间歇运动机构讲解

第六章间歇运动机构一、教学目的和教学要求1、教学目的：拓宽学生的知识面，使学生知道存在某一类机构。

2、教学要求结合专业需要对棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构、星轮机构等一些其他常用机构的工作原理、运动特点及其应用有所了解。

二、本章重点教学内容及教学难点重点：了解棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的组成、运动特点及其运动设计的要点。

至于凸轮式间歇机构和星轮机构，只需了解它们的运动特点。

难点：如何组织教学内容，使学生没有杂乱无章之感。

§6-1 棘轮机构一、棘轮机构的组成、工作特点及类型棘轮机构的典型结构是由摇杆、棘爪、棘轮、止动爪和机架组成。

可将主动摇杆连续往复摆动变换为从动棘轮的单向间歇转动。

其棘轮轴的动程可以在较大范围内调节，且具有结构简单、加工方便、运动可靠等特点。

但冲击、噪音大，且运动精度低。

棘轮上的齿大多做在棘轮的外缘上，构成外接棘轮机构，也有做在圆筒内缘上的，这时构成内接棘轮机构。

至于其他形式的齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构仅作为了解，以开阔眼界。

二、棘轮机构的设计要点在设计棘轮机构时，首要的问题是确定棘轮轮齿的倾斜角，因为为了保证棘轮机构工作的可靠性，在工作行程时，棘轮应能顺利地滑入棘轮齿底。

棘轮齿面倾斜角δ的确定：棘轮齿面倾斜角δ为齿面与轮齿尖向径的夹角。

为了使棘爪能顺利地进入棘轮齿间，则要求齿面总作用力R 对棘爪轴心的力矩方向应迫使棘爪进入棘轮齿底。

即应满足条件：ϕδ>（6-1） 其中ϕ为摩擦角。

§6-2 槽轮机构一、槽轮机构的组成、工作特点及类型槽轮机构的典型机构是由由主动拨盘、从动槽轮及机架组成。

可将主动拨盘的连续转动变换为槽轮的间歇转动。

并具有结构简单、尺寸小、机械效率高、能较平稳地间歇转位等特点。

普通槽轮机构有外槽轮机构和内槽轮机构之分。

为了满足某些特殊的工作要求，在某些机械中还用到一些特殊型式的槽轮机构，如不等臂长的多销槽轮机构、球面槽轮机构、偏置槽轮机构等。

二、普通槽轮机构的运动系数及运动特性 (1) 普通槽轮机构的运动系数在单销外槽轮机构中，当主动拨盘回转一周时，从动槽轮运动时间d t 与主动拨盘转一周的总时间t 之比称为槽轮机构的运动系数，并以k 表示，即zt t k d 121-== (6-2)式中z ——槽轮的槽数。

如果在拨盘上均匀地分布n 个圆销，则当拨盘转动一周时，槽轮将被拨动n 次，则该槽轮机构的运动系数为)121(zn k -= （6-3） 运动系数必须是大于零而小于1。

（2）普通槽轮机构的运动特性主动拨盘以等速度1ω转动。

当主动拨盘处在1ϕ位置角时，从动槽轮所处的位置角2ϕ、角速度2ω及角加速度2α分别为)()]cos 1/(sin arctan[11112ϕαϕϕαϕλϕ<<--= (6-4))cos 21/()(cos 21112λϕλλϕλωω+--= (6-5)22112122)cos 21/(sin )1(λϕλϕλλωα+--= (6-5)式中)/sin(/z L k πλ==当拨盘的角速度1ω一定时，槽轮的角速度及角加速度的变化取决于槽轮的槽数z ，且随槽数z 的增多而减少。

此外，圆销在啮入和啮出时，有柔性冲击，其冲击将随z 减少而增大。

三、槽轮机构的设计要点（l ）槽轮槽数的确定由式 zk 121-=可知，槽轮糟数z 愈多，k 愈大，槽轮转动的时间增加，停歇的时间缩短。

因k ＞o ，故槽数3≥z ，但当z ＞12时，k 值变化不大，故很少使用z ＞12的槽轮。

因此，一般取z =3～12，而常用槽数为3，4，6，8。

一般情况下，槽轮停歇时间为机器的工作行程时间；槽轮传动的时间则是空行程时间。

为了提高生产率，要求机器的空行程时间尽量短，即k 值要小，也就是槽数要少。

由于z 愈少，槽轮机构运动和动力性能愈差，故一般在设计槽轮机构时，应根据工作要求、受力情况、生产率等因素综合考虑，合理选择k 值，再来确定槽数0z 。

一般多取z =4或6。

（2）圆销数目的确定单销外啮合槽轮机构的k 值总是小于0.5，即槽轮的运动时间总是小于其停歇时间。

如果要求k ＞0.5的间歇运动时，可以采用多销外啮合槽轮机构，其销数n 应满足式)2(2-≤z z n （6-6）当z =3时，n =1～6；当z =4时，n =l ～4；当z =5或6时，n =l ～3；当7≥z 时，n = l~ 2。

§6-3 不完全齿轮机构一、不完全齿轮机构的组成、工作特点及类型不完全齿轮机构是由普通齿轮机构演变而得的一种间歇运动机构。

不完全齿轮机构的主动轮的轮齿不是布满在整个圆周上，而只有一个或几个齿，并根据运动时间与停歇时间的要求，在从动轮上加工出与主动轮相啮合的齿。

不完全齿轮机构设计灵活、从动轮的运动角范围大，很容易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动。

但加工复杂；在进入和退出啮合时速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于高速转动；主、从动轮不能互换。

不完全齿轮机构同齿轮啮合相同，可分为外啮合、内啮合及不完全齿轮齿条机构。

二、设计要点1）主动轮首末齿齿顶需降低，以避免齿顶干涉。

2）改善从动轮动力特性的措施，加瞬心线附加板，减少啮入及啮出阶段的冲击。

§6-6 例题精选 例6-1 有一外啮合槽轮机构，已知槽轮槽数z =6，槽轮的停歇时间为1s ，槽轮的运动时间为2s 。

求槽轮机构的运动特性系数及所需的圆销数目。

解：当主动拨盘1回转一周时，槽轮2的运动时间为2612d t =⨯=秒，主动拨盘转一周的总时间为(12)618t =+⨯=秒，所以212183d k t t ===。

211()32k n z==- 2n ∴= 例6-2 在转动轴线互相平行的两构件中，主动件作往复摆动，从动件作单向间歇转动，若要求主动件每往复一次，从动件转12︒。

试问：(1)可采用什么机构？(2)试画出其机构示意图；(3)简单说明设计该机构尺寸时应注意哪几个问题？解：(1)棘轮机构。

(2)如图所示(3)设计时应注意两个问题(保证机构可靠工作):齿形要符合自动啮紧条件。

12︒应是每齿所对中心角的倍数。

而主动件的摆角应为12︒+2ϕ∆。

∆ϕ为空程角，在12︒前后各加∆ϕ角。

例6-2图解第七章 实现其他功用机构本章重点：了解万向联轴节及螺旋机构的组成、运动特点及其运动设计的要点。

至于行程增大和可调机构、供料机构及抓取机构、瞬心线机构、共轭曲线机构以及组合机构只需了解它们的运动特点。

本章要求：结合专业需要对万向联轴节、螺旋机构等机构的工作原理、运动特点及其应用有所了解。

§7-1 万向联轴节可用于传递两相交轴间的运动和动力，而且在传动过程中，两轴之间的夹角可以变动。

它广泛用于汽车、机车等机械传动系统中。

1． 单万向铰链机构单万向铰链机构是由主动轴1、从动轴2、中间十字构件及机架组成。

当两轴夹角为α时，若主动轴1以等角速度1ω回转时，则从动轴2的角速度2ω将在一定范围内变化，即αωωαωcos /cos 121≤≤ （7-1）且变化幅度与两轴夹角α的大小有关。

α愈大，2ω的变化幅度愈大，故一般取030≤α。

（2）双万向铰链机构。

为了消除单万向铰链机构中从动轴变速转动的缺点，常采用由两个单万向铰链机构形成的双万向铰链机构。

为了实现主、从动轴的角速度恒相等，其结构必须满足的条件为：1）轴1，3和中间轴2必须位于同一平面内；2）主动轴1、从动轴3与中间轴2的轴线之间的夹角应相等；3）中间轴两端的叉面应位于同一平面内。

§7-2 螺旋机构螺旋机构是由螺杆、螺母及机架组成。

一般情况下，它是将螺杆的旋转运动转换为螺母沿螺杆轴向的移动。

但在v ϕγ> 的情况下，也可将螺母移动变为螺杆的转动。

螺旋机构的主要优点是能获得很大减速比和力的增益。

可通过选择螺旋导程角使机构具有自锁性，但机构效率较低。

1．螺旋机构的运动分析简单螺旋机构中，当螺杆1转过角度ϕ时，螺母2将沿螺杆1轴向移动的距离为s ，其值为()πϕ2/l s = （7-2）式中l 为螺旋的导程（mm ）。

（l ）差动螺旋机构此螺旋机构中存在具有两段不同导程A l 和B l ，且为螺纹旋向相同的螺杆。

当螺杆转过角度ϕ时，螺母相应移动的距离为s ，即)2/()(πϕB A l l s -= (7-3)当导程A l 与B l 相差很小时，位移s 很小。

这种差动螺旋机构又称为微动螺旋机构，常用于微调、测微和分度机构中。

（2）复式螺旋机构此螺旋机构中存在具有两段不同导程A l 和B l ，且为螺纹旋向相反的螺杆。

当螺杆转过角度ϕ时，螺母相应移动的距离为s ，即)2/()(πϕb A l l s += （7-4）此种螺旋机构可实现螺母的快速移动。

2．螺旋的螺纹导程角、导程和头数为了满足不同的工作要求，螺旋机构应选用不同的几何参数。

要求具有自锁性或起微动作用的螺旋机构，宜选用单头螺纹，使螺纹具有较小的导程及导程角；对于要求传递大的功率或快速运动的螺旋机构，则采用具有较大导程角的多头螺旋。

§7-3 行程增大和可调机构（不讲）§7-4 供料机构及抓取机构（不讲）§7-5 组合机构常把几个基本机构组合起来加以应用，就构成了所谓的组合机构。

利用组合机构不仅能满足多种设计要求，而且能综合应用和发挥各种基本机构的特点，所以组合机构越来越得到广泛的应用。

组合机构可以是同一类的基本机构的组合，也可以是不同类型基本机构的组合。

常见的组合机构有联动凸轮组合机构、凸轮－齿轮组合机构、齿轮－连杆组合机构等。

§7-6 瞬心线机构（不讲）§7-7 共轭曲线机构（不讲）§7-8 例题精选例7-1图示螺旋机构中，螺杆1分别与构件2和3组成螺旋副，导程分别为L 122=mm ，133L =mm ，如果要求构件2和3如图示箭头方向由距离1100H =mm 快速趋近至H 290=mm ，试确定：(1)两个螺旋副的旋向(螺杆1的转向如图)；(2)螺杆1应转过多大的角度。

例7-1图解：(1)左边的螺旋副为左旋，右边的为右旋。

(2)H H H =-=-=121009010mm 设两螺母移动的距离分别为s 1和s 2，则s L 112222===ϕϕϕ/()/()/πππs L 213232==ϕϕ/()/()ππ12s s H +=∴+=ϕϕππ()()3210∴=ϕ4π螺杆1应转过4π。

例7-2螺旋机构如图所示，A 、B 、C 均为右旋，导程分别为L A =6mm ，L B =4mm ，L C =24mm 。

试求当构件1按图示方向转1转时，构件2的轴向位移s 2及转角ϕ2。

例7-2图解：设轴向位移向右为正，右旋导程为正，则右视图逆时针方向转动为正。