间歇运动机构

第十一章 间歇运动机构

第一节 棘轮机构

一、棘轮机构的工作原理、特点和应用

典型的棘轮机构由棘爪1、棘轮2、摇杆3、机架4等组成（图11-1）。摇杆及铰接于其上的棘爪为主动件，棘轮为从动件。

图11-2所示为外啮合曲柄摇杆式棘轮机构。当主动曲柄连续转动时，摇杆3往复摆动。当摇杆逆时针摆动时，棘爪2嵌入棘轮1的齿槽内，推动棘轮沿逆时针方向转过一个角度；当摇杆顺时针摆动时，棘爪4在棘轮齿背上滑过，棘轮静止不动。在机架上安装止动棘爪可防止棘轮逆转。工作棘爪和止动棘爪均利用弹簧5使其与棘轮保持可靠接触。这样，当曲柄连续回转时，棘轮作单向的间歇运动。

如果要求摇杆往复运动时都能使棘轮向同一方向转动，则可采用图11-3所示的双动式棘轮机构。驱动棘爪可制成钩头（图11-3a ）或直头（图11-3b ）。

如果要求棘轮作双向间歇运动时，可采用具有矩形齿的棘轮以及与之相适应的双向棘爪。如图11-4所示为矩形齿双向棘轮机构。图11-4a)

的驱动棘爪在实线位置时，棘轮

图11-1 棘轮机构的组成 图11-2 外啮合式棘轮机构

a) b) a) b)

图11-3 双动式驱动棘爪 图11-4 矩形齿双向棘轮机构

作逆时针间歇转动；将驱动棘爪绕A 点翻转成虚线位置时，棘轮作顺时针间歇转动。如图11-4b ）所示为回转棘爪双向棘轮机构，当棘爪1按图示位置放置时，棘轮2作逆时针间歇转动。若将棘爪提起，并绕本身轴线转动180°后再插入棘轮齿槽时，棘轮作顺时针方向间歇转动。若将棘爪提起绕本身轴线转动90°，棘爪将被架在壳体的平面上，使轮与爪脱开，当棘爪往复摆动时，棘轮静止不动。

除外啮合棘轮机构外，还有内啮合棘轮机构（如

图11-5）和棘条机构等。

棘轮机构结构简单，但不能传递大的动力，而且

传动平稳性较差，不适宜于高速传动。一般用作机床

及自动机械的进给机构，送料机构、刀架的转位机构、

精纺机的成型机构、牛头刨床的送进机构等，也广泛

用于卷杨机、提升机及牵引设备中，用它作为防止机械逆转的止动器。

二、棘轮机构的主要参数及几何尺寸

1.主要参数

(1)棘轮齿数z 。一般应由整个机器工作的需要来决定，通常取z =12~25。

(2)模数m 。仿照齿轮标准确定，与齿轮不同之处是从棘轮齿顶圆测量求得。令

πp

m = （mm ）

式中：m 为模数，mm ，已系列化，见表11-1；

p 为周节，mm ，由p=πD /z 可导出

D = m z （mm ）。

(3)齿顶圆直径d a 棘轮的最大直径称为棘

轮的齿顶圆直径，d a mz =。

(4)棘轮齿高 h = 0.75m 。

(5)棘齿偏斜角ϕ。如图11-6所示，棘轮

机构工作时，为使棘爪受载最小而推动棘轮的

有效力最大，棘爪回转中心O 1应位于棘轮齿顶

圆的切线上。当棘爪与棘齿在A 点接触时，棘齿对棘爪的作用有正压力N 和阻止棘爪下滑的

摩擦力F (=Ntg ρ),为保证棘爪在此二力作用下仍能向棘齿根部滑动而不从齿槽滑脱，其合力R 应使棘爪有逆时针回转的力矩，为此，轮齿工作面相对棘轮半径应有一个负倾角ϕ，称为棘齿偏斜角，可以证明，ϕ角与摩擦角ρ 之间应有如下关系：

ρϕ> （11-1）

式中：ρ为摩擦角，arctgf =ρ,f 为摩擦系数取25.0~2.0=f ,ρ=11.3°~14°时，为

了保证运转安全可靠，一般可取=ϕ20°。棘轮齿槽夹角θ由铣刀刃面夹角决定，一

般取θ=60°，因此，在绘制棘轮齿形时，需对齿顶厚s 或棘齿偏斜角ϕ进行修正。

2.棘轮机构几何尺寸计算

棘轮机构几何尺寸按表11-1计算。

图11-6 棘轮齿形

图11-5 自行车后轮轴的棘轮机构

第二节 槽轮机构

一、槽轮机构的工作原理、特点和应用

槽轮机构又称马氏机构。如图11-7所示，它由具有径向圆销的主动拨盘1、具有径向槽的槽轮2和机架组成。

当构件1作均匀连续转动时，槽轮时而转

动，时而静止。在构件1的圆销A 尚未进入槽

轮的径向槽时，槽轮内凹锁住弧β被构件1的

外凸圆弧α卡住，因而槽轮静止不动。图中所

示是构件1的圆销开始进入槽轮径向槽的位

置，这时锁住弧被松开，因此圆销便驱使槽轮

转动。当圆销开始脱出径向槽时，槽轮的另一

内凹锁住弧又被构件1的外凸锁住弧卡住，致

使槽轮静止不动，直到圆销在进入另一径向槽

时，两者又重复上述的运动循环。图11-7所示

的具有四个槽的槽轮机构，当原动件回转一周

时，从动件只转1/4周。同理，具有n 个槽的

槽轮机构，当原动件回转一周时，槽轮转过1/n

周。如此重复循环，使槽轮实现单向间歇转动。

槽轮机构的特点是结构简单，工作可靠，

机械效率高，在进入和脱离接触时运动较平稳，能准确控制转动的角度，但槽轮的转角不可调

节，故只能用于定转角的间歇运动机构中，如自动机床、电影机械、包装机械等。

图11-8所示为六角车床的刀架转位机构。刀架上装有六种刀具，与刀架固连的槽轮2上开有六个径向槽，拨盘1上装有一圆销A ，每当拨盘转动一周，圆柱销A 就进入槽轮一次，驱使槽轮转过60°，刀架也随之转动60°，从而将下一工序的刀具换到工作位置上。图11-9所示为电影放映机构中的槽轮机构。为了适应人眼的视觉暂留现象，采用了槽轮机构，使影片作间歇运动。

图11-7 槽轮机构

二、槽轮机构的主要参数及几何尺寸

1.槽轮机构的基本参数

(1)槽轮的槽数z 。如图11-7所示，为使槽轮开始和终止转动的瞬时角速度为零，以避免圆柱销与槽轮发生冲击，圆销进入径向槽或退出径向槽时，径向槽的中心线应切于圆销中心的轨迹。设径向槽的数目为z ，当槽轮2转过22ϕ时，构件1的转角12ϕ为

z

ππϕπϕ22221-=-= (2)运动系数τ和圆柱销数k 。 槽轮每次运动的时间t m 对主动件回转一周的时间 t 之比称为运动系数，以τ表示。当构件1等速回转时，τ可用构件1的转角之比来表示，即

π

ϕτ221==

t t m ， 因此， z z 222222-=-=πϕπτ （11-2） 因为运动系数τ必须大于零，所以由上式可知，径向槽的数目应等于或大于3。对于图11-7所示的槽轮机构，槽轮的运动系数τ总小于1/2，也就是说，槽轮的运动时间总小于静止时间。如需得到τ＞1/2的槽轮机构则须在构件1上安装多个圆销。设k 为均匀分布的圆销数，则一个循环中槽轮的运动时间比只有一个圆销时增加k 倍，故有

12)2(<-=z

z k τ τ=1表示槽轮作连续转动，故τ应小于1，即有

2

2-

由于z=3时，工作过程中槽轮的角速度变化大，而z≥9时，槽轮的尺寸将变得较大，转动时的惯性力矩也较大，但对τ的变化却不大，因此槽数z 常取为4~8。

图11-8 刀架的转位机构 图11-9 放映机的卷片机构

1-圆销拨盘 2-槽轮 1-圆销拨盘 2-槽轮