第4章 凸轮机构棘轮
机械设计基础课程形成性考核作业及答案
机械设计基础课程形成性考核作业（一)第1章静力分析基础1.取分离体画受力图时，__CEF__力得指向可以假定，＿_ABDＧ__力得指向不能假定。
A.光滑面约束力B。
柔体约束力 C.铰链约束力D。
活动铰链反力E。
固定端约束力F．固定端约束力偶矩G．正压力2.列平衡方程求解平面任意力系时，坐标轴选在__B__得方向上，使投影方程简便；矩心应选在_ＦG_点上，使力矩方程简便。
Ａ．与已知力垂直Ｂ。
与未知力垂直C．与未知力平行D。
任意E．已知力作用点 F.未知力作用点Ｇ．两未知力交点H.任意点3。
画出图示各结构中AB构件得受力图。
４。
如图所示吊杆中A、B、Ｃ均为铰链连接,已知主动力F＝４0kN，AB=BC＝２m，α=30︒、求两吊杆得受力得大小.解：受力分析如下图列力平衡方程：又因为ＡB=BC第2章常用机构概述1.机构具有确定运动得条件就是什么?答:当机构得原动件数等于自由度数时，机构具有确定得运动2。
什么就是运动副?什么就是高副？什么就是低副?答:使两个构件直接接触并产生一定相对运动得联接，称为运动副。
以点接触或线接触得运动副称为高副，以面接触得运动副称为低副.3.计算下列机构得自由度,并指出复合铰链、局部自由度与虚约束。
(1）n=7,P L=１0,PＨ＝0 (２)ｎ=5，P L=7，P H＝0C 处为复合铰链（3)n＝7，ＰＬ=１0,ＰＨ=0（4)n=７，P L=9,P H=１Ｅ、E’有一处为虚约束 F 为局部自由度Ｃ处为复合铰链第３章平面连杆机构１。
对于铰链四杆机构，当满足杆长之与得条件时，若取_C_为机架，将得到双曲柄机构.Ａ。
最长杆B。
与最短杆相邻得构件C.最短杆D.与最短杆相对得构件2．根据尺寸与机架判断铰链四杆机构得类型。
a）双曲柄机构b）曲柄摇杆机构c)双摇杆机构ｄ）双摇杆机构３.在图示铰链四杆机构中,已知，l BC=15０ｍｍ，lＣD＝120mm,l AＤ=１00ｍm,AＤ为机架;若想得到双曲柄机构，求lＡＢ得最小值。
第4章--凸轮机构
理论轮廓 实际轮廓
④将各中心点连接成一条光滑曲线。 ⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线(中心轨迹的等距曲线)。
3、对心直动平底推杆盘形凸轮
对心直动平底推杆凸轮机构中，
已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和
推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲
线。
8’ 7’ 5’ 3’ 1’
一、凸轮机构的工作过程
名词术语：基圆、基圆半径、推程、
s
推程运动角、远停程、远停程角、 B’
回程、 回程运动角、 近停程、 近停程角
运动规律：推杆在推程或回程
时，其位移S、速度V、和加速 度a 随时间t 的变化规律。
A
D δ0
2
δ’0
r0
δ
0
δ01
h
t
o δ0 δ δ’ δ δ
01 0 02
ω
B
S=S(t)
滚子材料可选用20Cr、18CrMoTi等，经渗碳淬火，表 面硬度达56～62HRC，也可用滚动轴承作为滚子。
实例分析
实例一 图4-33是钉 鞋机中主要组成部件—凸 轮组件，从图中可看出， 当钉鞋机转动手轮，使得 凸轮组件转动时，实际上 是四个不同的凸轮同时在 转动，两个是凹槽凸轮， 两个是一般常见的盘形凸 轮。钉鞋机就是靠四个凸 轮带动相对应的杆件运动 来达到预定的运动要求， 完成钉鞋机的工作。
④作平底直线族的内包络线。
4、偏置直动尖顶推杆盘形凸轮
偏置直动尖顶推杆凸轮机构中，
e
已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和推
-ω
杆的运动规律和偏心距e，设计该凸轮
轮廓曲线。
8’ 7’ 5’ 3’ 1’
1 3 5 78
第四章_常用机构1-1
4.2 凸轮机构
（2）等加速—等减速运动规律
等加速、等减速运动规 律，在前半程用等加速运动 规律，后半程采用等减速运 动规律，两部分加速度绝对 值相等。
等加速、等减速运动规 律在运动起点A、中点B、终 点C的加速度突变为有限值， 产生柔性冲击。用于中速、 轻载的场合。
4.2 凸轮机构
（3）摆线运动规律 当半径为R 的滚圆沿纵坐标轴作 纯滚动时，圆周上某定点M的运动轨 迹为一摆线，该点在纵坐标轴上投影 的变化规律即构成摆线运动规律。 由运动线图可知，当从动件按摆 线运动规律运动时，其加速度按正弦 曲线变化，故又称为正弦加速度运动 规律。从动件在行程的始点和终点处 加速度皆为零，且加速度曲线均匀连 续而无突变，因此在运动中既无刚性 冲击，又无柔性冲击，常用于较高速 度的凸轮机构。
1.曲柄摇杆转化为曲柄滑块
4.1平面连杆机构
2.曲柄滑块转化为偏心轮滑块
4.1平面连杆机构
3.其他机构 如压水井
42 凸轮机构
§4.2凸轮机构
一、凸轮机构的应用和类型
1.凸轮机构的组成特性和应用 平面连杆机构一般只能近似地实现给定的 运动规律，而且设计较为复杂，在各种机器 中，特别是自动化机器中，为实现各种复杂 的运动要求，常采用凸轮机构。 右图所示为内燃机的气门机构，当具有曲 线轮廓的凸轮1作等速回转时，凸轮曲线轮 廓通过与气门2（从动件）的平底接触，迫 使气门2相对于气门导管3（机架）作往复直 线运动，从而控制了气门有规律的开启和闭 合。气门的运动规律取决于凸轮曲线轮廓的 形状。
4.2 凸轮机构
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，他通过与从动件 的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任 意预期运动。
凸轮机构结构简单、紧凑，能方便地设计凸轮轮廓以实现 从动件预期运动规律，广泛用于自动化和半自动化机械中作 为控制机构。
简述棘轮机构的原理及类型
简述棘轮机构的原理及类型棘轮机构是一种传动机构，通过凸轮和棘爪之间的咬合与转动来完成传动功效。
它由凸轮和棘爪两部分组成，其中凸轮是一个呈圆柱体形状的零件，上面有一系列凸起，而棘爪是一个具有特定形状的零件，它可以在凸轮的凸起间移动，从而完成转动。
棘轮机构具有以下特点：1. 精度高：棘轮机构凸轮上的凸起和棘爪之间的咬合非常精确，可以实现准确的转动。
2. 结构简单：棘轮机构的结构相对简单，由凸轮和棘爪两部分组成，没有其他复杂零件。
3. 运动平稳：棘轮机构的传动过程中，凸轮上的凸起和棘爪之间的咬合平稳，运动过程中没有明显的震动或冲击。
棘轮机构的运动原理如下：当凸轮旋转时，凸轮上的凸起与棘爪相互咬合，通过凸轮的旋转，棘爪被牵引着进行往复、扭转或旋转运动，从而完成传递力或转动的功能。
具体来说，当凸轮的凸起刚好与棘爪的凹槽对齐时，它们之间的咬合力会推动棘爪进行相应的运动；而当凸轮的凸起与棘爪的凹槽不对齐时，它们之间的咬合力会阻止棘爪继续运动。
根据棘轮机构凸轮的形状和棘爪的布置方式，可以将棘轮机构分为不同的类型，包括以下几种：1. 方形棘轮机构：方形棘轮机构的凸轮呈方形，凸起和凹槽的数量相等，凸轮的每个面上都有一个凸起和一个凹槽。
棘爪上有两个棘爪臂，分别咬合于凸起和凹槽，使棘爪进行往复运动。
2. 圆形棘轮机构：圆形棘轮机构的凸轮呈圆形，凸起的数量多于凹槽的数量。
凸轮的每个面上通常有多个凸起，棘爪上有一个或多个棘爪臂与凸起相咬合。
当凸起和凹槽对齐时，棘爪会被扭转或旋转。
3. 弧形棘轮机构：弧形棘轮机构的凸轮呈弧形，凸起和凹槽的数量不等。
凸轮的每个面上可能会有一个或多个凸起和凹槽，棘爪上的棘爪臂与凸起或凹槽相咬合。
当凸起和凹槽对齐时，棘爪会跳过一个或多个凸起或凹槽，实现较大跨度的扭转或旋转。
4. 直线棘轮机构：直线棘轮机构的凸轮呈直线形状，凸起和凹槽的数量相等。
凸轮上的凸起和棘爪上的棘爪臂相咬合，使棘爪进行往复运动。
机械设计基础第四章
对心尖端直动从动件 12 盘形凸轮机构
等速运动规律 等加速等减速运动规律 余弦加速度运动规律 正弦加速度运动规律
13
一、等速运动规律
h v2 常数 t1
h s2 v2 t t t1
a2 0
刚性冲击
14
从动件的速度有突变，加速度理论上
发生无穷突变，产生巨大的惯性力， 从而对凸轮机构造成强烈冲击。
轮廓的设计方法及步骤
凸轮机构的基圆半径与许用压力角有什么关系？ 棘轮机构和槽轮机构各有什么特点？ 槽轮机构有哪些主要参数？如何选取？
76
作业
85～86页： 4-2，4-3，4-4，4-5，4-9，4-11
77
rk＜ρmin时，可画出完整的轮廓曲线β’
49
rk＝ρmin时， ρ′=0
β’出现尖点 易磨损，从而改变预定的从动件运动规律
50
rk>ρmin时， ρ’<0 β’将出现交叉，在交 叉点以上部分的曲线 加工时将被切去，致 使从动件不能实现预 期的运动规律而发生 运动失真。
51
外凸时，rk min ,
3
内 燃 机 的 凸 轮 配 气 机 构
4
绕线机的凸轮绕线机构
5
缝纫机的凸轮拉线机构
6
移动凸轮机构
7
分类
按凸轮的形状分
盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
8
按从动件的结构型式分
尖顶从动件
构造简单、易磨损、用于仪表机构
滚子从动件
磨损小，应用广
平底从动件
受力小、润滑好，用于高速传动
9
按从动件的运动方式分
※ 从动件在反转时依次占据的位置均是偏距圆的切线55
章4 往复运动结构设计
第四章、往复、间歇运动机构设计
4.1概述 4.2往复运动机构 4.3间歇运动机构
4.1、概述
一、往复运动机构
往复运动从形式上有往复直线运动、往复摆动、往复曲线运动 和往名，实现往复运动的常用机构有凸轮机构、 曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构等。
图4-30所示的外槽轮 是槽轮机构的最简单 和基本形式。
图4-31为内槽轮的 结构，其工作原理 与外槽轮相似。
外槽轮主要用于转速较高、间歇短及机构负荷比较重的场合。 内槽轮机构运动内冲击小、动力性能好，适于要求运转平稳的 场合。特殊槽轮主要用于对转、停时间比例有特殊要求及不等 速间歇转动等场合。
利用电磁原理也可实现 往复移动和摆动，在现 代电子产品特别是数字 控制产品中，使用电磁 原理的机构可实现精密 的运动控制，图4-1为 计算机硬盘结构，其寻 道机构的运动控制就是 利用电磁原理实现的。
往复曲线运动通常由连杆机构实现，主要用于有特殊执行动作 要求的连续循环工作机械，如缝纫机的缝纫引线动作、织布机 的编织动作等。
图4-44为一种 适合于加工、 组装等作业自 动机或生产线 的启动棘轮步 进传送机构。 其中，气缸通 过齿条、齿轮 驱动棘轮机构 间歇运动，棘 轮再场将运动 传给同轴链 轮，从而使固 于链条上的工 件存放架进行 间歇直线移动。
图4-45为另一种 常见于轻工、包 装自动生产线的 直线转位机构。 其中，气缸为驱 动源，棘轮4上有 摩擦止回装置， 链轮系统有尼龙 张紧滚轮。
机械设计基础课件第4章
图4-19 凸轮机构的压力角 与基圆半径
4.3 盘形凸轮的几何法和解析法设计
• 4.3.1 图解法设计
1.作图原理 凸轮机构工作时，一般以凸轮为原动件， 凸轮是运动的，而绘在图纸上的凸轮是静 止的，因此绘制凸轮轮廓曲线是采用“反 转法”。根据相对运动原理，给整个机构 加上一个公共角速度ω绕凸轮轴心O转动 时，各构件间相对运动不变。若公共角速 度与凸轮的角速度ω1等值、反向，则凸轮 静止，而从动件随机架以-ω1转动，又沿 导路作相对移动；由于从动件始终与凸轮 接触，尖顶的运动轨迹就是凸轮的理论轮 廓。
4.3 盘形凸轮的几何法和解析法设计
• 4.3.1 图解法设计
（4）偏置移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制 如图所示，以O为中心，以偏距e为半径所作的圆称为偏距圆。如图所示，这种凸轮机 构的从动件在反转运动中依次占据的位置将不再是由凸轮轴心O作出的径向线，而是偏 距圆的各切线（图中的KoBo，KIB1，K2B2，…）。因此，从动件的位移Bl＇B1, B 2＇B2, B3＇B3, …也应沿这些切线并由基圆的交点（B1', B2', B3', …）对应向外量取。 其余作图步骤与对心移动尖顶从动件凸轮轮廓的作法基本相同。
凸轮机构按构件形状与运动形式分为不同的类型。 1.按凸轮形状分 （1）盘形凸轮：凸轮绕固定轴转动且径向轮廓尺寸变化的凸轮称为盘形 凸轮，是凸轮的基本型式。 （2）移动凸轮：当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作 直线运动，这种凸轮称为移动凸轮。 （3）圆柱凸轮：将移动凸轮卷成圆柱体称为圆柱凸轮
4.2 从动件常用运动规律
• 4.2.2 从动件常用规律
3.简谐运动规律 从动件的加速度按余弦规律 变化的运动规律称为简谐运 动规律。指质点在沿半径为R 的圆上作匀速圆周运动时， 其在这个圆上的投影所形成 的运动称为简谐运动。 其S2-δ1、v2-δ1、a2-δ1的关系曲 线如图所示。
汽车机械基础-第四章
2.计算公式 F = 3n - 2Pl - Ph n：机构中活动构件数； Ph ：机构中高副数； 计算实例 n = 3, Pl = 4, Ph = 0
F = 3n - 2Pl - Ph
=3×3 - 2Pl - Ph =3×3 - 2×4 - 0
=1
Pl ：机构中低副数； F ：机构的自由度数；
❖计算实例
——第四章 机构的组成及汽车常用机构
本章内容
一、机构的组成与运动简图 二、汽车常用四杆机构 三、凸轮机构 四、螺旋机构
第一节 机构的组成与运动简图
第一节 机构的组成与运动简图
一、 机构的组成及相关概念
机械：机械和机构的统称 零件：制造单元体 构件：运动单元体
构件可由一个或 几个零件组成。
第一节ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ机构的组成与运动简图
图4-5a是几种二运动副构件（指一个构件上有两个运动副）的示例， 图4-5b是几种三运动副构件（指一个构件上有三个运动副）的示例。 图4-5的部分图形中，在线条交接的内角涂以形如“◢、◣、◤、◥”的 焊缝 标记，或在一个封闭的图形内画上斜向“剖面线”，这是表示同一构件的两 种符号。
图4-5 运动简图中构件的表示方法 a) 二运动副构件示例 b) 三运动副构件示例
机器 能代替或减
轻人的劳动、能完 成有用机械功的机 构与构件的组合。
活塞2 顶杆8 连杆5
曲轴6
排气阀4 气缸体1
齿轮9
凸轮7
二、运动副及其分类
运动副： 构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有 相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称 为运动副。
例如，轴与轴承的联接、活塞与汽缸的联接、两啮合齿轮的联接等。 平面运动副 分平面低副和平面高副两种基本类型。 空间运动副 常见的有螺旋副和球面副。
棘轮机构的工作原理
棘轮机构的工作原理
棘轮机构是一种常见的传动机构，其主要由外部齿圈、内部销子齿轮和凸轮组成。
它的工作原理是通过凸轮的旋转来驱动外部齿圈和内部销子齿轮之间的啮合，在旋转过程中实现传动功能。
具体而言，棘轮机构的工作原理如下：当凸轮旋转时，外部齿圈和内部销子齿轮会由于凸轮的形状而进行一系列的相对运动。
在某些位置，凸轮的凹槽将外部齿圈与内部销子齿轮之间的啮合断开，使得两者可以自由滑动。
而在其他位置，凸轮的凹槽会恢复使外部齿圈和内部销子齿轮重新啮合，从而实现传递力量的作用。
通过这种方式，棘轮机构可以实现正反转的传动，并且传动比例也可以通过凸轮的设计和旋转速度进行调节。
同时，由于棘轮机构的结构简单，可靠性高，所以被广泛应用于各种机械设备中，如汽车变速器、自行车齿轮传动等。
总的来说，棘轮机构的工作原理是基于凸轮的旋转来实现外部齿圈和内部销子齿轮之间的相对运动，从而实现传动功能。
这种机构可以通过凸轮的形状和旋转速度来控制传动比例，其结构简单可靠，适用范围广泛。
第四章-简谐运动机构
内套筒 外套筒 滚子
2、双向棘轮 、 当曲柄向左摆动时， 当曲柄向左摆动时，棘爪 推动棘轮逆时针转动。 推动棘轮逆时针转动。 当棘爪在虚线位置时， 当棘爪在虚线位置时，可 驱动棘轮顺时针转动。 驱动棘轮顺时针转动。
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第 四 章
常用的间歇运动机构 槽轮机构中的运动系数
小 结
第 12 页
第四章
结 束
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1 1 1 2、 τ = − < 、 槽轮的运动时间总小于静止时间。 槽轮的运动时间总小于静止时间。 2 Z 2
1 须在构件1上安装多个圆销。 3、要使 τ > 须在构件1上安装多个圆销。 、 2
K ( Z − 2) (K 为均匀分布的圆销数) 为均匀分布的圆销数) τ= 2Z
第5页
三、槽轮机构的特点和应用 优点：结构简单，工作可靠， 优点：结构简单，工作可靠， 能准确控制转动的角度。 能准确控制转动的角度。 缺点： 对一个已定的槽轮机构来说， 缺点：①对一个已定的槽轮机构来说， 其转角不能调节。 其转角不能调节。 在转动始末，加速度变化较大，有冲击。 ②在转动始末，加速度变化较大，有冲击。 应用：应用在转速不高，要求间歇转动的装置中。 应用：应用在转速不高，要求间歇转动的装置中。 电影放映机中 用以间歇地移动影片。 电影放映机中，用以间歇地移动影片。 自动机中的自动传送链装置。 自动机中的自动传送链装置。
第四章
间歇运动机构
本章主要介绍常见间歇运动机构的工作原理 及其特点。 及其特点。
第1页
第4章凸轮机构及简谐运动机构
机械设计基础 —— 凸轮机构及间歇运动机构
三、对心直动平底从动件盘形凸轮
已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω 1和从动件 运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。
7’ 5’ 3’ 8’ 9’ 11’ 12’ 13’ 14’ 9 11 13 15
-ω 1
ω1
1’ 2’ 3’ 12 4’ 3 4 5’ 5 6’ 6 7 7’ 8 8’
1’
1 3 5 78
15 14’ 14 13’ 13 12 11 9 10 12’
11’ 设计步骤： 10’ 9’ ①选比例尺μ l作基圆rmin。 ②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。 ③确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。 ④作平底直线族的内包络线。
机械设计基础 —— 凸轮机构及间歇运动机构
四、摆动从动件盘形凸轮机构
已知凸轮的基圆半径rmin， 角速度ω 1，摆杆长度l以 及摆杆回转中心与凸轮 回转中心的距离d，摆杆 角位移方程，设计该凸 d 轮轮廓曲线。
4’ 3’ 2’ 1’ 1 2 3 4
A l
φ1
A1 ω 1
5’ 6’
7’ 8’ 5 6 7 8
A8
B’2 φ2 B’1 A2 B’3 B B2 B3 B 1 B’φ3 4 ω rmin 1 120° 4 B A3 90 ° B8 60 ° B5 B6 B’6
φ4
B’5 A4
A7
φ7
A6
B7 B’7
φ6
A
φ5
机械设计基础 —— 凸轮机构及间歇运动机构
4-4 凸轮机构设计中应注意的问题
一、压力角与凸轮的基圆半径 压力角α：从动件上受力方向与运动方向所夹的锐角。 受力分析（不计凸轮与从动件的摩擦）： α = α(t) Fy= Fn cosα Fx= Fn sinα
09、第四章之一、棘轮机构
三、棘轮机构的几何尺寸
1、自动啮紧条件 ——为保证棘轮机构的正常 工作，要求棘爪在工作载荷 下能自动滑到齿根而不被挤 出的条件称自动啮紧条件。 设棘爪与棘轮在齿顶圆上的A 点接触。则有： N.O2A.sinα＞F. O2A.cosα ∵F＝N.f＝N.tanρ 代入得：tanα＞tanρ ∴自动啮紧条件为：α＞ρ 式中： α—棘轮齿面倾角； N—作用在棘爪齿面上的法向反力； F—作用在棘爪齿面上的摩擦力； f—摩擦系数 ρ—摩擦角
特点：齿式棘轮机构结构简 单，运动可靠，从动棘轮容 易实现有级调节，但是有噪 声、冲击，轮齿易摩损，高 速时尤其严重，常用于低速、 轻载的间歇传动。 应用举例： ⑴、送进和输送（如右图示） 牛头刨床的横向进给机构： 通过可变向棘轮机构使丝杆 产生间歇传动，从而带动工 作台（螺母）实现横向间歇 进给运动。
公式
小结：
一、棘轮机构是常用的间歇运动机构之一。分类如下：
二、棘轮机构的基本参数有： 齿数Z：圆周角与棘轮的最小转角之比。 模数m：棘轮顶圆与齿数之比。 有关计算公式参阅P54表4-1
布置作业：练习与思考
4-4-1、棘轮机构的工作原理是什么？
如图4-1示：摆杆3左右摆动，当摆杆3顺时针右摆时，棘 爪2插入棘轮1的齿内推动棘轮转过某一角度。当摆杆3逆 时针左摆时，棘爪2在棘轮1齿面上滑过，制动爪4—防止 棘轮反转，故棘轮静止不动。如此往复循环，将摇杆3的 往复摆动变为棘轮1的单向间歇运动。
可变向棘轮机构——用于双向的间歇运动。
如左图：改变棘爪的 位置，使棘轮变向。
如右图：提起棘爪绕轴线旋转 1800，使棘轮变向。
双动式棘轮机构——摆杆来回摆动，使棘轮向 同一方向运动。
二、棘轮机构的类型和特点
1、类型：
4种常见的间歇运动机构
在各类机械中，常需要某些构件实现周期性的运动和停歇。
能够将主动件的连续运动转换成从动件有规律的运动和停歇的机构称为间歇运动机构。
而实现间歇运动的四种常用机构分别为：棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇运动机构和不完全齿轮机构。
一、棘轮机构棘轮机构的类型很多，从工作原理上可分为轮齿啮合式和摩擦式棘轮机构；从结构上可分为外啮合式和内啮合式棘轮机构；从传动方向上分为单向（单动和双动）式和双向式棘轮机构。
棘轮机构是把摇杆的摆动转变为棘轮的间歇回转运动。
其优点轮齿式棘轮机构运动可靠，棘轮转角容易实现有级调节，但在工作过程中棘爪在齿面上滑行，齿尖易磨损并伴有噪音，同时为使棘爪能顺利落入棘轮槽，摇杆摆角应略大于棘轮转角，这样就不可避免地存在空程和冲击，在高速时尤其严重，所以常用在低速、轻载下实现间歇运动。
摩擦式棘轮机构传递运动平稳、无噪声，棘轮转角可作无级调节。
图1 单向轮齿啮合式棘轮但由于运动准确性差，不宜用于运动精度要求高的场合。
在工程实践中，棘轮机构常用于实现间歇送进（如牛头刨床）、止动（如起重和牵引设备中）和超越（如钻床中以滚子楔块式棘轮机构作为传动中的超越离合器，实现自动进给和快速进给功能）等场合。
图2 摩擦式棘轮二、槽轮机构槽轮机构又称马尔他机构或日内瓦机构，也是常用的间歇运动机构之一。
普通平面槽轮机构有外接式槽轮机构（图3）和内接式槽轮机构（图4）两种类型。
它主要是由带有均布的径向开口槽的槽轮２、带有圆柱销Ａ的拔盘１以及机架组成。
图3 外接式槽轮机构图4 内接式槽轮机构槽轮机构的工作过程是：主动拨盘１上的圆柱销Ａ进入槽轮２上的径向槽以前，拔盘上的凸锁止弧α将槽轮上的凹锁止弧β锁住，则槽轮静止不动。
当拔盘圆柱销Ａ进入槽轮径向槽时，凸、凹锁止弧刚好分离，圆柱销可以驱动槽轮转动。
当圆柱销脱离径向槽时，凸锁止弧又将凹锁止弧锁住，从而使槽轮静止不动。
因此，当主动拨盘作连续转动时，槽轮被驱动作单向的间歇转动。
外接式槽轮机构的主动拨盘１与槽轮２转向相反；内接式槽轮机构的主动拨盘１与槽轮２转向相同，且传动平稳、占空间小，槽轮停歇时间较短。
《棘轮机构》课件
超越式棘轮机构主要由主动件、从动件和棘轮组成，通过主动件和从动件的相互 配合，实现两个方向的运动或动力传递。这种机构具有结构简单、传动平稳、承 载能力较大等优点，但需要精确控制主动件和从动件的配合关系。
单向式棘轮机构
总结词
只能实现单向的运动或动力传递。
详细描述
单向式棘轮机构主要由棘轮和棘爪组成，只能实现单向的运动或动力传递。这种机构具有结构简单、制造方便等 优点，但只能用于单向的传动系统。
02 棘轮机构的基本类型
摩擦式棘轮机构
总结词
通过利用两个接触面之间的摩擦力来传递运动和动力。
详细描述
摩擦式棘轮机构主要由棘轮和棘爪组成，通过棘轮和棘爪之间的摩擦力来传递 运动和动力。这种机构具有结构简单、制造方便、传动平稳等优点，但易磨损， 承载能力较小。
超越式棘轮机构
总结词
能够实现超越功能，使两个方向的运动或动力传递成为可能。
只能实现单向转动，反向时需要依靠其 他机构实现。
特点 结构简单，工作可靠，传动平稳。
工作原理
Байду номын сангаас
01
当主动件顺时针转动时，通过连 杆带动棘爪也顺时针转动，棘爪 在摩擦力的作用下推动棘轮顺时 针转动。
02
当主动件逆时针转动时，棘爪在 摩擦力的作用下会卡住棘轮，使 棘轮静止不动，从而实现了单向 传动的目的。
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精度较低
由于棘轮机构的制造和装配误差等因 素，其传动精度相对较低。
不适合高速运动
由于棘轮机构的运动特性，其不适合 高速运动和重载条件下的应用。
调整困难
对于某些工作需求，可能需要频繁调 整棘轮机构的参数，这可能会增加维 护和调整的难度。
凸轮机构及间歇机构
rA ( rb2 e2 s)2 e2
A arctan
rb2 e2 arctan e
rb2 e2 s e
极坐标系 极轴 极点
极角 向径
A 0
O
A
A arctan
rb2 e2 e
arctan rb2 e2 s e
C0
C
rA ( rb2 e2 s)2 e2
K t d 21 t 2
2 / Z
槽轮
2
Z 2 2Z
单圆销外啮合槽轮机构的基本尺寸如上图示，其几何关系如下：
R a sin2 a sin( / Z ) s a cos2 a cos( / Z )
h s (a R r)
Z一般取4～6
二）棘轮机构
棘轮、棘爪、摇杆、机架、棘轮罩。
可以求得：
c0 h c1 4h / c2 2h / 2
s
h
2h 2
(
)2
v
4h 2
(
)
a
4h
2
2
同理可以求出回程的运动方程
这是n=2时从动杆的运规律图，
从图上可以看出：
1）位移曲线为凸轮转角的二
次函数，为抛物线方程。
2）有（0，A，B，C，D）五 点的加速度有突变，因而从动
' 件的惯性力也有突变。由于加 速度的突变为一有限值，故惯 性力的突变也是有限值，对凸 轮机构的冲击也是有限的，故
称为柔性冲击。
二）.简谐运动规律
在运动始末点（A、E点），加速度有变化 －柔性冲击，只适于中速；当从动件作连续升降循环运动时，加速度曲线连续，
无冲击，可用于高速凸轮机构。
s h (1 2
v h
2
cos sin
10、第四章之二、槽轮机构、组合机构简介
当槽轮2转过2β角时，拨盘1转过2α角。
2α＝ π-2β＝π-2π/ z ＝π（z -2）/ z
2、槽轮机构运动系数 运动系数（ K）：槽轮每次运动的时间t’对主动件拨盘1 回转一周的时间t之比。 （ ∵拨盘1等速回转, ∴时间 比可用转角比表示）
讨论：
2α π （Z-2）/Z 1 1 t' K＝ ＝ ＝ = t 2 Z 2π 2π
四、不完全齿轮机构简介
1、工作原理 由普通齿轮机构演化而来，不同之 处在于轮齿不布满整个圆周。主动 轮转一周，从动轮转1/4周。从动轮 停歇时，主动轮上的锁住弧与从动 轮上的锁住弧互相配合锁住，以保 证从动轮停歇在预定位置上。
2、特点和应用
从动轮每转一周的停歇时间、运 动时间及每次转动的角度变化范 围都较大，设计较灵活；但加工 工艺复杂，从动轮在运动开始， 终了时冲击较大，故一般用于低 速、轻载场合。
应用：用于转速较低，不需要调节转角大小的场合。
如图：刀架上装有六种刀 具，槽轮上相应开有六条 径向槽，两者固联在同一 根轴上。拨盘转动一周， 驱动槽轮与刀架一同转过 600，从而将下一工序所需 刀具转换到加工位置上。
图示为电影放映机的卷片机构——利用槽轮机构使电 影胶片每转过一个画面停留一定的时间，从而满足人 眼“视觉暂留现象”的要求。
4-2-1、槽轮机构的工作原理是怎样的？
4-2-2、为什么槽轮机构的运动系数K必须大于零而小于1？
4-2-3、如何选择槽轮的槽数？
§4.3 组合机构简介
导入：
在常用的机构中，通常把结构最简单的机构称为基本 机构。如：四杆机构、凸轮机构等。 但基本机构有一定的局限性，如：凸轮机构从动件不 能作整周转动，连杆机构不能完全准确地实现给定的运动 规律。为满足工程上对机构运动的多样性和复习性的要求， 常将几个基本机构组合成一体，这种形式的机构称组合机 构。
章4 往复运动结构设计
将凸轮机构从动构件 解除导向限制，自由 端用活动铰链连接固 定，从动件可实现往 复摆动，如图4-8所示。
图4-9所示的凸轮 机构属于一类特殊 的凸轮机构，称为 圆柱分度凸轮机 构，其输出为间歇 转动，运动准确、 可靠，可实现高速 、精确分度定位。
利用凸轮机构可由简单的转动、移动获得复杂的往复移动、往 复摆动和间歇运动，从动构件的运动规律取决于凸轮曲线形式。 凸轮的应用很广，以下列举几个实例。
图4-12为自动 车床刀架进给 的机械控制机 构。
图4-13为包装 机上纸盒折叠 成形机构应用 凸轮的例子。
图4-14、图415为另外两个 凸轮在机械设 备上的应用实 例。
二、连杆机构
往复运动的常用连杆机构主要有曲柄滑块机构、曲柄摇块机构 和曲柄摇杆机构，分别可实现往复直线运动和摆动。
如图4-16所示，曲柄滑块机构将来自曲柄1的连续转动转换为滑块3的直线往复运动。反过 来，若滑块3作为原动件，曲柄滑块机构可用于将直线移动转化为曲柄1的转动。
图4-37为一种采用槽 轮机构的重型回转台。 动力由驱动轴1经蜗杆 5同时传递给蜗轮2及 15，两蜗轮分别带动 驱动臂14与凸轮3，凸 轮3经过滚子4控制定 位锁栓6，当6脱开工 作台时，驱动臂带动 驱动销13使槽轮分度 经齿轮传动工作台转 位。
图4-38为录音磁带盒自动包装机中使用的内槽轮步进输送机构。动力传给曲柄5，带动内槽 轮4，经齿轮3使回转盘2作间歇回转。
专业资料第四章往复间歇运动机构设计41概述42往复运动机构43间歇运动机构专业资料41概述一往复运动机构往复运动从形式上有往复直线运动往复摆动往复曲线运动和ተ መጻሕፍቲ ባይዱ歇运动机构设计
4.1概述 4.2往复运动机构 4.3间歇运动机构
4.1、概述
《汽车机械基础》汽车凸轮机构与棘轮机构
汽车机械基础 二、棘轮机构
1.棘轮机构的组成 棘轮机构主要由棘爪、棘轮和机架组成。
棘轮机构
汽车机械基础
2.棘轮机构的工作原理
当摇杆逆时针摆 动时，驱动棘爪便插 入棘轮的齿槽中，推 动棘轮转过一定角度， 而制动棘爪，则在棘 轮的齿上滑过；当摇 杆顺时针摆动时，驱 动棘爪在棘轮的齿上 滑过，而制动棘爪将 阻止棘轮做顺时针转 动，故棘轮静止不动。 因此，摇杆做连续的 往复摆动时，棘轮做 单向间歇转动。
汽车机械基础
项目一 汽车常用机构
任务一 平面机构的结构分析 任务二 汽车常见四杆机构 任务三 汽车凸轮机构与棘轮机构
汽车机械基础
汽车机械基础
【任务引入】
内燃机配气机构
驻车制动锁止机构
汽车内燃机配气机构是发动机中的重要机构，工作时要求 在一个工作循环内，气门要迅速打开，随即迅速关闭，然后保 持关闭不动。汽车停在斜坡上不会下滑是驻车制动锁止机构在 起作用。那么，内燃机配气机构采用的是哪种机构，是怎样进 行工作的？驻车制动锁止机构采用的又是哪种机构，是怎样进 行工作的？
汽车机械基础
（二）凸轮机构的类型
1.按凸轮的形状分类：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮。
盘形凸轮
平板凸轮
圆柱凸轮
结构简单，易 于加工，应用最为 广泛。
它可视为盘形凸轮 的回转轴心处于无穷远 处时的演化型式。
空间凸轮机构，可 使从动件获得大的工作 行程。
汽车机械基础
2.按从动件的形状分类：尖顶从动杆、曲面从动杆、滚子从动杆、 平底从动杆。
汽车机械基础
汽车机械基础
3.棘轮机构的应用 棘轮机构应用：制动！
汽车机械基础
自行车后轮轴棘轮机构
当人脚蹬自行车 踏板时，经自行车前 轮轴上链轮和其上链 条带动后轮轴上的链 轮（内圈具有棘齿） 转动，链轮再通过棘 轮和棘爪带动后轮轴 转动，后轮轴与自行 车后轮之间为刚连接， 使后轮也随之转动， 从而驱使自行车前行。
第四节棘轮、槽轮机构的工作原理、类型和应用螺旋机构
第四节棘轮、槽轮机构的⼯作原理、类型和应⽤螺旋机构章节内容第三章其他常⽤机构 §3-1 棘轮、槽轮机构的⼯作原理、类型和应⽤§3-2 螺旋机构教学⽅式讲授教学时数2教学⽬的与要求理解棘轮机构和槽轮机构的⼯作原理，掌握螺旋齿轮的类型和参数，理解⼏种螺旋机构的特点教学内容⼀、检查⼈数：⼆、复习提问：1、何谓凸轮轮廓曲线？对⼼直动从动件盘形凸轮和对⼼直动滚⼦从动件盘形凸轮的轮廓有什么区别？2、凸轮机构r T 、a 、r b 的确定三、重点与难点：1.重点：棘轮机构和槽轮机构的⼯作原理；螺纹的参数2.难点：棘轮机构和槽轮机构的⼯作原理四、新课：第三章其他常⽤机构§3-1 棘轮、槽轮机构的⼯作原理、类型和应⽤§3.1.1棘轮机构⼀、棘轮机构的⼯作原理棘轮机构双向棘轮机构棘轮机构由棘轮、棘抓、摇杆及机架组成。
⼯作原理是利⽤棘⽖与棘轮上棘齿的啮合与分离，实现周期性间歇运动的机构。
形式：外啮合、内啮合轮齿形状：锯齿形、矩形。
做单向间歇运动的棘轮⽤锯齿形齿，可换向的棘轮⽤矩形齿。
回转棘⽖双向棘轮机构双棘⽖棘轮机构双棘⽖棘轮机构,在摇杆上安装两个棘⽖，可提⾼棘轮运动的次数，缩短停歇的时间，⼜叫快动棘轮机构。
⼆、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2.⽤遮板调节棘轮转⾓三、棘轮机构的特点与应⽤1、送进和输送2、制动3、超越§3.1.2槽轮机构⼀、槽轮机构的⼯作原理槽轮机构由带圆销的拨盘、具有径向槽的槽轮和机架组成。
拨盘为主动件，做匀速运动。
在圆销未进⼊径向槽时，拨盘的凸圆弧转⼊槽轮的凹弧，槽轮因受凹凸两弧锁合，故静⽌不动。
当拨盘上的凸弧端点A刚好处于槽轮凹弧的中点时，凹凸两弧的锁⽌作⽤终⽌，圆销恰好进⼊径向槽驱动槽轮转动；当圆销开始脱离径向槽时，拨盘上的凸弧⼜开始将槽轮锁住，槽轮⼜静⽌不动。
当拨盘1继续转动时，上述过程重复出现。
⼀、槽轮机构的类型、特点及应⽤（1）类型：外槽轮、内槽轮依据机构中圆销的数⽬，外槽轮有单元销、双圆销、多圆销之分。
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4.1 概 述
1. 凸轮机构：由凸轮1、从动件2和机架组成，包含 凸轮机构： 凸轮1 从动件2和机架组成， 两个低副，一个高副，称为高副机构 高副机构。 两个低副，一个高副，称为高副机构。
内燃机配气机构
自动机床进刀机构
2. 凸轮机构的分类 按凸轮的形状分
盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
盘形凸轮
移动凸轮—仿形车削机构 移动凸轮 仿形车削机构
πδ1 h s2 = 1− cos δt 2
δ1
πω1h πδ1 υ2 = sin δt 2δt
2 π2ω1 h πδ1 a2 = cos 2 2δt δt
特点： 特点：有柔性冲击 应用： 应用：中速
简谐运动
4.3 图解法设计凸轮轮廓
4.3.1 凸轮轮廓设计的反转法原理
“反转法”原理 反转法” 反转法
ρmin
rT= ρmin
ρ′
rT > ρmin
滚子半径对凸轮轮廓形状的影响
本章知识结构框图
本章重要知识点
凸轮机构按从动件的分类及其特点 从动件的3种运动规律及其特点 从动件的 种运动规律及其特点 采用“反转法”原理，图解法设计凸轮轮廓 采用“反转法”原理，
重要规定： 重要规定： 基圆半径在理论廓线上度量。 基圆半径在理论廓线上度量。 s2
理论轮廓线
δ1
o
120 o 60 o 90 o 90 o
实际轮廓线
4. 平底直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
平底直动从动件盘形凸轮
4.3.3 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
尖顶摆动从动件盘形凸轮
4.4 凸轮机构基本尺寸的确定
4.4.1 压力角
压力角α 压力角 从动件运动方向与作用力之间所夹的锐角
lOP = υ ω = ds2 dϕ
α = arctan
ds2 ∓e dϕ s2 + r02 − e2
凸轮机构的压力角
4.4.2 基圆半径 0的选取 基圆半径r
在给定运动规律和偏心距的情况下，基圆半径越小， 在给定运动规律和偏心距的情况下，基圆半径越小， 压力角越大。基圆半径过小，压力角就会超过许用值。 压力角越大。基圆半径过小，压力角就会超过许用值。 在实际设计时应在保证凸轮轮廓的最大压力角不超过 许用值的前提下，考虑缩小凸轮的尺寸。 许用值的前提下，考虑缩小凸轮的尺寸。
本章学习要求
掌握： 掌握：凸轮机构中常见的凸轮形状与从动件的结构形式及其 特点，从动件的3种常用运动规律及其特点，图解法 种常用运动规律及其特点， 特点，从动件的 种常用运动规律及其特点 设计凸轮轮廓的“ 反转法”原理，图解法绘制各种 设计凸轮轮廓的 “ 反转法” 原理， 常用凸轮轮廓的基本方法。 常用凸轮轮廓的基本方法。 了解：各种凸轮机构的应用，从动件 种常用运动规律的作 了解：各种凸轮机构的应用，从动件3种常用运动规律的作 图法，凸轮机构压力角的计算公式， 图法，凸轮机构压力角的计算公式，基圆半径和滚 子半径的选择。 子半径的选择。
4.3.2 直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
1. 对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
2. 偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 3. 滚子直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
偏置尖顶直动从动件盘形凸轮
滚子直动从动件盘形凸轮
和从动件的运动规律， 例1 已知凸轮的基圆半径 r0、偏心距 e 和从动件的运动规律， 凸轮逆时针转动，绘制该凸轮轮廓曲线。 凸轮逆时针转动，绘制该凸轮轮廓曲线。
2 a2 = 4ω1 h δt2 2 s2 = h − 2h(δt −δ1 ) δt2
减速段
v2 = 4ω1(δt − δ1 ) δt2
a2 =－4ω h δ
2 1
2 t
特点： 特点：有柔性冲击 柔性冲击： 柔性冲击：加速度有限值突变引起的冲击 应用： 应用：中速
等加速等减速运动
3. 简谐运动规律 (余弦加速运动规律 余弦加速运动规律) 余弦加速运动规律
第4章 凸轮机构 章
4.1 概 述
4.2 从动件的常用运动规律 4.3 图解法设计凸轮轮廓 4.4 凸轮机构基本尺寸的确定
本章学习目标
学习凸轮机构的应用和类型，从动件的常用运动规律， 学习凸轮机构的应用和类型，从动件的常用运动规律， 图解法设计凸轮轮廓及凸轮机构基本尺寸的确定。 图解法设计凸轮轮廓及凸轮机构基本尺寸的确定。
δt
δs
δh
δ s'
4.2.2 从动件的常用运动规律
1. 等速运动规律
s2 = δ1h δt
υ2 = ω1h δtபைடு நூலகம்
a2 = 0
特点： 特点：有刚性冲击 刚性冲击： 刚性冲击：加速度无穷大突变引起的冲击 应用： 应用：低速
等速运动
2. 等加速等减速运动规律
s2 = 2δ12h δt2
加速段
υ2 = 4ω1δ1h δt2
s2
δ1
o
120 o 60 o 90 o 90 o
(续)例1 已知凸轮的基圆半径 r0、偏心距 e 和从动件的运动规 律，凸轮逆时针转动，绘制该凸轮轮廓曲线。 凸轮逆时针转动，绘制该凸轮轮廓曲线。
s2
δ1
o
120 o 60 o 90 o 90 o
偏心距e、 例2 已知凸轮的基圆半径 r0、偏心距 、滚子半径 rT 和从动件的 运动规律，凸轮逆时针转动，绘制该凸轮轮廓曲线。 运动规律，凸轮逆时针转动，绘制该凸轮轮廓曲线。
圆柱凸轮—送料机构 圆柱凸轮 送料机构
尖顶从动件 按从动件的型式分 滚子从动件 平底从动件
尖顶从动件
滚子从动件
平底从动件
4.2 从动件的常用运动规律
4.2.1 从动件的位移线图 S2 ——δ1
从动件2 从动件2 ——纵坐标 S2 (从动件的位移 从动件的位移) 纵坐标 从动件的位移 凸 轮1 ——横坐标 1 (凸轮等角速转动，因此也代表时间 t ) 横坐标δ 凸轮等角速转动， 横坐标 凸轮等角速转动 基圆 r0 推程、推程运动角 推程、 远休止、 远休止、远休止角 回程、 回程、回程运动角 近休止、 近休止、近休止角
4.4.3 滚子半径 rT 的选取 内凹
ρ' = ρmin − rT
ρmin
通常情况下： 通常情况下：
ρ′
减小滚子半径可避免滚子从动件凸轮机构运动失真。 减小滚子半径可避免滚子从动件凸轮机构运动失真。 可避免滚子从动件凸轮机构运动失真
外凸
ρ'＝ρmin－rT
rT< ρmin
ρ min≥rT+3 mm