1、第6章 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 6-1 棘 輪 機(jī) 構(gòu)6-2 槽 輪 機(jī) 構(gòu)6-3 不完全齒輪機(jī)構(gòu)6-4 凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6-1 棘 輪 機(jī) 構(gòu) 一、棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理 v如圖6-1所示，棘輪機(jī)構(gòu)主要由棘輪、棘爪和機(jī)架所組成。棘輪2固聯(lián)在軸4上，其輪齒分布在輪的外緣（也可分布于內(nèi)緣或端面），原動(dòng)件1空套在軸4上。v當(dāng)原動(dòng)件1逆時(shí)針方向擺動(dòng)時(shí)，與它相聯(lián)的驅(qū)動(dòng)棘爪3便借助彈簧或自重的作用插入棘輪的齒槽內(nèi)，使棘輪隨著轉(zhuǎn)過一定的角度。v當(dāng)原動(dòng)件1順時(shí)針方向擺動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)棘爪3便在棘輪齒背上滑過。這時(shí)，簧片6迫使制動(dòng)棘爪5插入棘輪的齒槽，阻止棘輪順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，故棘輪靜止不動(dòng)。當(dāng)原動(dòng)件連續(xù)地往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪作單向的

2、間歇運(yùn)動(dòng)。v改變?cè)瓌?dòng)件1的結(jié)構(gòu)形狀，可以得到如圖6-2所示的雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)。原動(dòng)件1往復(fù)擺動(dòng)時(shí)都能使棘輪2沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。v驅(qū)動(dòng)棘爪3可以制成直的（圖a）或帶鉤頭的（圖b）。v當(dāng)棘輪輪齒制成方形時(shí)，成為可變向棘輪機(jī)構(gòu)，如圖6-3a所示。其特點(diǎn)是當(dāng)棘爪1在實(shí)線位置時(shí)，棘輪2將沿逆時(shí)針方向作間歇運(yùn)動(dòng)；當(dāng)棘爪翻轉(zhuǎn)到虛線位置時(shí)，棘輪將沿順時(shí)針方向作間歇運(yùn)動(dòng)。v圖6-3b所示為另一種可變向棘輪機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)棘輪順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向作間歇運(yùn)動(dòng)，還可使棘輪與棘爪脫開，則當(dāng)棘爪往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪靜止不動(dòng)。v上述棘輪機(jī)構(gòu)，棘輪的轉(zhuǎn)角都是相鄰兩齒所夾中心角的倍數(shù)，也就是說，棘輪的轉(zhuǎn)角是有級(jí)性改變的。如果要實(shí)現(xiàn)

3、無級(jí)性改變，就需要采用無棘齒的棘輪。v圖64是通過棘爪1與棘輪2之間的摩擦力來傳遞運(yùn)動(dòng)的（3為制動(dòng)棘爪），故又稱為摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)在傳動(dòng)過程中很少發(fā)生噪聲，但其接觸表面間容易發(fā)生滑動(dòng)。 v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)使自行車前進(jìn)。自行車前進(jìn)時(shí)，如果令踏板不動(dòng)，后輪軸5便會(huì)超越鏈輪3而轉(zhuǎn)動(dòng)，讓棘爪4在棘輪齒背上滑過，從而實(shí)現(xiàn)不蹬踏板的自由滑行。v棘輪機(jī)構(gòu)除了實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)外，還能實(shí)現(xiàn)超越運(yùn)動(dòng)。如圖6-5所示為自行車后輪軸上的棘輪機(jī)構(gòu)。 二、棘爪工作條件v如圖6-6所示，為了使棘爪受力最小，應(yīng)使棘輪齒頂A和

4、棘爪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心O2的連線垂直于棘輪半徑O1A，即O1AO2=90。輪齒對(duì)棘爪作用的力有：正壓力Fn和摩擦力Ff。當(dāng)棘齒偏斜角為時(shí)，力Fn有使棘爪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)落向齒根的傾向；而磨擦力Ff阻止棘爪落向齒根。為了保證棘輪正常工作，使棘爪嚙緊齒根，必須使力Fn對(duì)O2的力矩大于Ff對(duì)O2的力矩，即 Fn LsinFf Lcosv因Ff=fFn和f=tg，代入上式得 tgtg v故 （6-1）v式中為齒與爪之間的摩擦角。當(dāng)摩擦系數(shù)f=0.2時(shí)，1130。為可靠起見，通常取=20。三、棘輪、棘爪的幾何尺寸計(jì)算及棘輪齒形的畫法v當(dāng)選定齒數(shù)z和按照強(qiáng)度要求確定模數(shù)m之后，棘輪和棘爪的主要幾何尺寸可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)

5、算： 頂圓直徑 Dmz 齒 高 h0.75m 齒 頂 厚 a=m 齒槽夾角 =60或55 棘爪長度 L2mv由以上公式算出棘輪的主要尺寸后，可按下述方法畫出齒形：如圖66所示，根據(jù)D和h先畫出齒頂圓和齒根圓；按照齒數(shù)等分齒頂圓，得A、C等點(diǎn)，并由任一等分點(diǎn)A作弦AB=a=m，再由B到第二等分點(diǎn)C作弦B C ； 然 后 自 B 、 C 點(diǎn) 分 別 作 角 度OBC=OCB=90得O點(diǎn)；以O(shè)為圓心，OB為半徑畫圓交齒根圓于E點(diǎn)，連CE得輪齒工作面，連BE得全部齒形。6-2 槽 輪 機(jī) 構(gòu) 一、槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理v槽輪機(jī)構(gòu)又稱為馬爾他機(jī)構(gòu)，如圖67所示。它是由具有徑向槽的槽輪2、帶有圓銷A的撥盤1和

6、機(jī)架組成。v撥盤1作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)使槽輪2作時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)。撥盤1上的圓銷A尚未進(jìn)入槽輪2的徑向槽時(shí)，由于槽輪2的內(nèi)凹鎖住弧被拔盤1的外凸圓弧卡住，故槽輪2靜止不動(dòng)。圖中所示位置是當(dāng)圓銷A開始進(jìn)入增輪2的徑向槽時(shí)的情況。v這時(shí)鎖住弧被松開，因此槽輪2受圓銷A驅(qū)使沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)圓銷A開始脫出槽輪的徑向槽時(shí)，槽輪的另一內(nèi)凹鎖住弧又被撥盤1的外凸圓弧卡住，致使槽輪2又靜止不動(dòng)，直到圓銷A再進(jìn)入槽輪2的另一徑向槽時(shí)，兩者又重復(fù)上述的運(yùn)動(dòng)循環(huán)。為了防止槽輪在工作過程中位置發(fā)生偏移，除上述鎖住弧之外也可以采用其他專門的定位裝置。v槽輪機(jī)構(gòu)構(gòu)造簡單，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

7、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。圖6-8所示為電影放映機(jī)卷片機(jī)構(gòu)。當(dāng)槽輪2間歇運(yùn)動(dòng)時(shí)，膠片上的畫面依次在方框中停留，通過視覺暫留而獲得連續(xù)的場景。 二、槽輪機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)v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。v如圖6-7所示，為了使槽輪2在開始和終止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)角速度為零， 以避免圓銷與槽發(fā)生撞擊，圓銷進(jìn)入或脫出徑向槽的瞬時(shí)，槽的中心線O2A應(yīng)與O1A垂直。設(shè)z為均勻分布的徑向槽數(shù)目，則槽輪2轉(zhuǎn)過22=2/z弧度時(shí)，撥盤1的轉(zhuǎn)角21將為）（2622221zv在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，槽輪2的運(yùn)動(dòng)時(shí)間tm對(duì)撥盤1的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t之比值稱為運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)。當(dāng)撥盤1等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這個(gè)時(shí)間之比可用轉(zhuǎn)

8、角之比來表示。對(duì)于只有一個(gè)圓銷的槽輪機(jī)構(gòu)，tm和t分別對(duì)應(yīng)于撥盤1轉(zhuǎn)過的角度21和2。因此其運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)為v為保證槽輪運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)應(yīng)大于零。由上式可知，此時(shí)，徑向槽的數(shù)目應(yīng)等于或大于3。但槽數(shù)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)出徑向槽的瞬時(shí)，槽輪的角加速度也很大。會(huì)引起較大的振動(dòng)和沖擊，故很少應(yīng)用。)36(2212122221zzzzttmv由式（6-3）可知，這種槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)總是小于0.5，即槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間總小于靜止時(shí)間ts。v如果撥盤1上裝有數(shù)個(gè)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)目為K，則一個(gè)循環(huán)中，輪2的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為只有一個(gè)圓銷時(shí)的K倍，

9、即v運(yùn)動(dòng)系數(shù)還應(yīng)當(dāng)小于1（=1表示槽輪2與盤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 )46(2)2(zzK)56(22zzKv由上式可知，當(dāng)z=3時(shí)，圓銷的數(shù)目可為1至5；當(dāng)z=4或5時(shí)，圓銷數(shù)目可為1至3；而當(dāng)z6時(shí)，圓銷的數(shù)目可為1或2。v槽數(shù)z9的槽輪機(jī)構(gòu)比較少見，因?yàn)楫?dāng)中心距一定時(shí)，z越大槽輪的尺寸也越大，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的慣性力矩也增大。另由式（63）可知，當(dāng)z9時(shí)，槽數(shù)雖增加，的變化卻不大，起不到明顯的作用，故z常取為48。 6-3 不完全齒輪機(jī)構(gòu) v圖69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由正常齒和帶鎖住弧的厚齒彼此相間地組成。v當(dāng)

10、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的無齒圓弧部分作用時(shí)，從動(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)。v不難看出，每當(dāng)主動(dòng)輪1連續(xù)轉(zhuǎn)過一圈時(shí)，圖6-9a、b所示機(jī)構(gòu)的從動(dòng)輪分別間歇地轉(zhuǎn)過1/8圈和1/4圈。v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。v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，它不宜用于主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速很高的場合。v不完全齒輪機(jī)構(gòu)常應(yīng)用于計(jì)數(shù)器、電影放映機(jī)和某些具有特殊運(yùn)動(dòng)要求的專用機(jī)械中。v圖6

11、10所示的機(jī)構(gòu)，主動(dòng)軸上裝有兩個(gè)不完全齒輪A和B，當(dāng)主動(dòng)軸連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)軸能周期性地輸出正轉(zhuǎn)一停歇一反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了防止從動(dòng)輪在停歇期間游動(dòng)，應(yīng)在從動(dòng)軸上加設(shè)阻尼裝置或定位裝置。6-4 凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)v凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通常有兩種型式。v一種是圖6-11所示的圓柱形凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。凸輪1呈圓柱形，滾子3均勻分布在轉(zhuǎn)盤2的端面，滾子中與轉(zhuǎn)盤中心的距離等于R2。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過角度t時(shí)，轉(zhuǎn)盤以某種運(yùn)動(dòng)規(guī)律轉(zhuǎn)過的角度2max=2/z（式中z為滾子數(shù)目）；當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過其余（2-t）時(shí)，轉(zhuǎn)盤靜止不動(dòng)。當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第二個(gè)圓銷與凸輪槽相作用，進(jìn)入第二個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)。這樣，當(dāng)凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)盤實(shí)現(xiàn)單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)擺桿長度等于R2、只有推程和遠(yuǎn)休止角的擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。v另一種是如圖612所示的蝸桿形凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。凸輪形狀如同圓弧面蝸桿一樣，