机械传动机构设计基础10
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机械设计基础
第六章 其他常用机构
6.1 间歇运动机构
（1）棘轮机构
1）棘轮机构的工作原理、类型 由棘轮1、驱动棘爪2、摆杆3、制动 爪4及机架组成。 摆杆空套在与棘轮固连的从动轴0上 并与驱动棘爪2用转动副相连，在曲柄的 驱动下绕O作往复摆动。 弹簧5用来使制动爪和棘轮保持接触。 当摆杆作逆时针方向摆动时，驱动棘爪 便插入棘轮的齿槽中，使棘轮跟着转过一定 的角度，此时，制动爪在棘轮的齿背上滑动。 当摆杆顺时针方向摆动时，制动爪阻止 棘轮向顺时针方向转动，驱动棘爪在棘轮齿 背上滑动，这时，棘轮便静止不动。
2）棘轮机构的尺寸计算 棘轮齿的大小也用模数来衡量。 棘轮齿的模数由强度计算或类比法确定并选用标准值。 其画法等可参考机械零件设计手册等有关参考资料。
c）棘轮机构的特点及其应用
特点:结构简单、制造方便、运动可靠、转角大小可 以调节。但是，当棘爪落入齿槽底部，开始推动棘轮接 触的瞬时会发生刚性冲击，故传动的平稳性较差。 当棘爪返回，在棘轮齿顶滑行时，会产生噪声和齿 顶磨损，故不宜用于高速。
6.1 间歇运动机构
（1）棘轮机构
1）棘轮机构的工作原理、类型 要使棘轮得到双向间歇运动，则棘齿可制成 矩形，而棘爪制成可翻转的形式。 当棘爪处于实线状态时，棘轮可获得逆时针 方向间歇运动；棘爪处于虚线状态时，棘轮可获 得顺时针方向的间歇运动。 当棘爪按图示位置放置时，棘轮可获得逆时 针单向间歇运动。 当把棘爪提起并绕其本身轴线转180°后再放 下时，就使棘爪的直边与棘齿的左侧齿廓接触， 从而使棘轮获得顺时针方向的间歇运动。
（3）不完全齿轮机构 1）不完全齿轮机构的工作原理 不完全齿轮是指轮齿未布满整个圆周的齿轮，由这种齿轮 组成的传动机构称为不完全齿轮机构。 主动轮1为只有一个 齿或几个齿的不完全齿轮， 从动轮2可以是普通齿轮， 也可以由正常齿和带锁住 弧的加厚齿相间地组成 当主动轮连续转动 时，依靠其有齿部分的 工作带动从动轮作时转 时停的间歇运动。
4
④
5 6 5 0 0 -1 6 1 0 -1
1 1 -1 0
2 0 -1 1
3 0 1 0
4 -1 0 0
各行不独立。 设④为参考节点，划去 第4行。
称A为降阶关联矩阵 (n-1)b ， 表征独立节点与支路的关联 性质。也称关联矩阵。
2. 割集矩阵
Q = {qjk}n-1 b
基本割集数 支路数
6.1 间歇运动机构
（1）棘轮机构
1）棘轮机构的工作原理、类型 摆杆来回摆动时都能驱 动棘轮向同一方向转。
2）棘轮机构的尺寸计算 （a）棘轮与棘爪的轴心位置及棘轮齿面倾角
6.1 间歇运动机构Baidu Nhomakorabea
2）棘轮机构的尺寸计算
NL sin FL cos
因为 所以 故
F Nf
tan f
tan tan
棘轮与棘爪之间的摩擦角
（b）棘轮、棘爪的几何尺寸计算
棘轮的齿数是根据工作要求选定的。可根据所要求的棘 轮最小转角来确定棘轮齿数。 对于轻载荷的进给机构，齿数可取得较多，一般可达250; 对于重载荷的起重设备类，为了安全，一般模数较大， 通常取8～30。
6.1 间歇运动机构
的确定
6.1 间歇运动机构
（2）槽轮机构 2）槽轮机构的运动设计
21 2 2
2 z
t m 21 t 2
2 z 1 1 z2 2 2 z 2z
6.1 间歇运动机构
（2）槽轮机构 2）槽轮机构的运动设计
t m 21 t 2 2 z 1 1 z2 2 2 z 2z
{(1,2,3)，(1,4,5)， (2,6,8) ， (5,7,8)} 0 0 是该图的一组 独立割集，流出 1 0 闭合面方向为割 0 1 1 集方向。
基本割集矩阵Qf 约定: (1)割集方向与树支方向相同。 (2)支路排列顺序为先树支后连支。 选 2 、 4、5、8为树支，连支为1、3、6 、7。
6.1 间歇运动机构
（3）不完全齿轮机构 1）不完全齿轮机构的工作原理 每当主动轮转过一 周时，几个从动轮将分别 间歇地转过1/8，1/4和1周。 为了防止从动轮在停 歇期间游动，两轮轮缘上 装有锁住弧。
一、关联矩阵、割集矩阵和回路矩阵的定义 1.关联矩阵： Aa={ajk}n b 节点数 支路数 ajk =
6.1 间歇运动机构
（2）槽轮机构 1）槽轮机构的工作原理和类型 槽轮机构也是一种间歇运动机构。 由槽轮2、销轮1和机架组成 具有圆销3的销轮1是主动件，具有径 向槽的槽轮2是从动件。 当销轮作连续回转时，圆销进入从动 槽轮的径向槽时，即拨动槽轮转动； 当圆销由径向槽滑出时，槽轮即停止 运动。 为了使槽轮具有精确的间歇运动，当圆 销脱离径向槽时，销轮圆盘上的锁住弧应恰 好卡在槽轮的凹圆弧上，迫使槽轮停止运动， 直到圆销再次进入下一个径向槽时，锁住弧 脱开，槽轮才能继续回转。
1
①
②
2 3
③
支 1 节 1 1 -1 2 Aa= 0 3 4 0
1 有向支路 k 背离 j 节点。 -1 有向支路 k指向 j 节点。 0 有向支路 k 与 j 节点无关。
2 3 4 5 6 0 0 -1 0 1 -1 1 0 0 0 1 0 0 -1 -1 0 -1 1 1 0 支 节 1 A= 2 3
1 Q2
qjk =
1 支路k与割集j方向一致。 Q1 -1 支路k与割集j方向相反。 2 0 支路k 不在割集 j 中。
6 0 7 0 8 0 0 1 Q3
3 6
8 Q4 (a)
4 7 5
支路 1 2 3 4 5 割集 Q1 1 1 1 0 0 Q Q2 1 0 0 1 1 Q3 0 1 0 0 0 Q4 0 0 0 0 1
3）槽轮机构的特点及应用 结构简单，外形尺寸小，工作可靠，机械效率高，在 进入和退出啮合时运动运动比较平稳，但在运动过程中， 加速度变化较大，圆销与径向槽之间冲击严重。 一般用于转速不高，要求步进转动一定角度的分度 装置和自动化机械，如步进转动的工作台或刀架、电影放 映机的送片机构等。
6.1 间歇运动机构
第六章 其他常用机构
6.1 间歇运动机构
（1）棘轮机构
1）棘轮机构的工作原理、类型 由棘轮1、驱动棘爪2、摆杆3、制动 爪4及机架组成。 摆杆空套在与棘轮固连的从动轴0上 并与驱动棘爪2用转动副相连，在曲柄的 驱动下绕O作往复摆动。 弹簧5用来使制动爪和棘轮保持接触。 当摆杆作逆时针方向摆动时，驱动棘爪 便插入棘轮的齿槽中，使棘轮跟着转过一定 的角度，此时，制动爪在棘轮的齿背上滑动。 当摆杆顺时针方向摆动时，制动爪阻止 棘轮向顺时针方向转动，驱动棘爪在棘轮齿 背上滑动，这时，棘轮便静止不动。
2）棘轮机构的尺寸计算 棘轮齿的大小也用模数来衡量。 棘轮齿的模数由强度计算或类比法确定并选用标准值。 其画法等可参考机械零件设计手册等有关参考资料。
c）棘轮机构的特点及其应用
特点:结构简单、制造方便、运动可靠、转角大小可 以调节。但是，当棘爪落入齿槽底部，开始推动棘轮接 触的瞬时会发生刚性冲击，故传动的平稳性较差。 当棘爪返回，在棘轮齿顶滑行时，会产生噪声和齿 顶磨损，故不宜用于高速。
6.1 间歇运动机构
（1）棘轮机构
1）棘轮机构的工作原理、类型 要使棘轮得到双向间歇运动，则棘齿可制成 矩形，而棘爪制成可翻转的形式。 当棘爪处于实线状态时，棘轮可获得逆时针 方向间歇运动；棘爪处于虚线状态时，棘轮可获 得顺时针方向的间歇运动。 当棘爪按图示位置放置时，棘轮可获得逆时 针单向间歇运动。 当把棘爪提起并绕其本身轴线转180°后再放 下时，就使棘爪的直边与棘齿的左侧齿廓接触， 从而使棘轮获得顺时针方向的间歇运动。
（3）不完全齿轮机构 1）不完全齿轮机构的工作原理 不完全齿轮是指轮齿未布满整个圆周的齿轮，由这种齿轮 组成的传动机构称为不完全齿轮机构。 主动轮1为只有一个 齿或几个齿的不完全齿轮， 从动轮2可以是普通齿轮， 也可以由正常齿和带锁住 弧的加厚齿相间地组成 当主动轮连续转动 时，依靠其有齿部分的 工作带动从动轮作时转 时停的间歇运动。
4
④
5 6 5 0 0 -1 6 1 0 -1
1 1 -1 0
2 0 -1 1
3 0 1 0
4 -1 0 0
各行不独立。 设④为参考节点，划去 第4行。
称A为降阶关联矩阵 (n-1)b ， 表征独立节点与支路的关联 性质。也称关联矩阵。
2. 割集矩阵
Q = {qjk}n-1 b
基本割集数 支路数
6.1 间歇运动机构
（1）棘轮机构
1）棘轮机构的工作原理、类型 摆杆来回摆动时都能驱 动棘轮向同一方向转。
2）棘轮机构的尺寸计算 （a）棘轮与棘爪的轴心位置及棘轮齿面倾角
6.1 间歇运动机构Baidu Nhomakorabea
2）棘轮机构的尺寸计算
NL sin FL cos
因为 所以 故
F Nf
tan f
tan tan
棘轮与棘爪之间的摩擦角
（b）棘轮、棘爪的几何尺寸计算
棘轮的齿数是根据工作要求选定的。可根据所要求的棘 轮最小转角来确定棘轮齿数。 对于轻载荷的进给机构，齿数可取得较多，一般可达250; 对于重载荷的起重设备类，为了安全，一般模数较大， 通常取8～30。
6.1 间歇运动机构
的确定
6.1 间歇运动机构
（2）槽轮机构 2）槽轮机构的运动设计
21 2 2
2 z
t m 21 t 2
2 z 1 1 z2 2 2 z 2z
6.1 间歇运动机构
（2）槽轮机构 2）槽轮机构的运动设计
t m 21 t 2 2 z 1 1 z2 2 2 z 2z
{(1,2,3)，(1,4,5)， (2,6,8) ， (5,7,8)} 0 0 是该图的一组 独立割集，流出 1 0 闭合面方向为割 0 1 1 集方向。
基本割集矩阵Qf 约定: (1)割集方向与树支方向相同。 (2)支路排列顺序为先树支后连支。 选 2 、 4、5、8为树支，连支为1、3、6 、7。
6.1 间歇运动机构
（3）不完全齿轮机构 1）不完全齿轮机构的工作原理 每当主动轮转过一 周时，几个从动轮将分别 间歇地转过1/8，1/4和1周。 为了防止从动轮在停 歇期间游动，两轮轮缘上 装有锁住弧。
一、关联矩阵、割集矩阵和回路矩阵的定义 1.关联矩阵： Aa={ajk}n b 节点数 支路数 ajk =
6.1 间歇运动机构
（2）槽轮机构 1）槽轮机构的工作原理和类型 槽轮机构也是一种间歇运动机构。 由槽轮2、销轮1和机架组成 具有圆销3的销轮1是主动件，具有径 向槽的槽轮2是从动件。 当销轮作连续回转时，圆销进入从动 槽轮的径向槽时，即拨动槽轮转动； 当圆销由径向槽滑出时，槽轮即停止 运动。 为了使槽轮具有精确的间歇运动，当圆 销脱离径向槽时，销轮圆盘上的锁住弧应恰 好卡在槽轮的凹圆弧上，迫使槽轮停止运动， 直到圆销再次进入下一个径向槽时，锁住弧 脱开，槽轮才能继续回转。
1
①
②
2 3
③
支 1 节 1 1 -1 2 Aa= 0 3 4 0
1 有向支路 k 背离 j 节点。 -1 有向支路 k指向 j 节点。 0 有向支路 k 与 j 节点无关。
2 3 4 5 6 0 0 -1 0 1 -1 1 0 0 0 1 0 0 -1 -1 0 -1 1 1 0 支 节 1 A= 2 3
1 Q2
qjk =
1 支路k与割集j方向一致。 Q1 -1 支路k与割集j方向相反。 2 0 支路k 不在割集 j 中。
6 0 7 0 8 0 0 1 Q3
3 6
8 Q4 (a)
4 7 5
支路 1 2 3 4 5 割集 Q1 1 1 1 0 0 Q Q2 1 0 0 1 1 Q3 0 1 0 0 0 Q4 0 0 0 0 1
3）槽轮机构的特点及应用 结构简单，外形尺寸小，工作可靠，机械效率高，在 进入和退出啮合时运动运动比较平稳，但在运动过程中， 加速度变化较大，圆销与径向槽之间冲击严重。 一般用于转速不高，要求步进转动一定角度的分度 装置和自动化机械，如步进转动的工作台或刀架、电影放 映机的送片机构等。
6.1 间歇运动机构