杨可桢《机械设计基础》(第5版)笔记和课后习题(间歇运动机构)

第6章 间歇运动机构
6.1 复习笔记
主动件连续运动（连续转动或连续往复运动）时，从动件做周期性时动、时停运动的机构成为间歇运动机构。

一、棘轮机构
如图6-1所示，机构是由棘轮2、棘爪3、主动摆杆和机架组成的。

运动原理：主动棘爪作往复摆动，从动棘轮作单向间歇转动。

优点：结构简单、制造方便、运动可靠、棘轮轴每次转过角度的大小可以在较大范围内调节。

缺点：工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差。

因此棘轮机构适用于速度较低和载荷不大的场合。

棘轮机构按结构形式分：齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构；按啮合方式分：外啮合棘轮机构和内啮合机构；按运动形式分：单动式棘轮机构、双动式棘轮结构和双向式棘轮机构。

图6-1 棘轮机构
1．棘爪工作条件
在工作行程中，为了使棘爪能顺利进入棘轮的齿底，应满足：
90αϕ>︒+-∑
其中，α为棘齿的倾斜角，ϕ为摩擦角，∑为棘爪轴心和棘轮轴心与棘轮齿顶点的连线之间的夹角。

为了使传递相同的转矩时棘爪受力最小，一般取90∑=︒，为保证棘轮正常工作，使棘爪啮紧齿根，则有：
αϕ>
2．棘轮、棘爪的几何尺寸计算
选定齿数z 和确定模数m 之后，棘轮和棘爪的主要几何尺寸计算公式如下： 顶圆直径 D m z =；
齿高 0.75h m =；
齿顶厚 a m =； 齿槽夹角
6055θ=︒︒或；
棘爪长度 2=L m π。

二、槽轮机构
如图6-2中所示，该机构是由带圆销的主动拨盘1、带有径向槽的从动槽轮2以及机架组成的。

其中，拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上的凸圆弧都是起锁定作用。

工作特点：拨盘连续回转，当两锁止弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动，实现了将连续回转变换为间歇转动。

特点：结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，能平稳地、间歇地进行转位。

因槽轮运动过程中角速度有变化，存在柔性冲击，因此不适合高速运动场合。

图6-2 槽轮机构
运动特性系数τ：槽轮每次运动的时间m t 对主动构件回转一周的时间t 之比，有：
m 2
=
2-=
t z t z
τ 其中，z 为槽数，是槽轮机构的主要参数。

为保证槽轮机构运动，其运动特性系数τ大于零，根据上式可得z ≥3，一般取z=4-8。

上式表明，这种槽轮机构的运动特性系数τ总小于0.5，为得到τ大于0.5的槽轮机构，设拨盘上均匀分布的圆销数目为K ，则运动特性系数：
(2)
2K z z
τ-=
三、不完全齿轮机构
如图6-3所示，在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间和停歇时间的要求在从动轮上做出与主动轮相啮合的轮齿。

其余部分为锁止圆弧。

当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止弧定位使从动轮静止。

图6-3 不完全齿轮机构
优点：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。

缺点：加工复杂；在开始进入啮合与脱离啮合时速度由突变，引起刚性冲击，不宜用于高速传功；主、从动轮不能互换。

应用：用于多工位、多工序的自动机和半自动机工作台的间歇转位，以及计数机构和某些进给机构中。

四、凸轮式间歇运动机构
如图6-4中所示，圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间歇转动。

图6-4 蜗杆形凸轮间歇运动机构
优点：运转可靠、传动平稳、定位精度高，适用于高速传动，转盘可以实现任何运动规律，还可以用改变凸轮推程运动角来得到所需要的转盘转动与停歇时间的比值。

缺点：凸轮加工较复杂、安装调整要求严格。

应用：常用于传递交错轴间的分度运动和需要间歇转位的机械装置中。

6.2课后习题详解
6-1 已知一棘轮机构，棘轮模数m=5 mm，齿数z=12，试确定机构的几何尺寸并画出棘轮的齿形。

解：顶圆直径：
齿高：
齿顶厚：
齿槽夹角：
棘爪长度：
棘轮的齿形如图6-5所示。

6-2 已知槽轮的槽数z=6，拨盘的圆销数K=1，转速n 1=60 r ／min ，求槽轮的运动时间t m 和静止时间t s 。

解：槽轮机构的运动特性系数：1221223
m t z t z ϕτπ-=
=== 当拨盘转过的角度13πϕ=时，槽轮转过的角度为223
π
ϕ=。

拨盘转速n 1=60 r ／min ，故拨盘转1转所用的时间为1 s ，则槽轮转一周需要的时间
0.5t s =。

槽轮的运动时间：11
0.5s 36m t t τ==
⨯= 槽轮的静止时间：5
s 6
s m t t t =-=。

6-3 在转塔车床上六角刀架转位用的槽轮机构中，已知槽数z=6，槽轮静止时间t s =5／6 s ，运动时间t m =2t s ，求槽轮机构的运动特性系数τ及所需的圆销数K 。

解：根据题意可得，槽轮转一周所需的时间：52
s m t t t s =+= 槽轮特性系数：1022653
m t t τ=
=⨯= 又，即
，则该槽轮机构所需的圆销数K=2。

6-4 设计一槽轮机构，要求槽轮的运动时间等于停歇时间，试选择槽轮的槽数和拨盘的圆销数。

解：由题意可知，且。

则槽轮特性系数：
又，即，解得：。

故满足已知条件的合理组合只有一种：。

6-5 本章介绍的四种间歇运动机构：棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮间
图6-5
歇运动机构，在运动平稳性、加工难易和制造成本方面各具有哪些优缺点?各适用于什么场合?
解：各机构优缺点及使用场合如表6-1所示。

6.3名校考研真题详解
一、填空题
常用的间歇运动机构有（）和（）。

[武汉理工大学2005研]
【答案】棘轮机构；槽轮机构
【解析】常见的间歇运动机构有棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮式间歇机构等。

二、选择题
在单向间歇运动机构中（）机构的间歇回转角可以在较大范围内调节。

[浙江大学2006研]
A．棘轮
B．槽轮
C．不完全齿轮
【答案】A
【解析】棘轮机构的结构简单、制造方便、运动可靠，而且槽轮每次转过角度大小可以在较大范围内调节；槽轮机构的机构简单，外形尺寸小，机械效率高，并能较平稳地、间歇地进行转位；不完全齿轮机构的结构简单，制造容易，工作可靠，设计时从动轮的运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。

三、简答题
试列举两个应用间歇运动机构的实例。

[大连理工大学2005研]
答：棘轮机构：卷扬机制动机构，手枪盘分度机构，牛头刨床的工作台横向进给机构；
槽轮机构：电影放映机中的送片机构；
凸轮式间歇运动机构：间歇回转工作台。