机械原理课件 (4)资料
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7 间歇运动机构
Chapter 7 Intermittent Motion Mechanisms 7.1 概述 7.2 棘轮机构 7.3 槽轮机构 7.4 不完全齿轮机构
7.5 滚子分度凸轮机构 7.6 平行分度凸轮机构
7.1 概 述
当主动件作匀速运转时，从动件作断续运动的机构称为间歇运动机 构。
间歇运动机构的型式众多，根据从动件的运动特性可分为两大类， 作步进运动的间歇运动机构和具有瞬时停歇的间歇运动机构。
当从动件作单方向的、有规则的、时动时停的运动时，称为步进运动 的间歇运动机构。
当从动件在某一位置或某一点的速度、加速度或加速度的变化率为零 时，称为瞬时停歇的间歇运动机构。
7.2 棘轮机构
图7.15 滚子分度凸轮机构
由于两个圆柱销与凸轮轮 廓接触，当从动转盘不转动时， 无须附加的零件将其锁住，且 定位的精度较高。只要设计出 合适的凸轮轮廓，从动转盘可 以获得较高的运转速度。该种 凸轮机构的缺点是制造成本较 高。
图7.15 滚子分度凸轮机构
三维动画
图7.15 滚子分度凸轮机构
7.6 平行分度凸轮机构
平行分度凸轮机构如图7.16 所示，平行分度凸轮机构由两组 平行共轭的凸轮组成，输入轴线 与输出轴线平行，当主动的共轭 凸轮1、1'作匀速转动时，从动 的共轭凸轮2、2'作间歇运动。
2' 2
1' 1
图7.16 平行分度凸轮机构
(5) 超越离合器的从动件可以传递主动件的运动，也可以独立 运动，实现从动件相对于主动件的超越运动
图7.7 摩擦式超越离合器的三维动画
(6) 棘轮机构的受力分析
在设计棘轮机构时，棘爪不仅 应能顺利地进入棘轮的齿槽中，而 且在受力时棘爪不应被挤出。
图7.8为棘轮与棘爪的受力分析 简图，N21为棘轮对棘爪的法向反力， F21f 为棘轮对棘爪的切向摩擦力，
F21f 与O1A之间的夹角为α。
O1 1
B R21 N21
F21f
φ
2
A∑ α
rf ra
O3
图7.8 棘轮机构的受力分析
(6) 棘轮机构的受力分析
O1
α也是棘轮工作齿面的倾斜角，R21为
1
棘轮对棘爪的总作用力，R21与N21之间的
B R21 N21
夹角为摩擦角φ。若R21的作用线与O1、O2 连线的交点B在O1、O2之间，R21关于O1点
F21f
φ
A∑
的力矩阻止棘爪滑出，则棘爪将不被挤出。
α
rf ra
2
若令∠O1AO2＝∑，则棘爪不被挤出的几
何条件为
O3
90 ＜ (7.1)
图7.8 棘轮机构的受力分析
7.3 槽轮机构
槽轮机构由拨杆1、槽轮2和机架3组成。拨杆1上设有锁止弧，与槽 轮2的凹弧形成锁死结构，当槽轮2处于静止状态时，该凸凹弧使槽轮2 静止，如图7.9所示。
图7.9 槽轮机构
7.4 不完全齿轮机构
ω2
不完全齿轮机构是由齿轮机构演
2
化出来的一种间歇运动机构。当主动
不完全齿轮作匀速转动时，从动不完
全齿轮作单向间歇运动。其型式有单
ω1
主动齿、多主动齿、内齿、外齿、不
1
控制从动不完全齿轮的加速度和控制
从动不完全齿轮的加速度六种型式。
图7.13 不完全齿轮机构
三维动画
图7.12 球面槽轮机构
7.3.1 槽轮机构的组成与工作特点 槽轮机构由带外凸圆弧的主动拨杆1、从动槽轮2和机架组成。
拨杆1作等速转动，拨杆1的圆
A
销A在槽轮的槽之外时，槽轮2静止；
拨杆1的圆销A在槽轮的槽之内时，
槽轮2被驱动。
O2 C
D
1
R1
ω1
2φ0
3
2ψB
O1
为了减少圆销A在进入槽轮的导
(2) 双爪棘轮机构可以将主动件的往复摆动转化为从动件的单 向间歇运动
图7.4 双爪棘轮机构的三维动画
(3) 槽轮机构可以将主动件的往复摆动转化为从动件的单向或 换向后的间歇运动
图7.5 可换向棘轮机构的三维动画
(4) 摩擦轮机构可以将主动件的往复摆动转化为从动件的单向 间歇运动
图7.6 摩擦式单向间歇运动机构的三维动画
O2 C
3
2
A
D
1
R1
ω1
2φ0
2ψB
O1
L
1－ω2 2－α2 3－dα2/dt 4－d2α2/dt2
4
3
π－φ0
2
1
φ π+φ0
图7.9 槽轮机构
图7.11 槽轮机构的运动规律
(1) 四槽槽轮机构将主动件的连续运动转化为从动件的单向间 歇运动
图7.10 槽轮机构的三维动画
(2) 空间四槽槽轮机构将主动件的连续运动转化为从动件的单 向间歇运动
若摇杆1的一次摆角为2πi/ Z，i为正整数，此时，可以采 用在棘轮上增加遮板7的办法来 解决摇杆1的一次摆角与棘轮3 的一次运动角不同的问题，如 图7－2所示。
1
A
ω1
2
7
da
3
df
O3
5
4
6
O4
图7.2 带遮板的棘轮机构
(1) 三爪棘轮机构可以将主动件的往复摆动转化为从动件的单 向间歇运动
图7.3 三爪棘轮机构的三维动画
k＝td/T 当主动销作匀速运转时，T 对应
2π，td 对应2φ0，2φ0＝π－2ψB＝π－ 2π/z，为此，槽轮机构的运动系数k与
槽数 z 的关系为
C
k＝2φ0/(2π)＝ (π－2π/z)/(2π)＝0.5－1/z (7.3)
O2 3
2
(7.2)
A
D
1
R1
ω1
2φ0
2ψB
O1
L
由于k 应大于零，所以 z 应大于等于 3。由式(7.3)可见，k 总小于0.5。
内啮合不完全齿轮机构 当主动轮转一圈时，从动轮被驱动1/8圈。
ω2
ω1
O2
O1
Z1
Z2
图7.14 内啮合不完全齿轮机构
7.5 滚子分度凸轮机构
滚子分度凸轮机构如图7.15 所示，蜗杆凸轮1为主动件，从动 转盘2上均布安装圆柱销3，蜗杆 凸轮1与从动转盘2的轴线垂直交 错，当蜗杆凸轮转动时，从动转 盘2作间歇运动。
槽时的冲击力，圆销A在进入槽轮的
2
L
瞬时，圆销A的瞬时速度方向平行于
图7.9 槽轮机构
导槽的方向。
槽轮机构运动规律与Excel数据生成
该种机构把连续转动转化为单向间歇运动。
7.3.2 槽轮机构的运动系数
在图7.9所示的槽轮机构中，主动销只有一个，若主动销转一圈的时间为T，
槽轮运动的时间为td，则称 td 与 T 之比为槽轮机构的运动系数，并以 k 表示， 即
棘轮机构如图7.1所示，
图中构件1为摇杆，构件2为
棘爪，构件3为棘轮，构件4
为止动爪，构件5为确保止
动爪与棘轮接触的弹簧，构
2
件6为机架。
O1
1 ω1
当摇杆1作往复摆动时，
棘轮3单向间歇运动。若棘
轮3的齿数为Z，棘轮3每一
次转过一个齿，则棘轮3的 ω3
ຫໍສະໝຸດ Baidu
da
一次运动角为2π/ Z。
5 6
df
4
O4
3
图7.1 棘轮机构的组成与工作原理
Chapter 7 Intermittent Motion Mechanisms 7.1 概述 7.2 棘轮机构 7.3 槽轮机构 7.4 不完全齿轮机构
7.5 滚子分度凸轮机构 7.6 平行分度凸轮机构
7.1 概 述
当主动件作匀速运转时，从动件作断续运动的机构称为间歇运动机 构。
间歇运动机构的型式众多，根据从动件的运动特性可分为两大类， 作步进运动的间歇运动机构和具有瞬时停歇的间歇运动机构。
当从动件作单方向的、有规则的、时动时停的运动时，称为步进运动 的间歇运动机构。
当从动件在某一位置或某一点的速度、加速度或加速度的变化率为零 时，称为瞬时停歇的间歇运动机构。
7.2 棘轮机构
图7.15 滚子分度凸轮机构
由于两个圆柱销与凸轮轮 廓接触，当从动转盘不转动时， 无须附加的零件将其锁住，且 定位的精度较高。只要设计出 合适的凸轮轮廓，从动转盘可 以获得较高的运转速度。该种 凸轮机构的缺点是制造成本较 高。
图7.15 滚子分度凸轮机构
三维动画
图7.15 滚子分度凸轮机构
7.6 平行分度凸轮机构
平行分度凸轮机构如图7.16 所示，平行分度凸轮机构由两组 平行共轭的凸轮组成，输入轴线 与输出轴线平行，当主动的共轭 凸轮1、1'作匀速转动时，从动 的共轭凸轮2、2'作间歇运动。
2' 2
1' 1
图7.16 平行分度凸轮机构
(5) 超越离合器的从动件可以传递主动件的运动，也可以独立 运动，实现从动件相对于主动件的超越运动
图7.7 摩擦式超越离合器的三维动画
(6) 棘轮机构的受力分析
在设计棘轮机构时，棘爪不仅 应能顺利地进入棘轮的齿槽中，而 且在受力时棘爪不应被挤出。
图7.8为棘轮与棘爪的受力分析 简图，N21为棘轮对棘爪的法向反力， F21f 为棘轮对棘爪的切向摩擦力，
F21f 与O1A之间的夹角为α。
O1 1
B R21 N21
F21f
φ
2
A∑ α
rf ra
O3
图7.8 棘轮机构的受力分析
(6) 棘轮机构的受力分析
O1
α也是棘轮工作齿面的倾斜角，R21为
1
棘轮对棘爪的总作用力，R21与N21之间的
B R21 N21
夹角为摩擦角φ。若R21的作用线与O1、O2 连线的交点B在O1、O2之间，R21关于O1点
F21f
φ
A∑
的力矩阻止棘爪滑出，则棘爪将不被挤出。
α
rf ra
2
若令∠O1AO2＝∑，则棘爪不被挤出的几
何条件为
O3
90 ＜ (7.1)
图7.8 棘轮机构的受力分析
7.3 槽轮机构
槽轮机构由拨杆1、槽轮2和机架3组成。拨杆1上设有锁止弧，与槽 轮2的凹弧形成锁死结构，当槽轮2处于静止状态时，该凸凹弧使槽轮2 静止，如图7.9所示。
图7.9 槽轮机构
7.4 不完全齿轮机构
ω2
不完全齿轮机构是由齿轮机构演
2
化出来的一种间歇运动机构。当主动
不完全齿轮作匀速转动时，从动不完
全齿轮作单向间歇运动。其型式有单
ω1
主动齿、多主动齿、内齿、外齿、不
1
控制从动不完全齿轮的加速度和控制
从动不完全齿轮的加速度六种型式。
图7.13 不完全齿轮机构
三维动画
图7.12 球面槽轮机构
7.3.1 槽轮机构的组成与工作特点 槽轮机构由带外凸圆弧的主动拨杆1、从动槽轮2和机架组成。
拨杆1作等速转动，拨杆1的圆
A
销A在槽轮的槽之外时，槽轮2静止；
拨杆1的圆销A在槽轮的槽之内时，
槽轮2被驱动。
O2 C
D
1
R1
ω1
2φ0
3
2ψB
O1
为了减少圆销A在进入槽轮的导
(2) 双爪棘轮机构可以将主动件的往复摆动转化为从动件的单 向间歇运动
图7.4 双爪棘轮机构的三维动画
(3) 槽轮机构可以将主动件的往复摆动转化为从动件的单向或 换向后的间歇运动
图7.5 可换向棘轮机构的三维动画
(4) 摩擦轮机构可以将主动件的往复摆动转化为从动件的单向 间歇运动
图7.6 摩擦式单向间歇运动机构的三维动画
O2 C
3
2
A
D
1
R1
ω1
2φ0
2ψB
O1
L
1－ω2 2－α2 3－dα2/dt 4－d2α2/dt2
4
3
π－φ0
2
1
φ π+φ0
图7.9 槽轮机构
图7.11 槽轮机构的运动规律
(1) 四槽槽轮机构将主动件的连续运动转化为从动件的单向间 歇运动
图7.10 槽轮机构的三维动画
(2) 空间四槽槽轮机构将主动件的连续运动转化为从动件的单 向间歇运动
若摇杆1的一次摆角为2πi/ Z，i为正整数，此时，可以采 用在棘轮上增加遮板7的办法来 解决摇杆1的一次摆角与棘轮3 的一次运动角不同的问题，如 图7－2所示。
1
A
ω1
2
7
da
3
df
O3
5
4
6
O4
图7.2 带遮板的棘轮机构
(1) 三爪棘轮机构可以将主动件的往复摆动转化为从动件的单 向间歇运动
图7.3 三爪棘轮机构的三维动画
k＝td/T 当主动销作匀速运转时，T 对应
2π，td 对应2φ0，2φ0＝π－2ψB＝π－ 2π/z，为此，槽轮机构的运动系数k与
槽数 z 的关系为
C
k＝2φ0/(2π)＝ (π－2π/z)/(2π)＝0.5－1/z (7.3)
O2 3
2
(7.2)
A
D
1
R1
ω1
2φ0
2ψB
O1
L
由于k 应大于零，所以 z 应大于等于 3。由式(7.3)可见，k 总小于0.5。
内啮合不完全齿轮机构 当主动轮转一圈时，从动轮被驱动1/8圈。
ω2
ω1
O2
O1
Z1
Z2
图7.14 内啮合不完全齿轮机构
7.5 滚子分度凸轮机构
滚子分度凸轮机构如图7.15 所示，蜗杆凸轮1为主动件，从动 转盘2上均布安装圆柱销3，蜗杆 凸轮1与从动转盘2的轴线垂直交 错，当蜗杆凸轮转动时，从动转 盘2作间歇运动。
槽时的冲击力，圆销A在进入槽轮的
2
L
瞬时，圆销A的瞬时速度方向平行于
图7.9 槽轮机构
导槽的方向。
槽轮机构运动规律与Excel数据生成
该种机构把连续转动转化为单向间歇运动。
7.3.2 槽轮机构的运动系数
在图7.9所示的槽轮机构中，主动销只有一个，若主动销转一圈的时间为T，
槽轮运动的时间为td，则称 td 与 T 之比为槽轮机构的运动系数，并以 k 表示， 即
棘轮机构如图7.1所示，
图中构件1为摇杆，构件2为
棘爪，构件3为棘轮，构件4
为止动爪，构件5为确保止
动爪与棘轮接触的弹簧，构
2
件6为机架。
O1
1 ω1
当摇杆1作往复摆动时，
棘轮3单向间歇运动。若棘
轮3的齿数为Z，棘轮3每一
次转过一个齿，则棘轮3的 ω3
ຫໍສະໝຸດ Baidu
da
一次运动角为2π/ Z。
5 6
df
4
O4
3
图7.1 棘轮机构的组成与工作原理