棘轮机构(2) (精品)

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1、17 71 1 棘轮机构棘轮机构 7 72 2 槽轮机构槽轮机构 7 73 3 不完全齿轮机构不完全齿轮机构 7 74 4 万向联轴节万向联轴节2n一、棘轮机构的基本结构和工作原理当主动摆杆作往复摆动时，从动棘当主动摆杆作往复摆动时，从动棘 轮作单向间歇转动。轮作单向间歇转动。 棘轮机构基本结构如图7l所示 ，由棘轮3、棘爪2、4与主动摆 杆1、机架5组成。 主动摆杆1空套在与棘轮3固联 的从动轴上，驱动棘爪2与主动 摆杆1用转动副O1相联，止动棘 爪4与机架5用转动副O2相联， 弹簧6可保证棘爪与棘轮啮合。 3二、棘轮机构的类型n常用棘轮机构可分为轮齿式与摩擦式两大类 ： n1、轮齿式棘轮机

2、构n按啮合方式可分成外啮合、内啮合棘轮机构 。4(1) 单向式棘轮机构 单向式棘轮机构的特点是摆杆向一个方向摆动时， 棘轮沿同一方向转过某一角度；而摆杆向另一个方 向摆动时，棘轮静止不动。 双动式棘轮机构，摆杆的往复摆动，都能使棘轮沿 单一方向转动，棘轮转动方向是不可改变的。图7-3 单向式棘轮机构根据棘轮的运动又可分为两种情况：5若将棘轮轮齿做成短梯形或矩形时，变 动棘爪的放置位置或方向后，可改变棘 轮的转动方向。棘轮在正、反两个转动 方向上都可实现间歇转动。 (2)双向式棘轮机构6(1) 偏心楔块式棘轮机构 偏心楔块式棘轮机构的工作原理与轮齿式棘轮机构相 同，只是用偏心扇形楔块代替棘爪，用

3、摩擦轮代替棘 轮。利用楔块与摩擦轮间的摩擦力与楔块偏心的几何 条件来实现摩擦轮的单向间歇转动。图7-5 a 偏心楔块式棘轮机构2、摩擦式棘轮机构7图7-6为常用的摩擦式棘轮机构，构件1逆时针转动或 构件3顺时针转动时，在摩擦力作用下能使滚子2楔紧 在构件1、3形成的收敛狭隙处，则构件1、3成一体， 一起转动；运动相反时，构件1、3成脱离状态。图7-6 滚子楔紧式棘轮机构(2) 滚子楔紧式棘轮机构8三、棘轮机构的特点和应用n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。

4、n摩擦式棘轮机构传递运动较平稳，无噪音，从 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 递运动的场合。 9图77所示为牛头刨床工作台 横向进给机构，n当曲柄1转动时，经连杆2带动 摇杆4作往复摆动；摇杆4上装 有图74b所示的双向棘轮机 构的棘爪，棘轮3与丝杠5固连 ，棘爪带动棘轮作单方向间歇 转动，从而使螺母6（工作台 ）作间歇进给运动。n若改变驱动棘爪摆角，可以调 节进给量；改变驱动棘爪的位 置（绕自身轴线转过180o后固 定），可改变进给运动的方向 。图7710图78所示的棘轮机构可以用 来实现快速超越运动。n运动由蜗杆1传到蜗轮2，通 过安装在蜗

5、轮2上的棘爪3驱 动与棘轮4固联的输出轴5按 图示5方向慢速转动。当需 要输出轴5快速转动时，可按 输出轴5转动方向快速转动输 出轴5上手柄，这时由于手动 转速大于蜗轮转速，所以棘 爪在棘轮齿背滑过，从而在 蜗轮继续转动时，可用快速 手动来实现输出轴超越蜗轮 的运动。11四、棘轮机构设计中的主要问题n1、棘轮齿形的选择n最常见的棘轮齿形为不对称梯形，如图7-12所示。n为了便于加工，当棘轮机构承受载荷不大时，可采用三角形 棘轮轮齿（见图7-1），三角形轮齿的非工作齿面可作成直 线型和圆弧形。n双向式棘轮机构，由于需双向驱动，因此常采用矩形或对称 梯形作为棘轮齿形(图7-4)。 图7-12图7-

6、1图7-4122、棘轮转角大小的调整n(1) 采用棘轮罩 如图7-9所示。改变 棘轮罩位置，使部 分行程内棘爪沿棘 轮罩表面滑过，从 而实现棘轮转角大 小的调整。图7-9 13(2) 改变摆杆摆角n图7-10所示棘轮 机构中，通过改 变曲柄摇杆机构 曲柄长度OA的方 法来改变摇杆摆 角的大小，从而 实现棘轮机构转 角大小的调整。 图7-1014(3) 多爪棘轮机构图7-11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n的多爪棘轮机构。如图7-11所示为n=3的棘轮机构，三 棘爪位置依次错开/3，当摆杆转角1在1/3 范围内变 化时，三棘爪依次落入齿槽，推动棘轮转动相应角度2为

7、2/3 范围内/3整数倍。153、棘轮机构的可靠工作条件n(1) 棘爪可靠啮合条件 图7-12中为棘轮齿工作齿面 与径向线间的夹角，称齿面 角，L为棘爪长，O1为棘爪轴 心，O2为棘轮轴心，啮合力 作用点为P（为简便起见，设 P点在棘轮齿顶），当传递相 同力矩时，O1位于O2P的垂线 上，棘爪轴受力最小。 图7-1216n当棘爪与棘轮开始在齿顶P啮合时，棘轮工作齿面对棘爪 的总反力FR相对法向反力FN偏转一摩擦角。FN对O1点的 矩使棘爪滑入棘轮齿根，而齿面摩擦力fFN有阻止棘爪滑 入棘轮齿根的作用。为使棘爪顺利滑入棘轮齿根并啮紧齿 根，两力对O1点的矩应满足故即（71）因此棘爪顺利滑入齿根的

8、条件为：棘轮 齿面角大于摩擦角。或棘轮对棘爪 总反力FR的作用线必须在棘爪轴心O1和棘 轮轴心O2之间穿过。当材料的摩擦系数f0.2时，摩擦角180，因此一般取 20O。17n(2) 偏心块楔紧条件 对于图7-5b所示的偏心楔块式棘轮机构，摆杆逆时针 转动时，轮3对楔块2在接触点A作用正压力FN与摩擦力 fFN（参见图7-13）。正压力FN有松开楔块的作用，要 使楔块楔紧棘轮3，应使FN与fFN对O2的矩满足图7-5 b式中，为摩擦角；为 楔块廓线升角。因此偏 心块楔紧条件为：楔块 廓线升角小于摩擦角 。也可用摩擦轮对偏心 楔块总反力FR的作用线 必须通过两回转中心O1 和O2的连接线段来判定

9、 。18(3) 滚子楔紧条件n图7-6所示滚子楔紧式棘轮机构 ，滚子受力情况如图7-14所示 。图中当套筒1逆时针方向转动 时，在摩擦力FA作用下，滚子2 有逆时针滚动的趋势，因此星 轮3在接触点B对滚子有图示摩 擦力FB。摩擦力FA与FB使滚子楔 紧，其夹角为楔紧角，而滚子 2在接触点A、B的正压力FNA和 FNB欲将滚子挤向楔形大端而松 开。n因此滚子楔紧条件为：楔紧角 小于两倍的摩擦角。但角选择 过小，反向运动时滚子将不易 退出楔紧状态。 图7-13代入上式，并整理得将（73）19n1、机构的组成n通过，可以清楚 地看到槽轮机构 的基本组成。一、槽轮机构的组成及其工作原理图7-14202

10、、工作原理n如上图所示，主动拨盘上的圆柱销进入槽轮上的径向 槽以前，凸锁止弧将凹锁止弧锁住，则槽轮静止不动 。圆柱销进入径向槽时，凸、凹锁止弧刚好分离，圆 柱销可以驱动槽轮转动。当圆柱销脱离径向槽时，凸 锁止弧又将凹锁止弧锁住，从而使槽轮静止不动。因 此，当主动拨盘作连续转动时，槽轮被驱动作单向的 间歇转动。21二、槽轮机构的基本类型及其应用n1、类型n常用的槽轮机构有两种类型：一种是外啮合槽轮机 构，另一种是内啮合槽轮机构。 n(1)外啮合槽轮机构：图7-14a 为外啮合槽轮机构。 n(2)内啮合槽轮机构：图7-15为内啮合槽轮机构。图7-15222、应用举例n槽轮机构结构简单，容易制造。但

11、工作时有一 定程度的冲击，故一般不宜用于高速转动的场 合。图7-16为槽轮机构应用于电影放映机的间 歇卷片机构中。图7-1623附加图a 为槽轮两次停歇时间不等的槽轮机构， 附加图b 为槽轮两次停歇时间和运动时间都不等的槽轮机构。24除基本类型的槽轮机构外，尚有其它形式的槽轮机构，当 需在两相交轴间进行间歇传动时，可采用球面槽轮机构。 附加图 c 为球面槽轮机构，通过激活该图，可观察到球面 槽轮机构的工作过程。 3、球面槽轮机构附加图 c 球面槽轮机构 25三、槽轮机构的运动性质n1槽轮机构运动系数n（1）外槽轮机构 如图714所 示外槽轮机构，为避免槽轮2在 起动和停歇时发生刚性冲击，圆 柱

12、销A进入与脱出径向槽时，槽 的中心线应与圆柱销中心的运动 圆周相切。n若外啮合槽轮2上均布的径向槽 数为z，则槽轮转动22时，主动 拨盘1的转角21为 称作槽轮运动角。26n在槽轮的一个运动循环内（只有一个圆柱销时主 动拨盘回转一周），槽轮运动时间t2与拨盘1的运 动时间t1之比称为运动系数。n当拨盘为等速回转时，这个时间比可以用转角比 来表示。n对于只有一个圆柱销的槽轮机构，t1和t2分别对 应拨盘1的转角2和槽轮2运动时对应的拨盘1转 角21，因此槽轮机构运动系数为（7-4） 在一个运动循环内槽轮停歇时间t2可由值按下式计算（7一5） 27要使槽轮2运动，必须使其运动时间t20， 故由式(

13、7-4)可得z2，即径向槽的数目z应大于2 ， 这样槽轮机构的运动系数0.5，也就是说这种 槽轮机构的运动时间总小于其停歇时间。 若拨盘上均布k个圆柱销，当其转动一周时，槽轮 将被拨动k次，则运动系数较只有一个圆柱销时增 加k倍，故 （7一6）28由上式知，槽数z3时，圆柱销数目kl5； 当z45时，kl3；当Z6时，A12。这样可使，O5，但只有当1时槽 轮2才能出现停歇，所以结合上式得（7一6）（7一7）29(2) 内槽轮机构n内槽轮机构的运动系数为：对于图715所示内槽轮机 构，圆柱销A进入与脱出径向 槽时同样应与径向槽相切， 因此槽轮2运动时间所对应的 拨盘1转角应为（78 ） 30当

14、z3时k2，说明这种槽轮机构圆柱销数量只 能有1个。由上式知，这种槽轮机构运动系数总大于05 。又因1时槽轮2才能出现停歇，所以 z2 ，即径向槽数目应为z3。如均布 k个圆柱销，槽轮 2运动仍应满足，即31n一、不完全齿轮机构的基本型式和工作原理n不完全齿轮机构有三种传动形式，即不完全内、外 啮合齿轮传动及不完全齿轮齿条传动。321、不完全齿轮机构的从动轮在一周转动中可作多次 停歇。因此，它能在较广的范围内得到应用。二、不完全齿轮机构的啮合特点图7-23332、主、从动轮进入和 脱离啮合时速度有突 变，冲击较大。因此 ，一般只适用于低速 轻载的工作条件。34n由于不完全齿轮的前接触段的 起始

15、点E与从动轮停歇的位置 有关，当两轮齿顶圆的交点C 在从动轮上第一个正常齿齿顶 点C的右面（参见图725）3、主动轮首、末齿齿顶需要修正，以解决 运动干涉。主动齿轮的齿顶被从动齿轮的齿顶挡住，不能进 入啮合，发生齿顶干涉。即时35n为避免干涉发生，可以将 主动轮齿顶降低，使两轮 齿顶圆交点正好是C点或 达不到C点。图725中 C点为主动轮首齿修顶后 的齿顶圆与从动轮齿顶圆 交点。n不完全齿轮的主动轮除首 齿齿顶修正外，末齿也应 修正，而其他各齿均保持 标准齿高，不作修正。 363从动轮的运动时间和停歇时间n不完全齿数z1l的主动 轮等速转动时，主动轮 转动=(1+2)角度 ，从动轮相应转过角度

16、 为。从动轮的运动时 间t2为： (7-15) 从动轮的停歇时间t2为 （716） 37n当主动轮不完全齿数z11时，从动轮的运动时 间与停歇时间只需在上述关系式加上相当于正 常齿轮啮合的（z1l）个齿的啮合时间即可， 其公式分别为式中z1为主动轮假想齿数，即轮齿布满节圆时的齿 数。末齿修顶后，将减小2角，从而影响从动轮的 运动时间与停歇时间。（717）（718）38为避免从动轮在开始运动和终止运动 时的速度突变所产生的冲击，可在两 轮上安装瞬心线附加杆，使从动轮的 速度平稳增加和平稳地减小。三、具有瞬心线附加杆的不完全齿轮机构图726中K、L为首齿进入啮合前 的瞬心线附加杆，接触点C为两 轮相对瞬心。此时39n传动中 C点渐渐沿中心线O1O2向二齿轮啮合 节点C移动，n如果开始运动时C与O1重合，2可由零逐渐 增