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1、第第1818章章 间歇运动机构的应用间歇运动机构的应用实际应用中，配气机构是依靠凸用中，配气机构是依靠凸轮机构来机构来实现气气门启启闭的，如的，如图18-1（a）所示。汽）所示。汽车的手刹可以防止的手刹可以防止车辆停在斜坡路面停在斜坡路面时由于溜由于溜车而造成而造成事故，手刹的工作要求事故，手刹的工作要求稳定可靠，在定可靠，在实际中是依靠棘中是依靠棘轮机构来机构来实现的，的，如如图18-1（b）所示。凸）所示。凸轮机构和棘机构和棘轮机构都属于机构都属于间歇运歇运动机构。机构。能能够将主将主动件的件的连续运运动转换为从从动件周期性的运件周期性的运动和停歇的机构称和停歇的机构称为间歇运歇运动机构。
2、机构。第第1818章章 间歇运动机构的应用间歇运动机构的应用18.1 凸轮传动凸轮传动凸凸轮机构主要由凸机构主要由凸轮、从、从动杆和机架杆和机架组成。其中，凸成。其中，凸轮是具有特定曲是具有特定曲线或曲面或曲面轮廓形状的构件，通常作廓形状的构件，通常作为主主动件，与从件，与从动杆杆组成高副。凸成高副。凸轮机机构主要利用构主要利用连续等速等速转动的凸的凸轮带动从从动杆完成各种复杆完成各种复杂规律的移律的移动或或摆动。与平面与平面连杆机构相比，凸杆机构相比，凸轮机构具有机构具有结构构简单、紧凑，凑，设计方便，工作可靠等特点；同方便，工作可靠等特点；同时，只，只要要设计出合适的凸出合适的凸轮轮廓形状
3、，从廓形状，从动杆即可杆即可进行任意行任意预期的期的间歇式运歇式运动。1凸凸轮机构的机构的组成成2凸轮机构的类型凸轮机构的类型按照几何形状不同，凸按照几何形状不同，凸轮可分可分为盘形凸形凸轮、移、移动凸凸轮和和圆柱凸柱凸轮，如，如图18-3所示。所示。（1）按凸）按凸轮形状分形状分类（2）按从）按从动件形状分件形状分类按照几何形状的不同，从按照几何形状的不同，从动件可分件可分为尖尖顶从从动件、件、滚子从子从动件和平底从件和平底从动件，如件，如图18-4所示。所示。3凸轮传动的应用凸轮传动的应用凸凸轮传动在自在自动化、半自化、半自动化机械中具有广泛的化机械中具有广泛的应用。用。图18-5所示所示
4、为发动机配气机构。凸机配气机构。凸轮由曲由曲轴带动做匀速做匀速转动时，推推动从从动件（气件（气门杆）按杆）按预期的期的规律运律运动，从而，从而实现气气门的的正确开启和关正确开启和关闭。18.1.2 凸轮机构的工作过程凸轮机构的工作过程图18-6（a）所示）所示为凸凸轮机构的工作机构的工作过程。从程。从动件件处于于图中位置中位置A时，离，离凸凸轮圆心心O的距离最近，凸的距离最近，凸轮的的转角角为0，该位置称位置称为起始位置。以凸起始位置。以凸轮轮廓最小向径，即廓最小向径，即OA为半径的半径的圆称称为凸凸轮的基的基圆，其半径用，其半径用rb表示。从表示。从动件从离凸件从离凸轮圆心心O最近位置最近位
5、置A到最到最远位置位置 之之间的距离称的距离称为升程，用符升程，用符号号h表示。表示。1推程推程图18-6（a）所示的凸）所示的凸轮以等角速度以等角速度 按逆按逆时针方向方向转动角度角度 时，从，从动件按一定件按一定规律由位律由位置置A移移动到位置到位置B，这一一过程称程称为推程。凸推程。凸轮转过的角度的角度 称称为推程运推程运动角。角。18.1.2 凸轮机构的工作过程凸轮机构的工作过程2远停程停程凸凸轮继续转过角度角度 时，从，从动件与凸件与凸轮的的BC圆弧段接触并停在离凸弧段接触并停在离凸轮圆心心O最最远的位置的位置 ，该过程称程称为远停程。凸停程。凸轮转过的角度的角度 称称为远休止角。休
6、止角。3回程回程凸凸轮继续转过角度角度 时，由于凸，由于凸轮CD段的段的轮廓向径逐廓向径逐渐变小，从小，从动件在件在重力或重力或弹簧力的作用下，以一定的簧力的作用下，以一定的规律从位置律从位置 返回位置返回位置A，该过程称程称为回程。凸回程。凸轮转过的角度的角度 称称为回程运回程运动角。角。18.1.2 凸轮机构的工作过程凸轮机构的工作过程4近停程近停程凸凸轮继续转过角度角度 ，在，在DA段从段从动件一直停在离凸件一直停在离凸轮轴圆心心O最近的位最近的位置置A，该过程称程称为近停程。凸近停程。凸轮转过的角度的角度 称称为近休止角。近休止角。为形象直形象直观地表示从地表示从动件的运件的运动过程，
7、以从程，以从动件的位移件的位移s、速度、速度v、加速度、加速度a等参数作等参数作为纵坐坐标，以凸，以凸轮转过的角度作的角度作为横坐横坐标，即可，即可绘制凸制凸轮机构机构的运的运动线图。图18-6（b）所示）所示为从从动件的位移件的位移线图。18.1.3 从动件的运动规律从动件的运动规律1等速运等速运动规律律等速运等速运动是指当凸是指当凸轮匀速匀速转动时，从，从动件在推程或回程的运件在推程或回程的运动速度保持速度保持不不变，运，运动曲曲线如如图18-7所示。其中，位移所示。其中，位移线图（）为斜直斜直线，速，速度度线图（）为水平直水平直线，加速度，加速度线图（）为零。零。根据符合等速运根据符合等
8、速运动规律从律从动件的运件的运动线图可知，在推程的开始点和回程可知，在推程的开始点和回程的的结束点，从束点，从动件的速度件的速度发生突生突变，加速度，加速度为无无穷大，由此大，由此产生的冲生的冲击力也力也趋于无于无穷大，大，导致凸致凸轮机构受到机构受到强烈的冲烈的冲击，称，称为刚性冲性冲击。2等加速运动和等减速运动规律等加速运动和等减速运动规律等加速运等加速运动和等减速运和等减速运动规律是指从律是指从动件在推程件在推程过程中，前半程做等加程中，前半程做等加速运速运动，后半程做等减速运，后半程做等减速运动，且两段的加速度，且两段的加速度绝对值相等。从相等。从动件做件做等加速运等加速运动和等减速运
9、和等减速运动时的运的运动线图如如图18-8所示。所示。由运由运动线图可知，从可知，从动件在等加速运件在等加速运动和等减速运和等减速运动过程中，程中，O，A，B三三处的速度的速度发生有限突生有限突变，由此，由此产生的加速度突生的加速度突变也是有限也是有限值，凸，凸轮机机构因此受到的冲构因此受到的冲击称称为柔性冲柔性冲击。18.1.4 压力角对传动机构的影响压力角对传动机构的影响凸凸轮机构工作机构工作时，凸，凸轮作用于从作用于从动件上的法向力方向与从件上的法向力方向与从动件的运件的运动方方向之向之间所所夹锐角称角称为凸凸轮机构在机构在该点的点的压力角，用符号力角，用符号 表示，如表示，如图18-9
10、所示。所示。压力角力角 越大，垂直于从越大，垂直于从动杆的有害分力杆的有害分力 就越大，就越大，凸凸轮机构的机构的传动效率就越低。当效率就越低。当压力角达到一定力角达到一定值时，凸，凸轮机构将出机构将出现自自锁现象。因此，象。因此，压力角是衡量凸力角是衡量凸轮机构机构传动性能的重要参数。性能的重要参数。18.1.5 凸轮及滚子的材料选择凸轮及滚子的材料选择低速、中小低速、中小载荷等一般荷等一般场合，凸合，凸轮常采用常采用45钢或或40Cr，并，并进行表面淬火，行表面淬火，表面硬度表面硬度为4050 HRC。需要承受。需要承受较大冲大冲击载荷的荷的场合，凸合，凸轮可采用可采用15钢、20Cr或或
11、20CrMnTi，并，并进行渗碳淬火，表面硬度行渗碳淬火，表面硬度为5662 HRC。对于于尺寸尺寸较大的凸大的凸轮，可采用耐磨，可采用耐磨铸铁。滚子材料一般采用子材料一般采用20Cr，并，并进行渗碳淬火，表面硬度行渗碳淬火，表面硬度为5662 HRC。要。要求不高的求不高的场合，可采用合，可采用滚动轴承作承作为滚子。子。18.2 棘轮传动棘轮传动棘棘轮机构主要由棘机构主要由棘轮、主、主动棘爪、棘爪、摇杆、制杆、制动棘爪、棘爪、弹簧及机架等簧及机架等组成，成，如如图18-10所示。所示。摇杆通常空套在棘杆通常空套在棘轮轴上，可上，可绕棘棘轮轴线相相对棘棘轮转动。主主动棘爪与棘爪与摇杆之杆之间、
12、制、制动棘爪与机架之棘爪与机架之间均用均用转动副副连接，接，弹簧用来簧用来保保证棘爪与棘棘爪与棘轮啮合。棘合。棘轮机构主要将机构主要将连续转动或往复运或往复运动转换成成单向向间歇运歇运动。1棘棘轮机构的机构的组成成2棘轮机构的工作原理棘轮机构的工作原理图18-10所示的棘所示的棘轮机构中，当机构中，当摇杆逆杆逆时针摆动时，主，主动棘爪插入棘爪插入棘棘轮的的齿槽中，并推槽中，并推动棘棘轮转过一定角度，而制一定角度，而制动棘爪棘爪则在棘在棘轮齿上滑上滑过；当；当摇杆杆顺时针运运动时，主，主动棘爪可在棘棘爪可在棘轮的的齿上滑上滑过，但制但制动棘爪由于插入棘棘爪由于插入棘轮齿槽中，将阻止棘槽中，将阻止
13、棘轮顺时针转动，从而，从而使棘使棘轮保持静止。因此，保持静止。因此，摇杆做杆做连续往复往复摆动时，棘，棘轮将做将做单向向间歇歇转动。18.2.2 棘轮机构的类型和特点棘轮机构的类型和特点1棘棘轮机构的机构的类型型棘棘轮机构的机构的类型很多，根据制型很多，根据制动原理不同，棘原理不同，棘轮机构可分机构可分为齿啮合式合式棘棘轮机构和摩擦式棘机构和摩擦式棘轮机构。其中，机构。其中，齿啮合式棘合式棘轮机构根据棘爪位置机构根据棘爪位置的不同，又可分的不同，又可分为外接棘外接棘轮机构、内接棘机构、内接棘轮机构和棘条机构，如机构和棘条机构，如图18-11所示；摩擦式棘所示；摩擦式棘轮机构可分机构可分为外摩擦
14、式棘外摩擦式棘轮机构、内摩擦式棘机构、内摩擦式棘轮机机构和构和滚子内接摩擦式棘子内接摩擦式棘轮机构，如机构，如图18-12所示。所示。（a）外接棘轮机构 （b）内接棘轮机构 （c）棘条机构（a）外摩擦式棘轮机构（b）内摩擦式棘轮机构（c）滚子内接摩擦式棘轮机构18.2.2 棘轮机构的类型和特点棘轮机构的类型和特点1棘棘轮机构的机构的类型型根据棘根据棘轮运运动形式的不同，棘形式的不同，棘轮机构又可分机构又可分为以下三种：以下三种：单动式棘式棘轮机构：如机构：如图18-10所示，所示，该棘棘轮机构中只有一个主机构中只有一个主动棘棘爪，当爪，当摇杆往复杆往复摆动一次一次时，棘，棘轮只能只能间歇地歇地
15、转过一个角度。一个角度。双双动式棘式棘轮机构：如机构：如图18-13所示，所示，该棘棘轮机构中装有两个主机构中装有两个主动棘棘爪，当爪，当摇杆往复杆往复摆动一次一次时，两个主，两个主动棘爪分棘爪分别拨动一次棘一次棘轮，使棘，使棘轮沿同一个方向沿同一个方向间歇地歇地转动两次。两次。可可变向式棘向式棘轮机构：棘机构：棘轮轮齿为方形。方形。（a）勾头形棘爪 （b）直头形棘爪（a）（b）2棘轮机构的特点棘轮机构的特点齿啮合式棘合式棘轮机构具有机构具有结构构简单，棘，棘轮和棘爪制造方便，和棘爪制造方便，运运动可靠等可靠等优点，但棘爪在棘点，但棘爪在棘轮轮齿表面滑表面滑过时会引起会引起较大的噪声，且容易造
16、成机构的磨大的噪声，且容易造成机构的磨损，故，故齿形棘形棘轮机构多用机构多用于低速于低速轻载的的间歇运歇运动场合。摩擦式棘合。摩擦式棘轮机构具有噪声小、机构具有噪声小、运运动平平稳、从、从动件件转角无角无级调节等特点，但工作等特点，但工作时容易打容易打滑，故摩擦式棘滑，故摩擦式棘轮机构不适用于精确机构不适用于精确传动的的间歇运歇运动场合。合。18.2.3 棘轮机构的应用棘轮机构的应用图18-1（b）所示）所示为应用有棘用有棘轮机构的汽机构的汽车手刹手柄。拉手刹手柄。拉动手柄手柄时，手柄手柄带动拉拉线使得后使得后轮的卡的卡钳或指定蹄片或指定蹄片锁紧制制动盘，实现刹刹车，而棘爪卡住棘而棘爪卡住棘轮
17、使得手柄固定在相使得手柄固定在相应的位置不的位置不动；需要解除制；需要解除制动时，先按下按，先按下按钮使棘爪使棘爪张开，并与棘开，并与棘轮脱离，即可脱离，即可轻易地放下手易地放下手柄。柄。图18-15所示所示为汽汽车修理中常用的起重机防逆修理中常用的起重机防逆转棘棘轮机构，棘爪与机构，棘爪与棘棘轮的的啮合能使被提升的重物停留在任意所需位置，并防止由于合能使被提升的重物停留在任意所需位置，并防止由于卷筒突然失去卷筒突然失去动力而造成的重物下落。力而造成的重物下落。18.3 槽轮传动槽轮传动槽槽轮机构主要由机构主要由带有有圆销A的主的主动拨盘、具有若干径向槽的槽、具有若干径向槽的槽轮和机架和机架组
18、成，如成，如图18-16所示。主所示。主动拨盘在匀速在匀速转动时将将带动槽槽轮做做时转时停的停的间歇式旋歇式旋转运运动。1槽槽轮机构的机构的组成成2槽轮的工作原理槽轮的工作原理当当拨盘上的上的圆销A未未进入径向槽入径向槽时，拨盘的的锁止弧止弧 与槽与槽轮的的锁止弧止弧 重合，槽重合，槽轮被被锁住不住不动；当；当拨盘继续转动使使圆销A进入径入径向槽向槽时，槽，槽轮在在圆销A的的驱动下下转动；拨盘继续转动，圆销A转出出径向槽，径向槽，锁止弧止弧 再次与槽再次与槽轮的的锁止弧止弧 重合，槽重合，槽轮又被又被锁住不住不动。故。故拨盘匀速匀速转动时，槽，槽轮重复上述重复上述过程，做程，做间歇歇转动。图1
19、8-16所示的槽所示的槽轮机构中，机构中，拨盘转动一圈，槽一圈，槽轮转动1/4圈。圈。18.3.2 槽轮机构的类型及应用槽轮机构的类型及应用1槽槽轮机构的分机构的分类根据根据圆销与槽与槽轮啮合位置的不同，槽合位置的不同，槽轮机构可分机构可分为外槽外槽轮机构和内槽机构和内槽轮机构两种。机构两种。图18-17（a），（），（b）所示）所示为外槽外槽轮机构，机构，拨盘与槽与槽轮的的转向相反；向相反；图18-17（c）所示）所示为内槽内槽轮机构，机构，拨盘与槽与槽轮的的转向相同，向相同，内槽内槽轮停歇的停歇的时间比比较短，机构所占空短，机构所占空间较少。少。拨盘上上圆销的个数取的个数取决于工作要求，决
20、于工作要求，图18-7（b）所示的外槽）所示的外槽轮机构中，机构中，拨盘有有2个个圆销，槽槽轮有有6个径向槽，个径向槽，则拨盘转动一圈一圈时，槽，槽轮将将转动1/3圈。圈。2槽轮机构的特点和应用槽轮机构的特点和应用槽槽轮机构具有机构具有结构构简单、传动可靠、机械效率高等特点，但可靠、机械效率高等特点，但圆销与槽与槽轮径向槽之径向槽之间的配合要求的配合要求较高的精度，且高的精度，且圆销在在进入径向槽入径向槽时有有较大的冲大的冲击力，因此槽力，因此槽轮机构常用于低速、定机构常用于低速、定转角的角的间歇运歇运动场合。合。现代化的汽代化的汽车零部件生零部件生产线中，数控加工中心是必不可少的生中，数控加
21、工中心是必不可少的生产设备，图18-18所示所示为数控加工中心数控加工中心换刀机构的示意刀机构的示意图，槽，槽轮与刀与刀架同架同轴，刀架上安装有，刀架上安装有4把不同的刀具。把不同的刀具。拨盘每每转动一圈，槽一圈，槽轮转动1/4圈并圈并带动刀具刀具转动90，即可，即可实现一次一次换刀刀动作。作。18.4 不完全齿轮传动简介不完全齿轮传动简介不完全不完全齿轮机构是由普通机构是由普通渐开开线齿轮传动机构演机构演变而来的而来的间歇运歇运动机构。不完全机构。不完全齿轮与普通与普通渐开开线齿轮的区的区别在于在于齿轮圆周只有周只有一部分一部分齿，剩下部分，剩下部分为外凸外凸锁止弧，如止弧，如图18-19所
22、示。其中，所示。其中，图18-19（a）所示）所示为外外啮合不完全合不完全齿轮机构，机构，图18-19（b）为内内啮合不完全合不完全齿轮机构。机构。（a）（b）18.4 不完全齿轮传动简介不完全齿轮传动简介图18-19（a）所示的不完全）所示的不完全齿轮机构中，主机构中，主动轮1做匀速做匀速转动，当其，当其锁止弧止弧S1与从与从动轮2相相结合合时，从，从动轮2将保持静止；当主将保持静止；当主动轮1有有齿部分部分与从与从动轮2啮合合时，二者一起，二者一起转动；当主；当主动轮1转过有有齿部分之后，随即部分之后，随即进入无入无齿区域，从区域，从动轮2再次保持静止。如此反复循再次保持静止。如此反复循环，从，从动轮2即可即可实现间歇运歇运动。1工作原理工作原理2特点及特点及应用用不完全不完全齿轮机构中，从机构中，从动轮每每转过一圈的一圈的过程中，程中，转动时间和停歇和停歇时间的比例范的比例范围比比较广，且容易广，且容易设计和和实现。但从。但从动轮在运在运动期期间保持匀速保持匀速转动，而在，而在进入入啮合和脱离合和脱离啮合的瞬合的瞬间，速度，速度发生突生突变，故机构中存在，故机构中存在一定的冲一定的冲击。因此，不完全。因此，不完全齿轮机构适用于低速、机构适用于低速、轻载的的间歇运歇运动场合，合，如汽如汽车仪表表计数机构等。数机构等。