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1、第第7章章间歇运动机构间歇运动机构本章通过棘轮机构、槽轮机构、不完全本章通过棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的原理、类型介绍来讲解间歇运动齿轮机构的原理、类型介绍来讲解间歇运动机构的工作原理机构的工作原理。重点：重点：间歇机构的工作原理、结构特点及运用条间歇机构的工作原理、结构特点及运用条件和运用的环境件和运用的环境难点：难点：间歇运动机构的工作原理、结构参数的设间歇运动机构的工作原理、结构参数的设计过程计过程。7.3棘轮机构棘轮机构7.3.1棘轮机构的组成和工作原理棘轮机构的组成和工作原理组成：有棘轮、主动棘爪（主动摆杆）、止回棘组成：有棘轮、主动棘爪（主动摆杆）、止回棘爪和机架爪和机架工
2、作原理：由主动工作原理：由主动棘爪带动棘轮完成棘爪带动棘轮完成间歇转动，间歇转动，止回棘止回棘爪阻止棘轮转动爪阻止棘轮转动。一、按结构分：一、按结构分：齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构1、齿式棘轮机构特点：结构简单；运动可靠；主、齿式棘轮机构特点：结构简单；运动可靠；主、从动关系可互换；动程可在较大范围内调从动关系可互换；动程可在较大范围内调7.3.2类型和特点类型和特点 节；动停时间比可通过节；动停时间比可通过选择合适的驱动机构来选择合适的驱动机构来实现，但动程只能有机实现，但动程只能有机调节；有噪声、冲击及调节；有噪声、冲击及磨损，不适用于高速。磨损，不适用于高速。
3、、摩擦式棘轮机构特点：传动平稳，无噪音；摩擦式棘轮机构特点：传动平稳，无噪音；传递扭矩较大；动程可无级调节；但由于靠摩传递扭矩较大；动程可无级调节；但由于靠摩擦力传动，会出现打滑现象，由此可起过载保擦力传动，会出现打滑现象，由此可起过载保护作用，但也使传动精度不高，适合低载。护作用，但也使传动精度不高，适合低载。二、按啮合方式分：外啮合和内啮合二、按啮合方式分：外啮合和内啮合1、外啮合特点：棘爪或楔块安装在棘轮的外部、外啮合特点：棘爪或楔块安装在棘轮的外部2、内啮合特点：棘爪或楔块安装在棘轮的内部，、内啮合特点：棘爪或楔块安装在棘轮的内部，结构紧凑结构紧凑3、按运动形式分：、按运动形式分：单向
4、间歇转动单向间歇转动单向间歇移动单向间歇移动双动式棘轮机构双动式棘轮机构：与单动式棘轮机构相比，结构紧凑，：与单动式棘轮机构相比，结构紧凑，承载较大。承载较大。双向式棘轮机构：双向式棘轮机构：可实现两可实现两方向方向间歇转动间歇转动。三、摩擦式棘轮机构三、摩擦式棘轮机构(1)偏心楔块式棘轮偏心楔块式棘轮机构机构偏心楔块式棘轮机偏心楔块式棘轮机构的工作原理与构的工作原理与轮齿式棘轮机构轮齿式棘轮机构相同，只是用偏相同，只是用偏心扇形楔块代替心扇形楔块代替棘爪，用摩擦轮棘爪，用摩擦轮代替棘轮。利用代替棘轮。利用楔块与摩擦轮间楔块与摩擦轮间的摩擦力与楔块的摩擦力与楔块偏心的几何条件偏心的几何条件来实
5、现摩擦轮的来实现摩擦轮的单向间歇转动，单向间歇转动，如图所示如图所示。(2)滚子楔紧式棘轮机构滚子楔紧式棘轮机构图为常用的摩擦式棘轮机图为常用的摩擦式棘轮机构，构件构，构件1逆时针转动或逆时针转动或构件构件3顺时针转动时，在顺时针转动时，在摩擦力作用下能使滚子摩擦力作用下能使滚子2楔紧在构件楔紧在构件1、3形成的形成的收敛狭隙处，则构件收敛狭隙处，则构件1、3成一体，一起转动；运成一体，一起转动；运动方向相反时，即当构动方向相反时，即当构件件1顺时针或构件顺时针或构件3逆时逆时针转动时，构件针转动时，构件1、3成成脱离状态，主动件不能脱离状态，主动件不能带动带动从动件转动从动件转动。四、棘轮机
6、构的特点和应用四、棘轮机构的特点和应用轮齿式棘轮机构结构简单，易于制造，运动可轮齿式棘轮机构结构简单，易于制造，运动可靠，从动棘轮转角容易实现有级调整，但棘爪在靠，从动棘轮转角容易实现有级调整，但棘爪在齿面滑过引起噪声与冲击，在高速时尤为严重，齿面滑过引起噪声与冲击，在高速时尤为严重，故常于低速、轻载的场合用作间歇运动控制。故常于低速、轻载的场合用作间歇运动控制。摩擦式棘轮机构传递运动较平稳，无噪声，从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。但难以避免打滑现象，动件的转角可作无级调整。但难以避免打滑现象，因而运动准确性较差，不适合用于精确传递运动因而运动准确性较差，不适
7、合用于精确传递运动的场合。的场合。7.3.3棘轮机构的功能棘轮机构的功能1、间歇送进：间歇送进：在牛头刨床上通过棘轮机构实现工在牛头刨床上通过棘轮机构实现工作台横向间歇送进功能。作台横向间歇送进功能。2、制动：制动：在卷扬机中通过棘轮机构实现制度功能，在卷扬机中通过棘轮机构实现制度功能，防止链条断裂时卷筒逆转。防止链条断裂时卷筒逆转。3、转位分度转位分度：手枪盘中通过棘轮机构实现。：手枪盘中通过棘轮机构实现。4、超越离合器：超越离合器：在车床中以棘轮机构作为传动中在车床中以棘轮机构作为传动中的超越离合器，实现自动进給和快慢速进给。的超越离合器，实现自动进給和快慢速进给。7.3.4棘轮机构设计棘
8、轮机构设计中的主要问题中的主要问题1.棘轮齿形的选择棘轮齿形的选择最常见的棘轮齿形为不对称梯形。为了便于加最常见的棘轮齿形为不对称梯形。为了便于加工，当棘轮机构承受载荷不大时，可采用三角形工，当棘轮机构承受载荷不大时，可采用三角形棘轮轮齿，三角形轮齿的非工作齿棘轮轮齿，三角形轮齿的非工作齿面可做成直线型和圆弧型。双向式棘轮机构，由面可做成直线型和圆弧型。双向式棘轮机构，由于需双向驱动，因此常采用矩形或对称梯形作为于需双向驱动，因此常采用矩形或对称梯形作为棘轮齿形。棘轮齿形。非工作面非工作面2.棘轮转角大小的调整棘轮转角大小的调整(1)采用棘轮罩采用棘轮罩(2)采用棘轮罩，使棘采用棘轮罩，使棘爪
9、的爪的(3)部分行程沿棘轮罩部分行程沿棘轮罩表面表面(4)滑过，改变棘轮罩滑过，改变棘轮罩位位(5)置，即可调整棘轮置，即可调整棘轮转角转角(6)的大小，如图所示。的大小，如图所示。(7)(2)改变摆杆摆角改变摆杆摆角(8)图所示棘轮机构图所示棘轮机构(9)中，通过改变曲柄中，通过改变曲柄摇杆摇杆(10)机构曲柄长度机构曲柄长度OA的的方法方法(11)来改变摇杆摆角的来改变摇杆摆角的大大(12)小，从而调整棘轮小，从而调整棘轮机构机构(13)转角的大小。转角的大小。(3)多爪棘轮机构多爪棘轮机构要使棘轮每次转动小于一个轮齿所对的中心角要使棘轮每次转动小于一个轮齿所对的中心角时，可采用棘爪数为时
10、，可采用棘爪数为n的多爪棘轮机构。如图所的多爪棘轮机构。如图所示示n=3的棘轮机构，三棘爪位置依次错开的棘轮机构，三棘爪位置依次错开/3，当，当摆杆转角摆杆转角1在在/3，范围内变化时，三棘爪范围内变化时，三棘爪依次落入齿槽，推动棘轮转动的相应角度依次落入齿槽，推动棘轮转动的相应角度2为为/3，范围内范围内/3的整数倍，即棘轮转角为的整数倍，即棘轮转角为/3或或2/3。3.棘轮机构的可靠工作条件棘轮机构的可靠工作条件(1)棘爪可靠啮合条件棘爪可靠啮合条件图中，图中，为棘轮齿工作齿面与为棘轮齿工作齿面与径向线间的夹角，称为齿面角，径向线间的夹角，称为齿面角，L为棘爪长，为棘爪长，O1为棘爪轴心，
11、为棘爪轴心，O2为棘轮轴心，啮合力作用点为棘轮轴心，啮合力作用点为为P(为简便起见，设为简便起见，设P点在棘点在棘轮齿顶轮齿顶)，当传递相同力矩时，当传递相同力矩时，O1位于位于O2P的垂线上，棘爪轴的垂线上，棘爪轴受力最小。受力最小。为使棘爪能顺利地滑入棘轮齿根，为使棘爪能顺利地滑入棘轮齿根，要求齿面角要求齿面角大于摩擦角大于摩擦角，即，即棘爪受的总反作用力棘爪受的总反作用力FR的作用的作用线必须在棘爪轴心线必须在棘爪轴心O1和棘轮轴和棘轮轴心心O2之间穿过。之间穿过。(2)偏心块楔紧条件偏心块楔紧条件对于图所示的偏心楔块式棘轮机对于图所示的偏心楔块式棘轮机构，摆杆逆时针转动时，轮构，摆杆逆
12、时针转动时，轮3对对楔块楔块2在接触点在接触点A作用正压力作用正压力FN与与摩擦力摩擦力fFN。正压力。正压力FN有松开楔有松开楔块的作用，要使楔块楔紧棘轮块的作用，要使楔块楔紧棘轮3，应使，应使FN与与fFN对对O2的力矩满足的力矩满足tanf而而 f=tan所以所以 为摩擦角；为摩擦角；为楔块廓线升角。因此，楔紧条件是楔块廓为楔块廓线升角。因此，楔紧条件是楔块廓线升角线升角小于摩擦角小于摩擦角；或摩擦轮对偏心楔块总反力或摩擦轮对偏心楔块总反力FR的的作用线必须在棘轮轴心作用线必须在棘轮轴心O1和棘爪轴心和棘爪轴心O2之间穿过之间穿过。(3)滚子楔紧条件滚子楔紧条件图所示滚子楔紧式棘轮机构，
13、滚子受力情况。图所示滚子楔紧式棘轮机构，滚子受力情况。当套筒当套筒1逆时针方向转动时，在摩擦力逆时针方向转动时，在摩擦力FA的作用的作用下，滚子下，滚子2有逆时针滚动的趋势，因此星轮有逆时针滚动的趋势，因此星轮3在接在接触点触点B对滚子作用有摩擦力对滚子作用有摩擦力FB。摩擦力。摩擦力FA与与FB使使滚子楔紧，其夹角为楔紧角滚子楔紧，其夹角为楔紧角，而滚子而滚子2在接触点在接触点A、B的正的正压力压力FNA和和FNB欲将滚子挤向欲将滚子挤向楔形大端而松开。因此滚子楔形大端而松开。因此滚子楔紧条件是楔紧角小于两倍楔紧条件是楔紧角小于两倍的摩擦角。但的摩擦角。但角选择过小，角选择过小，反向运动时滚
14、子将不易退出反向运动时滚子将不易退出楔紧状态。即楔紧状态。即0，必须有，必须有z2，因而槽轮机构的，因而槽轮机构的运动系数运动系数0.5为增大运动系数为增大运动系数，可在主动拨盘上安装，可在主动拨盘上安装k个均布个均布的圆柱销，这时其运动系数的圆柱销，这时其运动系数可比原来增大可比原来增大k倍，倍，即即为保证槽轮机构仍为间隙运动，必须有为保证槽轮机构仍为间隙运动，必须有2时，时，k总小于总小于2，所以内槽轮机构只可以用一个圆销。，所以内槽轮机构只可以用一个圆销。槽轮机构的运动和动力特性随着槽数的增加而趋于槽轮机构的运动和动力特性随着槽数的增加而趋于平稳，动力特性也得到改善，但槽数过多，使槽轮平
15、稳，动力特性也得到改善，但槽数过多，使槽轮体积过大，惯性力增加，亦不利于平稳运动，设计体积过大，惯性力增加，亦不利于平稳运动，设计时取槽数为时取槽数为48。主要尺寸：主要尺寸：见表见表7-4组成：主动轮、组成：主动轮、从动轮和机架从动轮和机架7.5不完全齿轮机构不完全齿轮机构类型：类型：外啮合外啮合、内啮合内啮合和和不完全齿轮齿条机构不完全齿轮齿条机构特点：设计灵活、从动轮的运转角范围大、很容易特点：设计灵活、从动轮的运转角范围大、很容易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动，但加工复杂；在进入和推出啮合时速度有突动，但加工复杂；在进入和推出啮合
16、时速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于高速转动；主、从变，引起刚性冲击，不宜用于高速转动；主、从动轮不能互换。动轮不能互换。应用：多用于多工位、多工序的自动机械或生产线应用：多用于多工位、多工序的自动机械或生产线上，作为工作台的间歇转位机构和进给机构。上，作为工作台的间歇转位机构和进给机构。实例：蜂窝煤制煤机实例：蜂窝煤制煤机灯泡抽气机灯泡抽气机设计注意：设计注意：1、主动轮首、末齿齿顶需降低，以避免齿顶、主动轮首、末齿齿顶需降低，以避免齿顶干涉；干涉；2、加瞬心线附加板，减少啮入及啮出阶段的、加瞬心线附加板，减少啮入及啮出阶段的冲击（冲击（即有一个送人过程）。即有一个送人过程）。运动系数：当主
17、动销轮回转一周时，从动槽轮的运运动系数：当主动销轮回转一周时，从动槽轮的运动时间动时间t2与主动销轮的运动时间与主动销轮的运动时间t1之比之比，用，用K表示，表示，即即k=t2/t11、槽数槽数z和圆销数和圆销数n选择：选择：外槽轮：外槽轮：7.4.4槽轮机构的设计槽轮机构的设计若使槽轮运动时间和静止时间相等，令若使槽轮运动时间和静止时间相等，令K=1，得，得k=2，z=4，图图7-24；若使槽轮每次停歇时间不等，；若使槽轮每次停歇时间不等，圆柱销应不均匀分配；若使槽轮每次运动时间不圆柱销应不均匀分配；若使槽轮每次运动时间不等，圆销的回转半径不等，等，圆销的回转半径不等，图图7-25。7.3.
18、4棘轮机构设计棘轮机构设计中的主要问题中的主要问题齿面倾斜角齿面倾斜角、模数、齿数及主要几何齿寸计算、模数、齿数及主要几何齿寸计算：棘棘轮齿轮齿面与径向面与径向线线所所夹夹角。角。棘爪棘爪轴轴心位置角心位置角：棘爪棘爪轴轴心心O1与与轮齿顶轮齿顶点点A的的连线连线O1A与与过过A点的点的齿齿面法面法线线nn的的夹夹角。角。为保证棘爪在受力时能紧紧为保证棘爪在受力时能紧紧抵住棘轮轮齿的齿根而不致抵住棘轮轮齿的齿根而不致滑脱，满足滑脱，满足摩擦角摩擦角取取=。当。当f，=1015。当棘当棘轮齿轮齿受力受力较较大大时时，为为保保证齿证齿的的强强度，可取度，可取小于小于摩擦角，甚至取摩擦角，甚至取=0或或0见表见表7-1所示所示