第5章 间歇运动机构

1高职高专“十一五”规划教材第5章间歇运动机构第5章间歇运动机构5.1棘轮机构5.2槽轮机构5.3不完全齿轮机构简介2第5章间歇运动机构当主动件作连续运动时，从动件作周期性的运动和停顿，这类机构称为间歇机构，也称为步进机构。它在各种自动化机械中得到广泛的应用，用来满足送进、制动、转位、分度、超越等工作要求。常用的间歇运动机构可以分为两类：(1）主动件往复摆动，从动件间歇运动，如棘轮机构;(2）主动件连续运动，从动件间歇运动，如槽轮机构、不完全齿轮机构等。间歇运动机构种类很多，本章主要介绍最常用的棘轮机构和槽轮机构。高职高专“十一五”规划教材3典型的棘轮机构如图5-1所示,由棘轮1、棘爪2、摇杆3、曲柄4、机架以及止回棘爪5等组成。弹簧6使止回棘爪5和棘轮1始终保持接触。当曲柄连续转动时，摇杆作往复摆动。当摇杆逆时针摆动时，棘爪便嵌入棘轮的齿槽中，棘爪被推动向逆时针方向转过一个角度；当摇杆顺时针摆动时，棘爪便在棘轮齿背上滑过，这时止回棘爪阻止棘轮顺时针转动，故棘轮静止不动。这样，当摇杆作连续摆动时，棘轮就作单向的间歇运动。高职高专“十一五”规划教材5.1.1棘轮机构的基本组成及工作原理图5-1外齿式棘轮机构5.1棘轮机构1234654高职高专“十一五”规划教材图5-3端齿式棘轮机构图5-2内齿式棘轮机构5.1.2棘轮机构的常见类型及特点棘轮机构的类型很多，按照工作原理可分为齿啮式和摩擦式，按结构特点可分为外齿式、内齿式（图5-2）和端齿式（图5-3）,按运动形式分单向间歇转动、单向间歇移动（图5-4）、双动式、双向式。1-主动棘爪2-棘齿条3-摆杆4-止动棘爪图5-4移动式棘轮机构32143215高职高专“十一五”规划教材（2）双动式棘轮机构如果我们希望使摇杆来回摆动时，使棘轮都能够向同一方向转动，则可以采用所谓双动式棘轮机构，如图5-5所示。此种机构的棘爪可以制成直的或钩头的。1.几种常用的棘轮机构（1）单动式棘轮机构当主动棘爪来回摆动一次,棘轮只在来(或回)的运动时转动,这样的棘轮机构称为单动式棘轮机构。图5-1、图5-2及图5-3的棘轮机构均属单动式棘轮机构。图5-5双动式棘轮机构3126高职高专“十一五”规划教材上述的轮齿式棘轮机构，棘轮是靠摇杆上的棘爪推动其棘齿而运动的,所以棘轮每次转动角都是棘轮齿距角的倍数。在摇杆一定的情况下，棘轮每次的转动角是不能改变的。若工作时需要改变棘轮转动角，有两种方法:①改变摇杆的摆角。如图5-1所示,若将曲柄4设计成尺寸可调的结构,通过改变曲柄长度使摇杆摆动的角度改变,从而可达到调节棘轮转角的目的。②调节遮板的位置。如图5-6所示，在棘轮上加一个遮板，用以遮盖摇杆摆角范围内棘轮上的一部分齿。这样，当摇杆逆时针方向摆动时,棘爪先在遮板上滑动，然后才插入棘轮的齿槽推动棘轮转动。被遮住的齿越多，棘轮每次转动的角度就越小。图5-6带遮板的棘轮机构φ7高职高专“十一五”规划教材（3）双向式棘轮机构上面介绍的棘轮机构运动形式均为单向转动,一般情况下都带有止回棘爪防止棘轮逆转。而当需要棘轮做双向运动时,则应采用能变向的棘轮机构。如图5-7所示的双向式棘轮机构,其棘轮的转向可通过改变棘爪的摆动方向来控制。如图所示为一种棘爪可以绕自身轴线转动的棘轮机构。当棘爪按图示位置安放时，棘轮可以得到逆时针方向的单向间歇运动；而当棘爪提起，并绕本身轴线旋转1800后再放下时，就可以使棘轮获得顺时针方向的单向间隙运动。图5-7双向式棘轮机构（4）摩擦式棘轮机构前述棘轮机构，棘轮的转角都是以棘轮的轮齿为单位的，即棘轮转角的改变都是有级的，若要无级地改变棘轮的转角，可采用无棘齿的摩擦棘轮机构,如图5-8所示机构是摩擦棘轮机构中的一种。该棘轮机构是通过棘轮2与棘爪3之间的摩擦而使棘爪实现间歇传动的。摩擦式棘轮机构可无级变更棘轮转角，且噪声小，多用于轻载间歇运动机构,但易产生滑动。为增大摩擦力，可将棘轮做成槽轮形。图5-8摩擦式棘轮机构2112382.棘轮机构的特点齿啮式棘轮机构结构简单、运动可靠、棘轮的转角容易实现有级的调节。但是这种机构在回程时，棘爪在棘轮齿背上滑过产生噪声；在运动开始和终了时，由于速度突变而产生冲击，运动平稳性差，且棘轮轮齿容易磨损，故常用于低速轻载等场合。摩擦式棘轮传递运动较平稳、无噪声，棘轮角可以实现无级调节，但运动准确性差，不易用于运动精度高的场合。高职高专“十一五”规划教材5.1.3棘轮机构的主要功能棘轮机构常用在各种机床、自动机、自行车、螺旋千斤顶等各种机械中。1.间歇送进机构如图5-9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。1-曲柄2-连杆3-摇杆4-棘爪5-棘轮6-丝杆7-工作台图5-9牛头刨床送进方向刨刀运动方向765342192.制动机构棘轮机构广泛用于防止机械逆转的制动器中，这类棘轮制动器常用在卷扬机、提升机、运输机和牵引设备中。在卷扬机中通过棘轮机构实现制动功能，防止链条断裂时卷筒逆转。图5-10所示为一提升机中的棘轮制动器，重物Q被提升后，由于棘轮受到止动爪的制动作用，卷筒不会在重力作用下反转下降，起到安全作用。3.转位分度机构棘轮还被广泛用作转位分度的机械装置之中。高职高专“十一五”规划教材图5-10用棘轮机构防止逆转12卷筒Q10高职高专“十一五”规划教材4.超越离合装置自行车后轴上的所谓“飞轮”，即是典型的内啮合齿式棘轮机构。如图所示，外缘的链轮与有内齿的棘轮（即构件3）是固定在一起的，构件3与轮毂1之间有滚动轴承，两者可相对转动。棘爪2固定在轮毂1上，轮毂1与自行车后轮固联。棘爪2用弹簧丝压在构件3的棘轮内齿上，当构件3（链轮）逆时针转动的转速比轮毂1的转速快时，构件3推动棘爪2转动，棘爪2带动轮毂1转动，即使自行车后轮转动。轮毂1与链轮转速相同，即脚蹬得越快，后轮转动越快，自行车速度也越快。但当轮毂1转速比链轮转速快时，如当自行车下坡或脚不蹬踏时，链轮不转动，轮毂因惯性仍按原转动方向转动，此时，棘爪便在棘背上滑动，轮毂1与链轮3脱开，各自以不同的转速转动。这种特性称为超越，实现超越运动的组件称为超越离合器，超越离合器在机械上应用广泛。32111高职高专“十一五”规划教材如图5-11所示为钻床中以棘轮机构作为传动中的超越离合器。还有在车床中以棘轮机构作为传动中的超越离合器，实现自动进给和快慢速进给功能。图5-11钻床中的超越离合器35678A-A2563781AA4125.2槽轮机构高职高专“十一五”规划教材5.2.1槽轮机构的基本组成及工作原理槽轮机构又称为马尔他机构。槽轮机构能把主动轴的等速连续运动转变为从动轴周期性的间歇运动，槽轮机构常用于转位或分度机构。图5-12所示为一单圆外啮合槽轮机构，它由带圆柱销2的主动拨盘1、具有径向槽的从动槽轮3和机架等组成。槽轮机构工作时，拨盘为主动件并以等角速度连续回转，从动槽轮作时转时停的间歇运动。当圆柱销2未进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹锁止弧被拨盘的外凸圆弧卡住，故槽轮静止不动。图5-12(a)所示为圆柱销2刚开始进入槽轮径向槽的位置。这时锁止弧刚好被松开，随后槽轮受圆销2的驱使而沿反向转动。当圆销2开始脱出槽轮的径向槽时，如图5-12（b）所示，槽轮的另一内凹锁止弧又被曲柄的外凸圆弧卡住，致使槽轮又静止不动，直到曲柄上的圆销2进入下一径向槽时，才能重复上述运动。（a）（b）图5-12槽轮机构1O2O321efaghωc1O2Oω13高职高专“十一五”规划教材5.2.2槽轮机构的常见类型、特点及应用表5-1槽轮机构的常见类型及特点类型平面槽轮机构空间槽轮机构外槽轮机构内槽轮机构图示特点主从动轮转向相反主从动轮转向相同；传动较平稳，停歇时间短，所占空间小传递相交轴的运动R2hrR1eaRxγφ12φ22RdO2O1ω1ω22114槽轮机构具有结构紧凑、制造简单、传动效率高，并能较平稳地进行间歇转位的优点，故在工程上得到了广泛应用。但槽轮机构中圆柱销突然进入与脱离径向槽，传动存在柔性冲击，不适合高速场合，转角不可调节，只能用在定角场合。例如：在自动机上，用以间歇地转动刀架或工作台；在化工厂管道系统中，用以启闭阀门；在电影放映机中，用作卷片机构（图5-13），为了适应人们的视觉暂留现象，要求影片作间歇运动，它采用四槽槽轮机构，当传动轴带动圆销每转过一周，槽轮相应地转过90°，因此能使影片的画面作短暂的停留。图5-14所示为六角自动车床的刀架转位机构，为了满足零件加工工艺要求自动变换所需刀具，采用六槽的槽轮机构，当圆销进、出槽轮一次，则可推动槽轮转过60°，并且使下一工序的刀具转到工作位置。高职高专“十一五”规划教材图5-13电影放映机的卷片机构图5-14六角自动车床的刀架转位机构AA60°槽轮刀架拨盘155.3不完全齿轮机构简介不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮机构演变而成的间歇运动机构。它与普通渐开线齿轮机构的主要区别在于该机构中的主动轮仅有一个或几个齿，如图5-15所示。5.3.1不完全齿轮机构的组成及工作原理当主动轮1的有齿部分与从动轮轮齿结合时，推动从动轮2转动；当主动轮1的有齿部分与从动轮脱离啮合时，从动轮停歇不动。因此，当主动轮连续转动时，从动轮获得时动时停的间歇运动。图5-15(a)所示为外啮合不完全齿轮机构，其主动轮1转动一周时，从动轮2转动六分之一周，从动轮每转一周停歇6次。当从动轮停歇时，主动轮上的锁止弧与从动轮上的锁止弧互相配合锁住，以保证从动轮停歇在预定位置。图5-15（b）为内啮合不完全齿轮机构。高职高专“十一五”规划教材图5-15不完全齿轮机构21SS122SS11216图5-16所示为不完全齿轮齿条机构，当主动轮连续转动时，从动轮作时动时停的往复移动。5.3.2不完全齿轮机构的特点及应用优点：结构简单、制造方便；设计灵活，从动轮的运动角范围大；从动轮的运动时间和静止时间的比例不受机构结构的限制,可在一个周期内实现多次动、停时间不等的间歇运动。缺点：不完全齿轮机构与普通渐开线齿轮机构一样，当主动轮匀速转动时，其从动轮在运动期间也保持匀速转动，但在从动轮运动开始和结束时，即进入啮合和脱离啮合的瞬时，速度是变化的，故存在冲击。不完全齿轮机构一般只用于低速、轻载的场合，如用于计数器、电影放映机和某些进给机构中。高职高专“十一五”规划教材图5-16不完全齿轮齿条机构2117思考题5-1间歇运动机构的运动特点是什么?常见的间歇运动机构有哪两种类型?5-2棘轮机构的工作原理是什么?有哪些特点?5-3棘轮转角的调节方法有几种?如何调节?5-4试举例说明棘轮机构有哪些功能。5-5常用的棘轮机构有哪几种?5-6槽轮机构的工作原理是什么?有哪些特点?5-7槽轮机构有哪些常见类型?5-8试举两到三个槽轮机构应用实例。5-9不完全齿轮机构有何特点?高职高专“十一五”规划教材18高职高专“十一五”规划教材再见