第第4章章 常用步进传动机构设计常用步进传动机构设计§4－－1 棘轮机构棘轮机构§4－－2 槽轮机构槽轮机构§4－－3 不完全齿机构不完全齿机构§4－－4 凸轮式间歇运动机构凸轮式间歇运动机构广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 •定义：主动件做连续运动，从动件做周期性间歇性运动的机构称为间歇运动机构（步进机构）•思考:前面学过的机构中有那些可以实现间歇运动？•连杆步进输送机构，凸轮间歇机构广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 一、一、棘轮机构棘轮机构的组成及其工作原理的组成及其工作原理组成：组成：摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。
摆杆、棘爪、棘轮、止动爪§§4－－1 棘轮机构棘轮机构工作原理：工作原理：摆杆往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动摆杆往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动优点：优点：结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调缺点：缺点：工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差 适用于速度较低和载荷不大的场合适用于速度较低和载荷不大的场合棘轮棘轮类型类型按工作方式：按工作方式：按轮齿分布：按轮齿分布：按转角是否可调按转角是否可调: 固定转角固定转角、、可调转角可调转角轮齿棘轮轮齿棘轮、、 摩擦棘轮摩擦棘轮 演示模型外缘外缘、、 内缘内缘、、 端面端面棘轮机构棘轮机构单向单向、、双向运动双向运动棘轮机构棘轮机构二、棘轮机构的类型与应用二、棘轮机构的类型与应用按棘轮转向是否可调按棘轮转向是否可调:按工作原理分按工作原理分 :单动式单动式、、 双动式双动式棘轮机构棘轮机构调杆长摆角、加滑动罩广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云AB’B双向棘轮双向棘轮1 双动棘轮机构双动棘轮机构1双动棘轮机构双动棘轮机构2棘轮可双向运动棘轮可双向运动双向棘轮双向棘轮2 广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 设计：潘存云设计：潘存云可调转角的棘轮可调转角的棘轮023451φφ023451φφ调滑动罩调滑动罩牛头刨床进给调整机构牛头刨床进给调整机构通过调整杆长来调摆角通过调整杆长来调摆角广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云2113231324摩擦棘轮摩擦棘轮超越离合器超越离合器广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 设计：潘存云设计：潘存云ABCD运动特点：运动特点：轮轮齿齿式式棘棘轮轮工工作作时时噪噪音音大大且且转转角角为为步步进进可可调调，，但但运运动动准确。
而摩擦棘轮正好相反而摩擦棘轮正好相反应用：应用：在各类机床中实现进给、转位、或分度在各类机床中实现进给、转位、或分度实例：实例：止动器、牛头刨床、冲床转止动器、牛头刨床、冲床转 位、超越离合器（单车飞轮）位、超越离合器（单车飞轮）间歇转动间歇转动冲头冲头卸料工位卸料工位装料工位装料工位冲压工位冲压工位广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 设计：潘存云dao1Ao2Σ=Σ=90°°LprpnF三、设计要点三、设计要点要求在工作时，棘爪在要求在工作时，棘爪在Pn和和F的作用下，能自动滑入棘的作用下，能自动滑入棘轮齿槽Pn sinαα∵∵ F= Pn f 代入得：代入得：tanαα> f∴∴ αα>φφ当当 f=0.2 时，时，φφ＝＝11°30’ 通常取通常取αα＝＝20°αFtFr正压力正压力————Pn摩擦力摩擦力————F条件是两者对条件是两者对O2的力的力矩要满足如下条件：矩要满足如下条件：Mpn>MF将力分解成切向和径向分量将力分解成切向和径向分量M=tanφφ齿偏角齿偏角ααFcosαα>LLpt广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 棘轮几何尺寸计算公式棘轮几何尺寸计算公式模数模数m1、、1.5、、2、、2.5、、3、、3.5、、4、、5、、6、、8、、10 顶圆直径顶圆直径da da =mz 与齿轮不同 齿间距齿间距p P=ππm 齿高齿高h h=0.75m 齿顶弦长齿顶弦长a a=m棘爪工作面长度棘爪工作面长度a1 a1=(0.5~0.7)a 齿偏角齿偏角α αα α＝＝20°°棘轮宽棘轮宽b b=(1~4)m棘爪斜高棘爪斜高h1 、齿斜高、齿斜高h’ h1=h’ ≈≈h/cosα棘轮齿根圆角半径棘轮齿根圆角半径rf rf =1.5 mm棘爪尖端圆角半径棘爪尖端圆角半径r1 r1 =2 mm 棘爪长度棘爪长度L 一般取一般取 L=2pa1Lp60°~80°°hadaαo1o2 齿数齿数z 12~25 棘轮参数棘轮参数 计算公式或取值计算公式或取值h’h1rfr1齿槽角齿槽角设计：潘存云广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 设计：潘存云o2ωω1 1ω2§§4－－2 槽轮机构槽轮机构（马尔它机构）（马尔它机构）一、槽轮机构的组成及其工作特点一、槽轮机构的组成及其工作特点作用作用将连续回转变换为间歇转动。
将连续回转变换为间歇转动组成：组成：带圆销的拨盘、带有径向带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮拨盘和槽轮上都有锁槽的槽轮拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上的凸圆弧，起锁定作用的凸圆弧，起锁定作用特点：特点：结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，能平稳地、间歇地进行转位因槽轮运动过程中角速能平稳地、间歇地进行转位因槽轮运动过程中角速度有变化度有变化 ，不适合高速运动场合不适合高速运动场合o1工作过程：工作过程：拨盘连续回转，当两锁止拨盘连续回转，当两锁止弧接触时，槽轮静止弧接触时，槽轮静止.反之槽轮运动反之槽轮运动锁止弧锁止弧槽轮槽轮拨盘拨盘圆销圆销广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 设计：潘存云设计：潘存云设计：潘存云二、槽轮机构的类型与应用二、槽轮机构的类型与应用球面槽轮机构球面槽轮机构应用实例：应用实例： 电影放映机电影放映机、、 自动摄影机、自动摄影机、六角车床转塔六角车床转塔。
外啮合槽轮机构外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构槽轮槽轮机构机构类型类型轴线平行轴线平行轴线相交轴线相交放映机的反应用外啮合槽轮机构外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构球面槽轮机构球面槽轮机构o1o2ωω1 12φφωω2 2广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 六槽内槽轮六槽内槽轮拨盘拨盘六角车床转塔六角车床转塔圆销圆销车螺纹车螺纹41装牙膏装牙膏筒筒2 车帽口车帽口6卸牙膏筒卸牙膏筒5切尾切尾3 空闲空闲广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 三、槽轮机构的运动系数三、槽轮机构的运动系数1.运动系数运动系数拨盘等速回转，在一个运动循拨盘等速回转，在一个运动循环内，总的运动时间为：环内，总的运动时间为： t＝＝2π/ω2π/ω1 1定义：定义： τ=td / t 为运动系数，即：为运动系数，即： τ=td / t为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与拨销中为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与拨销中心连线成心连线成90°°角。
故有：角故有：2α2α1 12φ2φ2 2td＝＝2 2αα1 1/ω/ω1 1槽轮的运动时间为：槽轮的运动时间为：=2αα1 1/2ππ2αα1 1=ππ－－2 2φφ2 2=ππ－－(2π(2π/z)/z)= =2π(z-2)/2z2π(z-2)/2z代入上式ωω1 1ωω2 290°°90°°广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 将将2αα1 1代入得：代入得： ∵∵ τ>0τ>0可知：当只有一个圆销时可知：当只有一个圆销时τ=1/2-1/zτ=1/2-1/z如果想得到如果想得到τ≥0.5τ≥0.5的槽轮机构，则可在的槽轮机构，则可在拨盘上多装几拨盘上多装几个圆销，设装有个圆销，设装有n个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮被拨动槽轮被拨动n次。
故运动系数是单圆柱销的次故运动系数是单圆柱销的n倍，即倍，即: τ= n(1/2-1/z)1/2-1/z)∵ τ≤1∵ τ≤1∴ ∴ 槽数槽数 z≥3 z≥3 得：得：n≤2z/≤2z/ (z -2)z -2)提问：why k≤1？ 事实上，当k=1时，槽轮机构已经不具备间歇运动特性了τ =1/2-1/z =1/2-1/z≥≥71~20.36~1槽数槽数z圆销数圆销数n运动系数运动系数τ 3 1~6 1/6~1 4 1~4 0.25~1 5 、、6 1~3 0.3~1 即槽轮的运动时间总是小于其静止时间即槽轮的运动时间总是小于其静止时间< 0.5< 0.5当当z=4及及n=2时时说明此时槽轮的说明此时槽轮的运动时间运动时间和和静止时间静止时间相等τ=n(1/2－－1/z) = 0.5广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 1四、槽轮机构的几何尺寸计算四、槽轮机构的几何尺寸计算圆销半径圆销半径r 由受力大小确定由受力大小确定 r≈R/6中心距中心距L 由安装空间确定由安装空间确定回转半径回转半径R R=Lsinφφ=Lsin(ππ/z)槽顶半径槽顶半径s s=Lcosφφ=Lcos(ππ/z)槽深槽深h h≥≥s-(L-R-r)拨盘轴径拨盘轴径d1 d1≤≤2(L-s)槽轮轴径槽轮轴径d2 d2≤≤2(L-R-r)参参 数数 计算公式或依据计算公式或依据槽数槽数z 由工作要求确定由工作要求确定圆销数圆销数nsd1d2rr0槽顶侧壁厚槽顶侧壁厚b b=3~5 mm 经验确定经验确定b锁止弧半径锁止弧半径r0 r0=R-r-bRLh2广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 •从提高生产效率的观点，z小比较好，因为τ也相应减少，槽轮静止时间（一般为工作行程时间）增大，提高工作效率•从动力性能考虑，z大些比较好，因为槽轮角速度减少，可减轻震动和冲击，有利于槽轮正常工作。
•槽数z>9的槽轮机构比较少见，槽数过多，槽轮机构尺寸较大，转动时惯性力矩也增大当z>9时，槽数虽然增加，运动系数τ的变化不大，故z常取为4-8广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 •对于内槽轮机构，由于主动拨盘的圆销在槽轮完成一次转动所对应的转角总是大于π，所以内槽轮机构的圆销只能有一个•τ＝（z+2）/2z•由上式可知，内槽轮运动机构的运动系数τ总是大于0.5，而为保证槽轮有停歇时间，要求τ必须小于1，故槽轮槽数z≥3广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 •例：某自动机床装有均布双销六槽的外槽轮机构。
若主动件拨盘的转速为24r/min，求槽轮在一个运动循环中每次运动和停歇的时间•解：ω＝2πn/60＝0.8πrad/s•K＝2，z＝6，则τ＝K（z－2）/2z＝2/3•一个运动循环时间：t1＝2π/Kω＝5/4s•运动时间t2＝τ t1＝5/6s•静止时间t2 ’＝ t1- t2=5/12s广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 §§4－－3 不完全齿轮机构不完全齿轮机构 1.工作原理及特点工作原理及特点工作原理工作原理：在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运：在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间和停歇时间的要求在从动轮上做出与主动轮相动时间和停歇时间的要求在从动轮上做出与主动轮相啮合的轮齿。
其余部分为锁止圆弧当两轮齿进入啮啮合的轮齿其余部分为锁止圆弧当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止弧定位使从合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止弧定位使从动轮静止动轮静止优点：优点：结构简单、制造容易、工作可靠、从动轮运动结构简单、制造容易、工作可靠、从动轮运动 时间和静止时间的比例可在较大范围内变化时间和静止时间的比例可在较大范围内变化2.类型及应用类型及应用类型：类型：外啮合不完全齿轮机构、内啮合不完全齿轮机构外啮合不完全齿轮机构、内啮合不完全齿轮机构缺点：缺点：从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大冲击，故一般只用于低速、轻载场合冲击，故一般只用于低速、轻载场合广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 外啮合不完全齿轮机构外啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构内啮合不完全齿轮机构应用：适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。
应用：适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中如乒乓球拍周缘如乒乓球拍周缘铣削加工机床铣削加工机床、、蜂窝煤饼压制机蜂窝煤饼压制机等广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 设计：潘存云铣铣不完全齿轮不完全齿轮1乒乓球拍专用靠模铣床乒乓球拍专用靠模铣床123458976球球靠模凸轮靠模凸轮不完全齿轮不完全齿轮2广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 设计：潘存云瞬心线附加杆瞬心线附加杆蜂窝煤饼压制机蜂窝煤饼压制机退煤饼退煤饼填料填料填料填料锁止弧锁止弧锁止弧锁止弧使运动平稳压制压制不完全齿轮不完全齿轮广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 §§4－－4 凸轮式凸轮式间歇运动机构间歇运动机构 1工作原理及特点工作原理及特点圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间歇转圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间歇转动。
动特点：特点：从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状优点：优点：可通过选择适当的运动规律来减小动载荷、避可通过选择适当的运动规律来减小动载荷、避 免冲击、适应高速运转的要求定位精确、且免冲击、适应高速运转的要求定位精确、且 结构紧凑结构紧凑缺点：缺点：凸轮加工较复杂、安装调整要求严格凸轮加工较复杂、安装调整要求严格2类型及应用类型及应用类型：类型：圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆凸轮间歇运动机构圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆凸轮间歇运动机构广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 设计：潘存云R2圆柱凸轮间歇运动机构圆柱凸轮间歇运动机构蜗杆凸轮间歇运动机构蜗杆凸轮间歇运动机构牙膏灌浆机牙膏灌浆机应用：应用： 适用于高速、高精度的分适用于高速、高精度的分度转位机械制瓶机、纸烟、包装机、度转位机械制瓶机、纸烟、包装机、拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机等机械。
等机械封口封口灌浆灌浆广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 •连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和间歇运动机构是工程中最常用的几种基本机构•对于比较复杂的运动变换，某种基本机构单独使用往往难以满足要求因此，把若干种机构用一定的方式连接起来成为组合机构，以得到单个基本机构所不能具有的运动性能§4－－5 组合机构组合机构广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 •1.连杆—连杆•手动冲床，筛料机构广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 •2.凸轮—凸轮机构•双凸轮写字机构广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 •3.连杆—凸轮•连杆--凸轮组合机构广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 •4.凸轮—齿轮•凸轮－－齿轮组合机构广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 本本 章章 重重 点点1、掌握确定棘轮齿偏角的计算方法、掌握确定棘轮齿偏角的计算方法2、熟记槽轮运动系数与槽数、圆销个数之间的关系、熟记槽轮运动系数与槽数、圆销个数之间的关系广西工学院专用 作者： 潘存云教授 步进机构 。