1、第十章第十章 其它常用機構其它常用機構 內容提要第一節第一節 間歇運動機構間歇運動機構第二節第二節 組合機構簡介組合機構簡介第三節第三節 機器人機構機器人機構 第一節第一節 間歇運動機構間歇運動機構一、間歇運動機構實例二、對間歇運動機構的基本要求三、棘輪機構四、槽輪機構五、凸輪式間歇運動機構實例實例1 灌裝冷霜的多工位自動機灌裝冷霜的多工位自動機 實例實例2 電影放映機電影放映機 送上空盒送上空盒送出成品送出成品蓋盒蓋蓋盒蓋貼錫紙貼錫紙灌霜灌霜一、間歇運動機構實例二、對間歇運動機構的基本要求 1運動系數運動系數 從動構件的一個運動周期分為兩部從動構件的一個運動周期分為兩部分：分：運動時間運動時

2、間 Td 和和停歇時間停歇時間 Tt 。 運動系數運動系數 : : 運動時間占整個運運動時間占整個運動周期的比例。動周期的比例。 dTT 運動系數越小，工作臺轉位越快，可提高生產率。運動系數越小，工作臺轉位越快，可提高生產率。 但運動系數小，則啟動和停止時的加速度可能太大。但運動系數小，則啟動和停止時的加速度可能太大。 所以，在設計中應慎重選擇這一參數。所以，在設計中應慎重選擇這一參數。 也有用也有用動停比動停比 k 來代替運動系數的，動停比是運動來代替運動系數的，動停比是運動時間和停歇時間的比值：時間和停歇時間的比值：顯然，動停比和運動系數間有如下關系顯然，動停比和運動系數間有如下關系tdT

3、Tk ) 1( kk 分度數分度數 n當從動構件作間歇回轉運動時，在從動構件一周內停當從動構件作間歇回轉運動時，在從動構件一周內停歇的次數稱為分度數。歇的次數稱為分度數。它直接和工作臺的工位數有關，一般是設計的給定數它直接和工作臺的工位數有關，一般是設計的給定數據。據。也有一些間歇運動機構不用分度數這一概念，而只討也有一些間歇運動機構不用分度數這一概念，而只討論每次分度運動所轉過的角度。論每次分度運動所轉過的角度。 動力學性能動力學性能 間歇運動機構中的從動構件在一個很短的時間內要經間歇運動機構中的從動構件在一個很短的時間內要經歷啟動、加速、減速、停止的過程。歷啟動、加速、減速、停止的過程。

4、和凸輪從動件的運動一樣，和凸輪從動件的運動一樣，如果從動件運動規律不好，會如果從動件運動規律不好，會產生較大的加速度，從而帶來產生較大的加速度，從而帶來慣性負荷并產生沖擊。慣性負荷并產生沖擊。 因此，要注意從動構件的運因此，要注意從動構件的運動規律。動規律。 定位精度定位精度 許多應用場合要求從動構件（工作臺）有較好的定位許多應用場合要求從動構件（工作臺）有較好的定位精度。精度。影響定位精度的因素影響定位精度的因素制造誤差制造誤差間隙間隙動態誤差動態誤差：減速時的慣性力常常使減速時的慣性力常常使從動構件在應該停止時發從動構件在應該停止時發生殘余振動。生殘余振動。保證定位精度的方法保證定位精度的

5、方法自身就能實現較精確的定位自身就能實現較精確的定位要另外設置定位裝置要另外設置定位裝置三、棘輪機構 棘輪機構是一種應用歷史很棘輪機構是一種應用歷史很久的間歇運動機構。久的間歇運動機構。 在第一章中牛頭刨床的進給在第一章中牛頭刨床的進給傳動系統中，我們已見過它的傳動系統中，我們已見過它的應用。應用。組成和特點類型應用設計要點 （一）棘輪機構的組成和特點（一）棘輪機構的組成和特點組成組成搖桿搖桿 1 1 主動構件，作往復擺動運動主動構件，作往復擺動運動棘輪棘輪 3 3 單向的間歇運動單向的間歇運動驅動棘爪驅動棘爪 2 2 止動棘爪止動棘爪 4 4 彈簧彈簧 5 5 （1 1）調整搖桿擺角）調整搖

6、桿擺角 （2 2）裝置遮板）裝置遮板 調整棘輪每次轉過角度的方法調整棘輪每次轉過角度的方法： 優點優點 缺點缺點沖擊和噪聲較大沖擊和噪聲較大定位精度差定位精度差只能用于速度不高、只能用于速度不高、載荷不大、精度要求載荷不大、精度要求不高的場合不高的場合結構簡單結構簡單制造容易制造容易步進量易于調整步進量易于調整特點特點（二）棘輪機構的類型（二）棘輪機構的類型齒式棘輪機構齒式棘輪機構摩擦式棘輪機構摩擦式棘輪機構外嚙合外嚙合內嚙合內嚙合 克服了齒式棘輪機構沖擊和噪聲大的缺點克服了齒式棘輪機構沖擊和噪聲大的缺點, , 可實現棘輪轉動角度的無級調節可實現棘輪轉動角度的無級調節, , 運動精度較差。運動

7、精度較差。外嚙合外嚙合內嚙合內嚙合 結構緊湊，外形尺寸小結構緊湊，外形尺寸小。內嚙合齒式棘輪機構內嚙合齒式棘輪機構 摩擦式棘輪機構摩擦式棘輪機構 外嚙合外嚙合 內嚙合內嚙合 當需要使棘輪得到不同方向的轉動時，棘輪的齒可當需要使棘輪得到不同方向的轉動時，棘輪的齒可作成矩形，而棘爪作成可翻轉的。作成矩形，而棘爪作成可翻轉的。（三）棘輪機構應用范圍的擴展（三）棘輪機構應用范圍的擴展棘輪機構除了可實現間歇送進、分度運動以外，還可棘輪機構除了可實現間歇送進、分度運動以外，還可作為制動器和超越離合器使用。作為制動器和超越離合器使用。制動器發生事故時，止動棘爪發生事故時，止動棘爪突然伸出，可防止卷筒逆突然伸

8、出，可防止卷筒逆轉。轉。 單向離合器可看作是一個內接式摩擦棘輪機構。單向離合器可看作是一個內接式摩擦棘輪機構。星輪星輪 1 1 主動件主動件 套筒套筒 2 2 從動件從動件 滾柱滾柱 4 4超越離合器星輪星輪 1 1 逆時針回轉時，滾逆時針回轉時，滾柱柱 4 4 帶動套筒一同回轉。帶動套筒一同回轉。星輪星輪 1 1 順時針回轉時，套筒順時針回轉時，套筒停止不動。停止不動。套筒只隨星輪逆時針方向回套筒只隨星輪逆時針方向回轉，從這個意義上說，它是轉，從這個意義上說，它是一個一個單向離合器單向離合器。 它也可以成為一個它也可以成為一個超越離合器超越離合器： 當套筒從另一條傳動路線得到一個更快的逆時針

9、回當套筒從另一條傳動路線得到一個更快的逆時針回轉速度時，星輪相對于套筒成了順時針回轉，楔形空轉速度時，星輪相對于套筒成了順時針回轉，楔形空間中的摩擦不再起作用，套筒可以超越星輪以高速轉間中的摩擦不再起作用，套筒可以超越星輪以高速轉動。超越離合器在機床中有所應用，它使正常切削的動。超越離合器在機床中有所應用，它使正常切削的運動鏈和快速運動的運動鏈可并行不悖地起作用。運動鏈和快速運動的運動鏈可并行不悖地起作用。amdz（四）棘輪機構的設計要點（四）棘輪機構的設計要點1. 1. 模數和齒數的確定模數和齒數的確定與齒輪相同，棘輪輪齒的有關尺寸也用模數作為計算的基本參與齒輪相同，棘輪輪齒的有關尺寸也用模

10、數作為計算的基本參數。模數已標準化，但棘輪的標準模數按其頂圓直徑來計算：數。模數已標準化，但棘輪的標準模數按其頂圓直徑來計算：棘輪齒數棘輪齒數頂圓直徑頂圓直徑模數模數 模數的選取根據棘輪機構的使用條件和運動要求選定。模數的選取根據棘輪機構的使用條件和運動要求選定。 由棘輪機構的使用條件可確定棘輪的最小轉角，齒數太小則可能由棘輪機構的使用條件可確定棘輪的最小轉角，齒數太小則可能保證不了最小轉角的實現。保證不了最小轉角的實現。 模數決定了齒的大小，模數應根據齒和棘爪的強度來確定。模數決定了齒的大小，模數應根據齒和棘爪的強度來確定。2. 2. 棘輪的齒形棘輪的齒形 棘輪單向回轉棘輪單向回轉非對稱梯形

11、非對稱梯形 三角形三角形 ( (載荷較小時使用載荷較小時使用) )棘輪齒形和其它尺寸的計算可參閱機械設計棘輪齒形和其它尺寸的計算可參閱機械設計的有關手冊。的有關手冊。棘輪雙向回轉：棘輪雙向回轉： 矩形矩形四、槽輪機構 棘輪機構是一種應用很棘輪機構是一種應用很廣泛的間歇運動機構。廣泛的間歇運動機構。組成和特點類型運動分析設計要點 外槽輪機構外槽輪機構分度數分度數 n4 4 （一）槽輪機構的組成和特點（一）槽輪機構的組成和特點撥盤撥盤 1 1 主動構件，作連續回轉運動。主動構件，作連續回轉運動。圓柱銷圓柱銷 A A 安裝于撥盤上。安裝于撥盤上。槽輪槽輪 2 2 從動構件，有徑向槽、鎖止弧。從動構件

12、，有徑向槽、鎖止弧。 當撥盤上的圓柱銷進入徑向當撥盤上的圓柱銷進入徑向槽之前，槽輪上的內凹鎖止弧槽之前，槽輪上的內凹鎖止弧鎖住，槽輪靜止不動。鎖住，槽輪靜止不動。 剛開始進入槽輪上的徑向槽剛開始進入槽輪上的徑向槽的瞬間。鎖止弧剛好被松開，的瞬間。鎖止弧剛好被松開，圓柱銷圓柱銷A A將驅動槽輪轉動。將驅動槽輪轉動。 槽輪在圓柱銷驅動下槽輪在圓柱銷驅動下轉過轉過 90 90 度。度。 圓柱銷即將脫離徑向圓柱銷即將脫離徑向槽的瞬間，槽輪上的另一槽的瞬間，槽輪上的另一個鎖止弧又被鎖住，槽輪個鎖止弧又被鎖住，槽輪又靜止不動。又靜止不動。 撥盤連續轉動，槽輪作間歇運動，撥盤轉過撥盤連續轉動，槽輪作間歇運動

13、，撥盤轉過4 4周，槽輪轉過周，槽輪轉過1 1周。周。 實例實例 灌裝冷霜的多工位自動機灌裝冷霜的多工位自動機 n6實例實例 電影放映機電影放映機 n4結構簡單結構簡單易于制造易于制造工作可靠工作可靠機械效率較高機械效率較高同時具有分度和定位的功能同時具有分度和定位的功能（但撥盤上的鎖住弧定位精（但撥盤上的鎖住弧定位精度有限，當要求精確定位時度有限，當要求精確定位時，還應設置定位銷）。，還應設置定位銷）。 設計自由度小：設計自由度小： 在分度數確定以后，運動系數也在分度數確定以后，運動系數也隨之確定而不能改變，這是其突出隨之確定而不能改變，這是其突出缺點。缺點。 不適用于高速：不適用于高速：

14、雖然振動和噪聲比棘輪機構小，雖然振動和噪聲比棘輪機構小，但槽輪在啟動和停止的瞬間加速度但槽輪在啟動和停止的瞬間加速度大，有沖擊。大，有沖擊。優優 點點 缺缺 點點 一般取分度數一般取分度數 n 4 48 8。 （二）槽輪機構的類型（二）槽輪機構的類型平面槽輪機構平面槽輪機構: : 傳遞平行軸間運動傳遞平行軸間運動外槽輪機構外槽輪機構應用最廣應用最廣 內槽輪機構內槽輪機構停歇時間短，運動時間長，因此停歇時間短，運動時間長，因此傳動更平穩傳動更平穩所占的空間小所占的空間小曲線槽的槽輪機構曲線槽的槽輪機構不等臂長的多銷槽輪機構不等臂長的多銷槽輪機構 可以改變分度過程的運動可以改變分度過程的運動規律，

15、使之更為平穩規律，使之更為平穩 槽輪一周中可實現幾個運動和槽輪一周中可實現幾個運動和停歇時間均不相同的運動要求。停歇時間均不相同的運動要求。徑向槽的徑向槽的尺寸不同尺寸不同撥盤上圓銷撥盤上圓銷分布不均勻分布不均勻空間槽輪機構空間槽輪機構: : 傳遞相交軸間的運動傳遞相交軸間的運動 （三）外槽輪機構的運動分析（三）外槽輪機構的運動分析1. 1. 運動系數運動系數進入徑向進入徑向槽的瞬間槽的瞬間脫離徑向脫離徑向槽的瞬間槽的瞬間圓柱銷的線速度應沿著徑向槽的中心線方向圓柱銷的線速度應沿著徑向槽的中心線方向vv避免發生剛性沖擊避免發生剛性沖擊 因為撥盤是等速回轉因為撥盤是等速回轉運動時間運動時間 Td

16、對應對應 21運動周期運動周期 T 對應對應 2運動系數運動系數AO1O21d22TT22 - 2222 z槽輪徑向槽數槽輪徑向槽數112z112z 運動系數運動系數0故故3z 運動系數運動系數0.5由此得出結論：由此得出結論：，即最少為槽，即最少為槽若需要使若需要使0.5，可在撥盤上均勻地放置個圓銷，可在撥盤上均勻地放置個圓銷m112mz例如，例如，4z 1,0.25m2 ,0.50m. . 運動分析運動分析1進入區進入區為負為負離開區離開區為正為正1122x xcos1sintan1解出解出ARRRRcoscossinsinxx幾何關系幾何關系2sinsin()R Az輸出角位移表達式輸出

17、角位移表達式 )cos21 ()(cos212222212)cos21 (sin) 1(cos1sintan1輸出角位移表達式輸出角位移表達式輸出角速度的無因次表達式輸出角速度的無因次表達式輸出角加速度的無因次表達式輸出角加速度的無因次表達式求一階導數求一階導數sin() z求二階導數求二階導數輸出構件的角速度和角加速度是槽數和位置的函數輸出構件的角速度和角加速度是槽數和位置的函數輸出構件的特性與什么有關？輸出構件的特性與什么有關？外槽輪機構外槽輪機構內槽輪機構內槽輪機構在圓銷進入和脫離的瞬間，角加速度存在突變，因此，在這兩在圓銷進入和脫離的瞬間，角加速度存在突變，因此，在這兩個瞬間存在柔性沖

18、擊。個瞬間存在柔性沖擊。當徑向槽數減少時，速度和加速度峰值急劇增加；所以，一般當徑向槽數減少時，速度和加速度峰值急劇增加；所以，一般不推薦使用不推薦使用z z3 3的情況。的情況。內槽輪機構的動力學性能比外槽輪機構要好得多。內槽輪機構的動力學性能比外槽輪機構要好得多。（四）槽輪機構的設計要點（四）槽輪機構的設計要點（1 1）槽數和圓銷數的確定）槽數和圓銷數的確定 根據使用場合所要求的分度數確根據使用場合所要求的分度數確定槽輪的槽數定槽輪的槽數z z，根據對運動系數的要求確定圓銷數根據對運動系數的要求確定圓銷數m。（2 2）中心距的確定）中心距的確定 它是決定槽輪機構所占空間大小的關鍵它是決定槽

19、輪機構所占空間大小的關鍵尺寸。中心距偏大受到空間布局的制約。若中心距太小，撥盤尺寸。中心距偏大受到空間布局的制約。若中心距太小，撥盤的關鍵尺寸的關鍵尺寸R R也小；因而圓銷直徑和各部分的其它尺寸都不得也小；因而圓銷直徑和各部分的其它尺寸都不得不受到限制。尺寸不受到限制。尺寸R R小，圓銷和槽的受力就更大。所以，中心距小，圓銷和槽的受力就更大。所以，中心距偏小受到強度的制約。偏小受到強度的制約。槽輪機構的其它結構尺寸的確定可參閱機械設計的有關手冊。槽輪機構的其它結構尺寸的確定可參閱機械設計的有關手冊。凸輪式間歇運動機構凸輪式間歇運動機構也稱為也稱為分度凸輪機構分度凸輪機構它是上個世紀中葉以后才發

20、它是上個世紀中葉以后才發展起來的新型間歇運動機構。展起來的新型間歇運動機構。五、凸輪式間歇運動機構組成和工作原理類型特點和應用（一）凸輪式間歇運動機構的組成和工作原理（一）凸輪式間歇運動機構的組成和工作原理蝸桿分度凸輪機構蝸桿分度凸輪機構（應用最多）（應用最多）主動凸輪主動凸輪從動盤從動盤機架機架機架機架凸脊凸脊軸線相互垂直交錯軸線相互垂直交錯滾子滾子l凸輪上有一條凸脊，如果凸脊凸輪上有一條凸脊，如果凸脊沿一條螺旋線布置，就像一個蝸桿，沿一條螺旋線布置，就像一個蝸桿，那么凸輪連續轉動時就帶動從動盤那么凸輪連續轉動時就帶動從動盤像蝸輪那樣連續轉動。像蝸輪那樣連續轉動。l但凸輪上的凸脊經過這樣的設

21、但凸輪上的凸脊經過這樣的設計：當凸輪在連續回轉時，使從動計：當凸輪在連續回轉時，使從動盤作間歇運動。盤作間歇運動。l從動盤上的滾子可以繞其自身軸線轉動，可減小凸從動盤上的滾子可以繞其自身軸線轉動，可減小凸輪面和滾子之間的滑動摩擦。輪面和滾子之間的滑動摩擦。l兩軸間的中心距可作微量調整，以消除凸輪輪廓面兩軸間的中心距可作微量調整，以消除凸輪輪廓面和滾子之間的間隙，實現和滾子之間的間隙，實現“預緊預緊”，不但可減小間隙帶，不但可減小間隙帶來的沖擊，而且在從動盤停歇時可得到精確的定位。來的沖擊，而且在從動盤停歇時可得到精確的定位。（二）凸輪式間歇運動機構的類型（二）凸輪式間歇運動機構的類型蝸桿分度凸

22、輪機構蝸桿分度凸輪機構圓柱分度凸輪機構圓柱分度凸輪機構在從動盤上可以布置較在從動盤上可以布置較多的滾子，能實現較大的多的滾子，能實現較大的分度數。分度數。難以實現預緊。難以實現預緊。從動盤從動盤主動凸輪主動凸輪滾子分布在從滾子分布在從動盤的端面上動盤的端面上平行分度凸輪機構平行分度凸輪機構 從動盤從動盤主動凸輪主動凸輪均勻分布的三組滾子均勻分布的三組滾子片共軛平面凸輪片共軛平面凸輪凸輪的突起部分的曲線凸輪的突起部分的曲線可推動從動盤轉動。可推動從動盤轉動。凸輪的圓弧部分卡在兩凸輪的圓弧部分卡在兩個滾子之間，實現停歇時個滾子之間，實現停歇時的定位。的定位。平行分度凸輪可實現平行分度凸輪可實現“一

23、分度一分度”，即凸輪轉過一周，即凸輪轉過一周，從動盤也轉過一周，并停歇一段時間。從動盤也轉過一周，并停歇一段時間。模切機送進系統模切機送進系統（壓制紙盒）（壓制紙盒）輸入：連續轉動輸入：連續轉動 模切區模切區 沖模沖模 分度凸輪機構分度凸輪機構 聯軸器聯軸器 鏈輪鏈輪 牙排（夾持紙板）牙排（夾持紙板） 鏈條鏈條 鏈輪：間歇轉動鏈輪：間歇轉動 鏈條：步進運動鏈條：步進運動 （三）凸輪式間歇運動機構的特點和應用（三）凸輪式間歇運動機構的特點和應用和棘輪機構槽輪機構相比，突出的優點：和棘輪機構槽輪機構相比，突出的優點：1 1）運轉可靠，轉位準確；）運轉可靠，轉位準確；2 2）無需另加定位裝置，而且定位可靠；）無需另加定位裝置，而且定位可靠；3 3）設計自由度大：分度凸輪機構的分度數決定了滾子）設計自由度大：分度凸輪機構的分度數決定了滾子數目，而動停比則取決于凸輪廓線設計，二者之間沒有數目，而動停比則取決于凸輪廓線設計，二者之間沒有確定的關系，因此設計者有較大的設計自由度；確定的關系，因此設計者有較大的設計自由度；4 4）通過從動盤運動規律的合理設計，可減小動載荷和）通過從動盤運動規律的合理設計，可減小動載荷和沖擊，因此它的運轉速度可以比棘輪機構和槽輪機構高沖擊，因此它的運轉速度可以比棘輪機構和槽輪機構高得多，蝸桿式分度凸輪的轉速已達得多，蝸桿式分度凸輪的轉速已達3000 r/min30