机械原理第7章 其他常用机构
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第7章 其他常用机构
1、万向联轴节 2、螺旋机构 3、棘轮机构 4、槽轮机构 5、不完全齿轮机构
§7-1 万 向 联 轴 节
一、单万向联轴节结构与运动情况
从动轴
转动副
十字头 主动轴
转
转
动
动
副
副
主动轴与从动轴间 的瞬时角速度比：
3 1
cos 1 sin2 cos 2 1
1 0或 1 180
(
3 1
)max
1
cos
主动轴角速度
3
1 90或 1 270
(
3 1
)min
cos
从动轴角速度 1
二、双万向联轴节
双万向联轴节是由左 右两单万向节组成
1 M
1
cos 1 sin2 1 cos2
M1
3 M
1
cos 3 sin2 3 cos2
M3
主动轴
1 3
cos 1 1 sin2 1 cos2 M1
圆弧
这种齿形 较直线型 三角形齿 强度高， 冲击也小 一些。
（4）对称型矩形齿
这种齿用 于双向驱 动的棘轮
2、棘轮转角大小的调整
（1）采用棘轮罩
通过改变棘轮 罩的位置实现 棘轮转角大小 的调整
（2）改变摆杆摆角
通过改变 滑块A的 位置，改 变摆杆摆 角的大小， 从而实现 棘轮转角 大小的调 整
１、棘轮齿形的选择
a
（１）不对称梯形齿
φ
不对称梯形齿强度 较高，已经标准化， 是最常用的一种齿 形
m——模数， z——齿数
a=m, t=πm，h=0.75m
D=mz，Df=D-2h，Φ=15゜～30゜
（2）直线型三角形齿
直线
这种齿形的 齿顶尖锐， 强度较低， 用于小载荷 场合。
（3）圆弧型三角形齿
（１）1 2
即主动轴与中间轴的夹角等于从动轴与中 间轴的夹角
（２） M1 M 3 即中间轴两端的叉面必须位于同一平面内。
三、万向联轴节的应用
在汽车中的 应用
在轧钢机 中的应用
在铣床中 的应用
在机床工装中应用
§7-2 螺 旋 机 构
1.螺旋机构及其应用
组成：螺杆、螺母、机架。 运动特点：一般情况下是螺杆连续回转，螺母轴向移动。
滑块
摆杆
以上两种调整棘轮转角的方法， 棘轮的最小转角都不小于一个齿距 角。若要使棘轮的转角小于一个齿 距角，则应采取多爪棘轮机构
（3）多爪棘轮机构角
棘爪数——n
棘轮齿距角——
摆杆转角——1 棘轮转角——2
3
1Leabharlann 32多爪棘轮机构
3、棘轮机构的可靠工作条件
（1）棘爪的可靠啮合条件
欲使棘爪顺利的滑入
将螺纹在中径圆柱处展开得一斜三角形，于是：
螺旋转过任意φ角时，螺母的位移s为：
s / rφ =l /r2π s=lφ/2π
3 12
s
l
rφ
r2π
图示螺旋机构中，螺母A固定， 螺母2可沿轴向移动，且: lA≠lB
3 2 1
当A、B段螺纹旋向相同时， 螺杆1相对于机架3的位移为：
s1=lAφ/2π 螺母2相对于螺杆1的位移为： s21=－lBφ/2π
偏心楔块式棘轮机构
偏心楔块式棘轮机构 内置偏心楔块式棘轮机构
滚 子 楔 紧 式 棘 轮 机 构
滚子楔紧式棘轮机构
三、棘轮机构的特点和应用
棘轮机构用于将摇杆的周期性摆动转换为棘 轮的单向间歇转动，也常作为防逆转装置， 超越离合器。
轮齿式棘轮机构：
结构简单、易于制造、运动可靠、棘轮转角容易实现 有级调整
棘爪在齿面滑过时会引起噪声，高速时更为严重
轮齿式棘轮机构多用于低速、轻载时间歇运动的控制
摩擦式棘轮机构：
传递运动较平稳、无噪声，从动件的转角可作无级调整 易出现打滑现象，运动准确性较差，不适合用于精确传递 运动的场合
各种棘轮机构在生产实际中的应用
棘 轮 机 构
棘 轮 机 构
棘轮机构
三、棘轮机构设计中的主要问题
1 sin2 3 cos2 M3 cos 3
从动轴 主动轴 从动轴
1 3
cos 1 1 sin2 1 cos2 M1
1 sin2 3 cos2 M3 cos 3
1 3
cos 1 1 sin2 1 cos2 M1
1 sin2 3 cos2 M3 cos 3
1 1 2
必须满足下列两条件：
O1
棘轮齿根，则必须有： FR
FN Lsin FN fL cos
tan f tan f•FN
P
O2
FN
棘轮齿面角 大于摩擦角
或者棘轮对棘爪的总反力FN的作用线在棘爪轴心O1和棘轮 轴心O2之间穿过
（2）偏心块楔紧条件
欲使楔块楔紧棘 轮，则必须有：
O2 AsinFN O2 AcosfFN FN
FR
tan f tan
f•FN
楔块廓线升角 小于摩擦角
（2）滚子楔紧条件
FA
欲使滚子被楔紧，则
必须有：
FA
d 2
d 2
cos
FNA
d 2
sin FNA
FNA f tan
FNB
2
FB
楔紧角 小于2倍的摩擦角
注意：
楔紧角 不宜过小，以防套筒反向运动时滚
螺母2相对于机架3的位移为：
s =( lA－lB)φ/2π
当差(lA－lB)很小时，s将很小。
这种螺旋机构称为微(差)动螺旋机构，用于测微计（千分尺）、 分度机构、调节机构（镗刀微调机构）中。
当A、B段螺纹旋向相反时，螺母2的位移为：
s =( lA＋lB)φ/2π
称为复式螺旋机构，用于车辆的快速靠近或离开、电杆拉线 机构等。
常用棘轮机构可分为轮齿式与摩擦式两大类
单动式棘轮机构
轮 棘 单向式棘轮机构
齿轮 棘 式机
双动式棘轮机构
轮
构 双向式棘轮机构
机
构
摩 棘 偏心楔块式棘轮机构
擦轮
式机
构 滚子楔紧式棘轮机构
双动式棘轮机构
双动式棘轮机构
双向式棘轮机构
双向式棘轮机构
双向式棘轮机构
另一种双向棘轮机构
偏 心 楔 块 式 棘 轮 机 构
l1=1.25 mm(右)
l2=1 mm(右)
镗刀进给量调整微动螺旋机构
复式螺旋机构
§7-3 棘 轮 机 构
一、棘轮机构的基本结构和工作原理
主动摆杆
棘轮不动 棘 轮 运 动
驱动棘爪
棘轮
止动棘爪
单动式棘轮机构
外 啮 式
外啮合式齿形棘轮机构
内 啮 式
内啮式单动式棘轮机构
棘 条 机 构
二、棘轮机构的类型
在γ>φv 时,也可以螺母为作轴向移动，迫使螺杆转动。 优点：获得很大的减速比和力的增益。
缺点：机械效率较低。 应用：螺旋压力机、千斤顶、机床进给装置、微调机构等。
2.运动分析 导程l－－螺旋转一圈(2π)，螺母前进的距离。
螺距p－－相邻螺纹牙齿同侧齿面之间的距离。 两者的关系为：l = z p，z为螺纹的头数。
1、万向联轴节 2、螺旋机构 3、棘轮机构 4、槽轮机构 5、不完全齿轮机构
§7-1 万 向 联 轴 节
一、单万向联轴节结构与运动情况
从动轴
转动副
十字头 主动轴
转
转
动
动
副
副
主动轴与从动轴间 的瞬时角速度比：
3 1
cos 1 sin2 cos 2 1
1 0或 1 180
(
3 1
)max
1
cos
主动轴角速度
3
1 90或 1 270
(
3 1
)min
cos
从动轴角速度 1
二、双万向联轴节
双万向联轴节是由左 右两单万向节组成
1 M
1
cos 1 sin2 1 cos2
M1
3 M
1
cos 3 sin2 3 cos2
M3
主动轴
1 3
cos 1 1 sin2 1 cos2 M1
圆弧
这种齿形 较直线型 三角形齿 强度高， 冲击也小 一些。
（4）对称型矩形齿
这种齿用 于双向驱 动的棘轮
2、棘轮转角大小的调整
（1）采用棘轮罩
通过改变棘轮 罩的位置实现 棘轮转角大小 的调整
（2）改变摆杆摆角
通过改变 滑块A的 位置，改 变摆杆摆 角的大小， 从而实现 棘轮转角 大小的调 整
１、棘轮齿形的选择
a
（１）不对称梯形齿
φ
不对称梯形齿强度 较高，已经标准化， 是最常用的一种齿 形
m——模数， z——齿数
a=m, t=πm，h=0.75m
D=mz，Df=D-2h，Φ=15゜～30゜
（2）直线型三角形齿
直线
这种齿形的 齿顶尖锐， 强度较低， 用于小载荷 场合。
（3）圆弧型三角形齿
（１）1 2
即主动轴与中间轴的夹角等于从动轴与中 间轴的夹角
（２） M1 M 3 即中间轴两端的叉面必须位于同一平面内。
三、万向联轴节的应用
在汽车中的 应用
在轧钢机 中的应用
在铣床中 的应用
在机床工装中应用
§7-2 螺 旋 机 构
1.螺旋机构及其应用
组成：螺杆、螺母、机架。 运动特点：一般情况下是螺杆连续回转，螺母轴向移动。
滑块
摆杆
以上两种调整棘轮转角的方法， 棘轮的最小转角都不小于一个齿距 角。若要使棘轮的转角小于一个齿 距角，则应采取多爪棘轮机构
（3）多爪棘轮机构角
棘爪数——n
棘轮齿距角——
摆杆转角——1 棘轮转角——2
3
1Leabharlann 32多爪棘轮机构
3、棘轮机构的可靠工作条件
（1）棘爪的可靠啮合条件
欲使棘爪顺利的滑入
将螺纹在中径圆柱处展开得一斜三角形，于是：
螺旋转过任意φ角时，螺母的位移s为：
s / rφ =l /r2π s=lφ/2π
3 12
s
l
rφ
r2π
图示螺旋机构中，螺母A固定， 螺母2可沿轴向移动，且: lA≠lB
3 2 1
当A、B段螺纹旋向相同时， 螺杆1相对于机架3的位移为：
s1=lAφ/2π 螺母2相对于螺杆1的位移为： s21=－lBφ/2π
偏心楔块式棘轮机构
偏心楔块式棘轮机构 内置偏心楔块式棘轮机构
滚 子 楔 紧 式 棘 轮 机 构
滚子楔紧式棘轮机构
三、棘轮机构的特点和应用
棘轮机构用于将摇杆的周期性摆动转换为棘 轮的单向间歇转动，也常作为防逆转装置， 超越离合器。
轮齿式棘轮机构：
结构简单、易于制造、运动可靠、棘轮转角容易实现 有级调整
棘爪在齿面滑过时会引起噪声，高速时更为严重
轮齿式棘轮机构多用于低速、轻载时间歇运动的控制
摩擦式棘轮机构：
传递运动较平稳、无噪声，从动件的转角可作无级调整 易出现打滑现象，运动准确性较差，不适合用于精确传递 运动的场合
各种棘轮机构在生产实际中的应用
棘 轮 机 构
棘 轮 机 构
棘轮机构
三、棘轮机构设计中的主要问题
1 sin2 3 cos2 M3 cos 3
从动轴 主动轴 从动轴
1 3
cos 1 1 sin2 1 cos2 M1
1 sin2 3 cos2 M3 cos 3
1 3
cos 1 1 sin2 1 cos2 M1
1 sin2 3 cos2 M3 cos 3
1 1 2
必须满足下列两条件：
O1
棘轮齿根，则必须有： FR
FN Lsin FN fL cos
tan f tan f•FN
P
O2
FN
棘轮齿面角 大于摩擦角
或者棘轮对棘爪的总反力FN的作用线在棘爪轴心O1和棘轮 轴心O2之间穿过
（2）偏心块楔紧条件
欲使楔块楔紧棘 轮，则必须有：
O2 AsinFN O2 AcosfFN FN
FR
tan f tan
f•FN
楔块廓线升角 小于摩擦角
（2）滚子楔紧条件
FA
欲使滚子被楔紧，则
必须有：
FA
d 2
d 2
cos
FNA
d 2
sin FNA
FNA f tan
FNB
2
FB
楔紧角 小于2倍的摩擦角
注意：
楔紧角 不宜过小，以防套筒反向运动时滚
螺母2相对于机架3的位移为：
s =( lA－lB)φ/2π
当差(lA－lB)很小时，s将很小。
这种螺旋机构称为微(差)动螺旋机构，用于测微计（千分尺）、 分度机构、调节机构（镗刀微调机构）中。
当A、B段螺纹旋向相反时，螺母2的位移为：
s =( lA＋lB)φ/2π
称为复式螺旋机构，用于车辆的快速靠近或离开、电杆拉线 机构等。
常用棘轮机构可分为轮齿式与摩擦式两大类
单动式棘轮机构
轮 棘 单向式棘轮机构
齿轮 棘 式机
双动式棘轮机构
轮
构 双向式棘轮机构
机
构
摩 棘 偏心楔块式棘轮机构
擦轮
式机
构 滚子楔紧式棘轮机构
双动式棘轮机构
双动式棘轮机构
双向式棘轮机构
双向式棘轮机构
双向式棘轮机构
另一种双向棘轮机构
偏 心 楔 块 式 棘 轮 机 构
l1=1.25 mm(右)
l2=1 mm(右)
镗刀进给量调整微动螺旋机构
复式螺旋机构
§7-3 棘 轮 机 构
一、棘轮机构的基本结构和工作原理
主动摆杆
棘轮不动 棘 轮 运 动
驱动棘爪
棘轮
止动棘爪
单动式棘轮机构
外 啮 式
外啮合式齿形棘轮机构
内 啮 式
内啮式单动式棘轮机构
棘 条 机 构
二、棘轮机构的类型
在γ>φv 时,也可以螺母为作轴向移动，迫使螺杆转动。 优点：获得很大的减速比和力的增益。
缺点：机械效率较低。 应用：螺旋压力机、千斤顶、机床进给装置、微调机构等。
2.运动分析 导程l－－螺旋转一圈(2π)，螺母前进的距离。
螺距p－－相邻螺纹牙齿同侧齿面之间的距离。 两者的关系为：l = z p，z为螺纹的头数。