机械基础教案(第七章)

理论课教案任课教师：聂宁水
第七章其他常用机构
§7—1 变速机构
一、概述
1、在输入轴转速不变的条件下，使输出轴获得不同转速的传动装置称为变速机构。

2、变速机构分有级变速机构和无级变速机构两大类。

3、在机床、汽车和其他机械上常用的机械式变速机构中有级变速机构应用最为普遍，通常，都是通过改变机构中某一级的传动比的大小来实现转速的变换。

常用的有级变速机构有滑移齿轮变速机构、塔齿轮变速机构、倍增变速机构和拉键变速机构等。

4、机械无级变速机构采用摩擦轮传动实现。

二、滑移齿轮变速机构
滑移齿轮变速机构通常用于定轴轮系中，由于能实现转速在较大范围内的多级变速，因此，广泛应用于各类机床的主轴变速。

如：图4—8、图4—13、图7—1
三、塔齿轮变速机构
如：图7—2
塔齿轮变速机构的传动比与塔齿轮的齿数成正比，因此很容易由塔齿轮的齿数实现传动比成等差数列的变速机构（即基本螺距机构），用以变更螺距。

四、倍增变速机构
如：图7—3
倍增变速机构的传动比是按2的倍数增加的，所以这个变速机构称为倍增变速机构（即传动比等于2的等比数列）。

五、拉键变速机构
如：图7—4
第 1 页
有级变速机构可以实现在一定转速范围内的分级变速；具有变速可靠、传动比准确、结构紧凑等优点，但零件种类和数量较多，高速回转时不够平稳，变速时有噪声。

六、机械无级变速机构
机械无级变速机构是依靠摩擦来传递转矩，其原理是通过适量地改变主动件和从动件的转动半径，使输出轴的转速在一定范围内无级地变化。

图1—3所示即为最简单的滚子平盘式无级变速机构的示意图。

下面再介绍两种机械无级变速机构。

1、锥轮——端面盘式无级变速机构
图7—5所示为锥轮——端面盘式无级变速机构的传动结构简图。

改变锥轮与端面盘的接触半径R l和R2，从而获得不同的传动比i，实现无级变速。

i=n1/ n2= R2/R l
2、分离锥轮式无级变速机构
图7—6所示为分离锥轮式无级变速机构原理简图。

改变传动带与两对锥形轮接触处的半径R l和R2，达到无级变速的目的。

R l将增大，R2随之减小，从动轴的转速将增高。

R2将增大，R1随之减小，从动轴的转速将降低。

机械无级变速机构的变速范围和传动比i在实际使用中均限制在一定范围内，不能随意扩大。

由于采用摩擦传动，变速时和使用中随负荷性质的变化，发生打滑现象在所难免，因此不能保证精确的传动比。

第 2 页
理论课教案任课教师：聂宁水
§7—2 步进运动机构
一、概述
具有周期性停歇间隔的单向运动称为步进运动。

输出运动具有步进运动特性的机构称为步进运动机构(单向周期性间隙运动机构)，其作用是将主动件的连续匀速运动转变为从动件的周期性时动时停的单向运动，以满足生产的要求。

步进运动机构广泛地应用于机床设备及自动化机械中，如机床的自动进给机构、分度机构，自动机床的送料机构、刀架自动转位机构，电影机的卷片机构，精纺机的成型机构，包装机的送进机构，印刷机的进纸机构等。

随着机械化、自动化程度的提高，步进运动机构的应用将越来越广泛。

步进运动机构的种类很多，常用的有棘轮机构和槽轮机构两种。

二、棘轮机构
1、棘轮机构的工作原理
含有棘轮和棘爪的步进运动机构称为棘轮机构。

棘轮是具有齿形表面或摩擦表面的轮子，由棘爪推动作步进运动。

棘爪是在两个构件之间的一种爪形中介构件，用以阻止上述两个构件在某一方向的相对运动。

图7—7所示为齿式棘轮机构
图7—8所示为一种结构简单的摩擦式棘轮机构。

与齿式棘轮机构比较，摩擦式棘轮机构具有下列特点：
1)齿式棘轮机构的棘轮转角变化是以棘轮的轮齿为单位的(即有级变化)，摩擦式棘轮机构棘轮转角大小的变化不受轮齿的限制，即属于无级变化。

2)利用摩擦力使棘轮作步进运动，不能承受较大的载荷，否则将产生滑动。

3)传动噪声小。

第 1 页
2、棘轮机构的调节
根据机构工作的需要，棘轮的转角通常可以调节，常用的调节方法有下面两种：
(1)改变摇杆摆角的大小
如图7—9所示齿式棘轮机构中
棘轮转角大小可通过调节曲柄长度改变摇杆摆角的方法调节。

摇杆摆动的角度增大，棘爪推动棘轮的转角相应增大；反之，棘轮的转角减小。

此方法也适用于摩擦式棘轮机构。

(2)改变遮板的位置
如图7—10所示，棘轮装在可以转动的罩壳A内(罩壳不随棘轮一起转动)，通过罩壳的缺口，露出部分棘轮轮齿。

通过遮板在摇杆摆角范围内遮住轮齿的不同，就可实现棘轮转角大小的控制。

此方法不适用于摩擦式棘轮机构。

3、棘轮机构的其他应用形式
(1)可变向棘轮机构需要经常改变棘轮回转方向的机械，可采用可变向棘轮机构。

图7--11所示为两种常用的可变向棘轮机构。

棘轮的齿形做成对称齿形，如矩形、等腰梯形等。

棘爪可绕自身轴线翻转或旋转180º，便可改变棘轮步进运动的方向。

(2)双动式棘轮机构
图7—12所示为双动式棘轮机构。

机构采用两个棘爪，分别与棘轮接触。

当主动件作往复摆动时，两个棘爪能先后使棘轮沿同一方向作步进运动。

棘爪的瓜端形状分直头和钩头两种。

主动件往复摆动一次时，两棘爪先后推动或拉动棘轮共两次，因此棘轮步进运动的停歇时间较短。

这种机构也可以将一个棘爪悬空，而只使一个棘爪工作。

第 2 页
4、棘轮机构的应用实例
齿式棘轮机构具有结构简单、制造容易、运动可靠和棘轮转角调节方便等优点，但在其工作过程中，棘爪与棘轮接触和分离的瞬间存在刚性冲击，运动平稳性较差。

此外，棘爪在棘轮齿背上滑行时会产生噪声并使齿尖磨损。

因此，齿式棘轮机构不适于高速传动，常用于主动件速度不大、从动件行程需要改变的场合，如机床的自动进给、送料、自动计数、制动、超越等。

当需要无级调节棘轮的转角时，则应采用摩擦式棘轮机构。

摩擦式棘轮机构传递运动平稳、无噪声，但易产生打滑而使传动精度不高，常用作超越离合器。

下面介绍几种常见的应用实例：
(1)牛头刨床的横向进给机构(图5—3)
(2)行车后轴的齿式棘轮超越机构图7—13所示为自行车后
轴上的“飞轮”，实际上就是一个内啮合棘轮机构。

(3)防逆转棘轮机构图7—14所示为起重设备中常应用的防止
逆转的棘轮机构。

三、槽轮机构
1、槽轮机构的工作原理
槽轮机构一般由带圆销的曲柄(或拨盘)、具有径向槽的槽轮和机架组成。

槽轮机构分为外啮合和内啮合两种。

图7—15所示为外啮合槽轮机构。

图7—16所示为内啮合槽轮机构，其工作原理与外啮合槽轮机构相同，只是槽轮的回方向与曲柄的回转方向相同。

第 3 页
2、槽轮机构的特点
(1)槽轮机构结构简单，工作可靠，在圆销进入和退出啮合时没有刚性冲击，所以运动比棘轮机构平稳。

(2)槽轮的转角φ与槽轮的槽数Z有关，即φ=2π/Z。

如要改变其转角φ的大小，必需更换具有相应槽数的槽轮。

另一方面，槽轮的槽数又不宜太少和过多(通常Z=4～8)，所以，槽轮机构只宜用在从动槽轮的每次转角较大且不需要经常调整转动角度的传动机构中，
(3)槽轮机构工作时，槽轮转动的角速度变化很大，因而惯性力也较大，不宜用于转速过高的场合。

(4)由图7—15单圆销外啮合槽轮机构可以看出，曲柄每回转一周，槽轮步进运动—次，转过的角度φ=2π/Z，槽轮静止不动的时间很长。

如需要使静止时间短些，可采用增加圆销数量的方法。

图7—17所示为双圆销槽轮机构，此时，曲柄每回转一周，槽轮步进运动两次。

但应注意圆销数量不能太多。

（5）内啮合槽轮机构相对外啮合槽轮机构，槽轮静止不动的时间短（同为单圆销时），且运动平稳性较好，但内啮合槽轮机构只能有一个圆销。

3、槽轮机构的应用实例
(1)电影放映机的卷片机构，图7—18所示——放映机的卷片机构。

(2)刀架转位机构如图7—19为自动机床的刀架转位机构。

第 2 页。