传动平稳、无噪音，传递扭矩较 大，动程可无级调节。

2．由于靠摩擦力传动，会出现打滑现象，一方面可起到过载保护，另一方面也使传动精度降低。

适用于低速轻载的场合。

2.按啮合方式分类

外啮合式：

外啮合式棘轮机构的棘爪或楔块安装在棘轮的外部，应用较广，其缺点是占用空间较大。

如图5-4为外啮合式棘轮机构。

内啮合式：

内啮合式棘轮机构的棘爪或楔块安装在棘轮的内部，其特点为结构紧凑，外形尺寸小。

如图5-5所示为内啮合式棘轮机构。

3.按运动形式分类

单向间歇转动：

间歇机构的从动件只做单向间歇转动。

如图5-6为单向间歇转动。

单向间歇移动：

当棘轮半径为无穷大时，棘轮就成了棘齿条，主动件往复摆动时，棘爪即推动棘齿条做单向间歇移动。

图5-7为单向间歇移动。

如图5-7为单向间歇移动。

双动式棘轮机构：

如图5-8所示，在主动摆杆上安装两个主动棘爪，在其向两个方向往复摆动的进程中别离带动两棘爪，依次推动棘轮转动，称此棘轮机构为双动式棘轮机构。

单动式棘轮机构是当主动件向某一方向运动时，才能使棘轮转动的棘轮机构。

双动式棘轮机构与单动式棘轮机构相较，结构紧凑，承载较大。

双向式棘轮机构：

能够实现棘轮两方向间歇运动，这种棘轮机构称为双向式棘轮机构。

其工作原理是变换棘爪相对棘轮的位置，实现棘轮的变向。

如图5-9所示。

5.1.3棘轮转角的调节

1.调节摇杆摆动角度的大小，控制棘轮的转角

如图5-10所示，调节滑块位置可改变曲柄长度，调节螺母可改变连杆的长度，调节销在槽内的位置可改变摇杆的长度，从而改变棘爪的运动，改变更停比。

2.用遮板调节棘轮转角

通过调整遮板角度，改变棘轮的转角。

如图5-11所示。

5.1.4棘轮机构的特点与应用

  棘轮机构种类繁多，运动形式多样，在工程实际中取得了普遍的应用。

  其主要功能如下：

1．间歇送进（牛头刨床的间歇送进机构）

2．制动（卷扬机制动机构）

3．转位、分度（手枪盘分度机构）

4．超越聚散（钻床的自动进给机构）

1.间歇送进

如图5-12所示，在牛头刨床中通过棘轮机构实现工作台横向间歇送进功能。

为了实现工作台的双向间歇送进，由齿轮机构、曲柄摇杆机构和双向式棘轮机构组成了工作台换向进给机构。

2.制动

如图5-13所示的卷扬机制动机构中卷筒、棘轮和大皮带轮（被遮住）为一体，杆1和杆2调整好角度后紧固为一体，杆2端部与皮带导板铰接。

当皮带突然断裂时，皮带导板失去支撑而下摆，使杆1端齿与棘轮啮合，阻止卷筒逆转，起到制动作用。

3.转位、分度

如图5-14所示的手枪盘分度机构中滑块沿导轨向上运动时，棘爪1使棘轮转过一个齿距，并使与棘轮固结的手枪盘转过一个角度，现在挡销上升使棘爪2在弹簧的作用下进入盘的槽中,使手枪盘静止并避免反向转动。

当滑块向下运动时，棘爪1从棘轮的齿背上滑过，在弹簧力的作用下进入下一个齿槽，同时挡销使棘爪克服弹簧力绕轴逆时针转动，手枪盘摆脱止动状态。

4.超越聚散

图5-15中，在钻床中以摩擦式棘轮机构作为传动中的超越聚散器，实现自动进给和快慢速进给功能。

由主动蜗杆带动蜗轮，通过外环使从动轮和轴与之同向同速转动，实现自动进给；当快速转动手柄时，直接通过轮使轴作超越运动，实现快速进给。

槽轮机构

5.2.1槽轮机构的工作原理

如图5-16所示为槽轮机构，它由主动拨盘、从动槽轮及机架等组成。

拨盘以等角速度叫作持续回转，槽轮作间歇运动。

当拨盘上的圆柱销没有进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁止弧面被拔盘上的外凸锁止弧面卡住，槽轮静止不动。

当圆柱销进入槽轮的径向槽时，锁止弧面被松开，则圆柱销驱动槽轮转动。

当拨盘上的圆柱销离开径向槽时，下—个锁止弧面又被卡住，槽轮又静止不动。

由此将主动件的持续转动转换为从动槽轮的间歇转动。

5.2.2槽轮机构的类型、特点及应用

槽轮机构有外啮合槽轮机构和内啮合槽轮机构，前者拨盘与槽轮的转向相反，后者拨盘与槽轮的转向相同，它们均为平面槽轮机构。

另外还有空间槽轮机构，如图5-17所示为外啮合槽轮机构，图5-18为内啮合槽轮机构。

槽轮机构中拨盘（杆）上的圆柱销数、槽轮上的径向槽数和径向槽的几何尺寸等都可视运动要求的不同而定。

圆柱销的散布和径向槽的散布能够不均匀，同一拨盘（杆）上若于个圆柱销离回转中心的距离也能够不同，同—槽轮上各径向槽的尺寸也能够不同。

槽轮机构的特点是结构简单、工作靠得住、机械效率高，能较平稳、间歇地进行转位。

但因圆柱销突然进入与离开径向槽，传动存在柔性冲击，不适用于高速场合。

槽轮机构主要分为传递平行轴运动的平面槽轮机构和传递相交轴运动的空间槽轮机构两大类。

1.平面槽轮机构

平面槽轮机构又分为外槽轮机构和内槽轮机构。

外槽轮机构

外槽轮机构中的槽轮径向槽的开口是自圆心向外，主动构件与从动槽轮转向相反。

内槽轮机构

内槽轮机构中的槽轮上径向槽的开口是向着圆心的，主动构件与从动槽轮转向相同。

上述两种槽轮机构都用于传递平行轴运动。

与外槽轮机构相较，内槽轮机构传动较平稳、停歇时刻较短、所占空间小。

2.空间槽轮机构

球面槽轮机构是一种典型的空间槽轮机构，用于传递两垂直相交轴的间歇运动机构。

其从动槽轮是半球形，主动构件的轴线与销的轴线都通过球心。

当主动构件持续转动时，球面槽轮取得间歇运动。

空间槽轮机构结构比较复杂，设计和制造难度较大。

如图5-19所示。

1.槽轮机构的特点:

    槽轮机构能准确控制转角、工作靠得住、机械效率高，与棘轮机构相较，工作平稳性较好，但其槽轮机构动程不可调节、转角不可过小，销轮和槽轮的主从动关系不能互换、起停有冲击。

槽轮机构的结构要比棘轮机构复杂，加工精度要求较高，因此制造本钱上升。

 2.槽轮机构的应用：

 槽轮机构一般应用于转速不高和要求间歇转动的机械当中，如自动机械、轻工机械或仪器仪表等。

 5．3其他间歇机构简介

5．3．1不完全齿轮机构

不完全齿轮机构，它由一个或几个齿的不完全齿轮一、具有正常轮齿和带锁止弧的齿轮2及机架组成。

在轮1主动等速持续转动中，当主动轮1上的轮齿与从动轮2的正常齿相啮合时，主动轮1驱动从动轮2转动；当主动轮1的销止弧s1与从动轮2的锁止弧s2接触时，则从动轮2的停歇不动并停止在肯定的位置上，从而实现周期性的单向间歇运动。

图所示的不完全齿轮机构的主动轮1每转1周，从动仑2只转1/4周。

不完全齿轮机构有外啮合不完全齿轮机构和内啮合不完全机构。

如图和图所示两种形式，一般常见外啮合形式。

外啮合不完全齿轮机构，两轮转向相反。

内啮归并完全齿轮机构，两轮转向相同。

不完全齿轮机构与其他间歇运动机构相较，长处是结构简单，制造方便，从动轮的运动时刻和静止时刻的比例不受机构结构的限制；缺点是从动轮在转动开始和终止时，角速度有突变，冲击较大，故一般只用于低速或轻载场合。

若是用于高速，则可安装瞬心附加杆使从动件的角速度由零逐渐增加到某一数值，以使机构传动平稳。

不完全齿轮机构常常利用于多工位自动机和半自动机工作台的间歇转位及某些间歇进给机枸中，如蜂窝煤压制工作台转盘的间歇转位机构等。

其它不完全齿轮机构如图5-22所示为齿条与不完全齿轮机构，持续转动的圆盘通过销带动不完全齿轮摆动，驱动齿条往复运动。

5．3．2凸轮式间歇机构

图所示是一种圆柱凸轮式间歇运动机构。

机构的主动化1为具有曲线沟槽的圆柱凸轮，从动件2则为均布有柱销3的圆盘。

当主动轮1转动时，拨动柱销3，使从动圆盘2作间歇运动。

从动圆盘的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，适当的凸轮轮廓曲线可知足机构高速运转的要求。

不过，凸轮加工较复杂，加工精度要求较高，装配调整的要求也较严格。

这种机构常常利用在轻载情形下的间歇运动（如火柴包装机），间歇运动的频率每分钟可高达1500次左右。

凸轮式间歇机构的长处是：

运动靠得住、传动平稳、承载能力较大；转盘能够实现任何运动规律，以适应高速运动要求；转盘停歇时一般依托凸轮棱边进行定位，不需要附加任何定位装置。

缺点是凸轮加工精度要求较高。

因此，凸轮式间歇机构常常利用于各类高速机械的分度、转位装置和步进机构中。

5．3．3组合机构

单一的大体机构一般可知足设计给定的各类运动要求，但有必然的局限性。

为扩大大体机构的利用范围，常把几个大体机构按必然方式组合，即取得组合机构。

组合机构并非是几个大体机构简单的串联组合，而是用一个机构去约束或封锁另一个多自由度机构的封锁式传动机构，或是几个大体机构彼此协调和配合的传动系统。

它能够是同类型的大体机构的组合，也能够是不同类型的大体机构的组长合。

双联凸轮机构，由两个凸轮和一个双滑块机构组成。

它利用两个滚子从动件各自的运动规律，来控制十字滑块在x和y方向的运动，使E点准确地实现预定的运动轨迹y=f（x）.

凸轮——连杆机构。

它由一个凸轮和曲柄滑块机构组成。

曲柄１能够在摇块４中相对滑动。

当滚子５沿凸轮槽运动时，曲柄长度ＡＢ不断发生转变，只要设计适当的凸轮轮廓，就可使滑块3按给定的规律运动。

压力机中，利用椭圆齿轮带动曲柄滑块机构。

如此，使压力机的空回行程（滑块从左向右）时刻缩短，而工作行程的时刻增加。

这不仅使机构具有急回作用，以节省空回程的时刻，还可使工作千里时的速度比较均匀，以改善机械的受力情形。

本章小结

1．本章的大体要求

（1）了解棘轮机构、槽轮机构和其它常常利用间歇机构的组成，掌握其工作原理及运动特点和适用处合。

（2）了解棘轮转角的调整方式：

改变摇杆摆角，利用遮板调节棘轮的转角。

了解棘轮机构的设计、画法。

了解槽轮机构的设计、几何尺寸计算。

2．本章的大体内容

（1）棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇机构及组合机构组成及应用。

（2）棘轮转角的调整方式，棘轮机构和槽轮机构的画图方式。

试探题及练习题

已知一棘轮机构，棘轮模数m=5mm,齿数z=12。

试肯定机构的几何尺寸，并画出棘轮的齿形。

某单销槽轮机构的槽数z=6，中心距l=80mm,圆销直径为10mm。

计算该槽轮机构的运动系数。

试比较棘论机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构