常用间歇机构的类型、特点

教学目标：

• 工农业生产中所用的自动机、半自动机上常用到将主动件的连续运动改变为从动件的周期性运动的间歇机构。本章主要介绍最常用的棘轮机构、槽轮机构，并简要介绍不完全齿轮机构、凸轮间歇运动机构、空间间歇运动机构。
• 通过本章的学习，要求读者了解这些常用间歇机构的类型、特点，了解其工作原理和必要的设计计算方法，以便在工程实际中能够分析选用。

教学重点和难点：

• 棘轮机构的特点及运动规律。
• 棘轮机构的主要参数和几何尺寸。
• 槽轮机构的特点及运动规律。
• 槽轮机构的主要参数和几何尺寸。

案例导入：

• 当主动件连续运动时，从动件出现周期性停歇状态的机构称为间歇运动机构。间歇运动机构在自动化机械中获得广泛应用，例如图1-1所示的自动组装机工作台的运动，由槽轮机构完成了间歇运动。在自动机床的进给机构、刀架的转位机构、包装机的送进机构和电影放映机构等也获得了广泛应用。通过本章的学习，将能够较正确地选用。

• 6.1 棘 轮 机 构
• 6.2 槽 轮 机 构
• 6.3 其他间歇运动机构
• 6.4 实训
• 6.5 习题

6.1 棘 轮 机 构

6.1.1 棘轮机构的组成和工作原理

6.1.2 棘轮机构的类型和应用

6.1.3 棘轮机构的主要参数和几何尺寸

6.1.1 棘轮机构的组成和工作原理

• 如图6-l所示，棘轮机构主要由棘轮、棘爪、摇杆和机架组成。棘轮2与轴相连接，驱动棘爪3与摇杆1组成转动副。摇杆空套在轴4上作往复摆动。当摇杆逆时针摆动时，使驱动棘爪3插入棘轮2的齿槽中，推动棘轮沿逆时针方向转过一定角度；当摇杆顺时针方向摆动时，驱动棘爪在棘轮的齿上滑过，此时，弹簧6迫使止回棘爪5插入棘轮的齿槽，阻止棘轮反转。因此，当摇杆作连续往复摆动时，棘轮得到单向间歇转动。

图6.1 棘轮机构

1—摇杆；2—棘轮；3—棘爪；4—轴；5—止回棘爪；6—弹簧

6.1.2 棘轮机构的类型和应用

• 棘轮机构的类型较多，分类方法也各不相同。按棘爪与轮齿的啮合方式分可分为外啮合方式和内啮合方式两种；按结构形式分可分为齿式和摩擦式两种；按运动形式分可分为单动式、双动式和双向式3种。下面介绍几种常见的棘轮机构。
• 1. 单动式棘轮机构
• 如图6-1所示的棘轮机构为单动式棘轮机构，其特点是当主动件往复摆动一次，棘轮只能单向间歇转动一次。
• 2. 双动式棘轮机构
• 图6-2(a)所示为直头双动式棘爪；图6-2(b)所示为钩头双动式棘爪。其特点是当主动件往复摆动时都能驱使棘轮向同一方向转动，但每次停歇的时间较短，棘轮每次的转角也较小。

• 3. 可变向棘轮机构
• 图6-3(a)所示为一种可变向棘轮机构，其棘轮轮齿为方形，通过改变棘爪的位置，棘轮可做变向的间歇运动。摇杆1往复摆动，当棘爪3处于图的实线位置时，棘轮2沿逆时针方向作间歇运动，当棘爪翻转到图的点划线位置时，棘轮将沿顺时针方向作间歇运动。
• 图6-3(b)所示为另一种可变向棘轮机构。摇杆1往复摆动，当棘爪3在图示位置时，棘轮2沿逆时针方向作间歇运动。若将棘爪连同定位销提起并绕自身轴线转180°后，再插入棘轮齿中，棘轮将作顺时针方向间歇运动；若将棘爪连同定位销提起绕自身轴线转90°后(此处无定位销孔)，再插入棘轮齿中，棘爪将被架在壳体顶部的平面上，使棘轮与棘爪分开，此时，当棘爪往复摆动时，棘轮静止不动。牛头刨床工作台的进给机构使用的就是这种机构。

• 4. 摩擦式棘轮机构
• 图6-4(a)所示为外啮合摩擦式棘轮机构；图6-4(b)所示为内啮合摩擦式棘轮机构。用摩擦轮代替棘轮，偏心摩擦块代替棘爪，通过摩擦力来传递运动，传动平稳无噪声，传动件转角可实现无级改变。其缺点是有时会出现打滑现象，因而不适合于有传动精度和传递转矩要求的场合。
• 棘轮机构结构简单、制造方便、运动可靠，棘轮轴每次转过的角度的大小可以在较大的范围内调节，广泛应用于各种自动机械和仪表中。其缺点是在运动开始和终止时都会产生冲击，而且运动精度较差，所以不宜用于高速机械和具有很大质量的轴上。棘轮机构除用于实现间歇运动外，也可用于防止机构逆转的停止器，如图6-5(a)所示，这种棘轮停止器广泛用于卷扬机、提升机等运输机设备中。图6-5(b)所示为牛头刨床进给机构中使用的可变向棘轮机构。

6.1.3 棘轮机构的主要参数和几何尺寸

名 称	符 号	计 算 公 式	备 注
模 数	m	m=d/z由强度计算或类比法确定，并选用标 准值	标准模数：1，1.5，2，3，3.5，4，5，6，8，10，12，14，16等

名 称	符 号	计 算 公 式	备 注
齿数	z	通常在12～60范围内选用
顶圆直径	da	da =mz
齿高	h	h=0.75m
根圆直径	df	df=d-2h
齿距	p	p=πd/z=πm
齿顶厚	a	a=m
齿槽夹角	θ	θ=60°或55°	根据铣刀的角度而定
棘爪工作高度	h1	当m≤2.5时，h1=h+(2～3)；当m=3～5时，h1=(1.2～1.7)m
棘爪尖顶圆角半径	r1	r1=2
棘爪底平面长度	a1	a1=(0.8～1)m

6.2 槽 轮 机 构

6.2.1 槽轮机构的工作原理

6.2.2 槽轮机构的主要参数和几何尺寸计算

6.2.1 槽轮机构的工作原理

图6-7 槽轮机构

1—拨盘；2—槽轮；3—圆销

6.2.2 槽轮机构的主要参数和几何尺寸计算

6.3 其他间歇运动机构

6.3.1 不完全齿轮机构

6.3.2 凸轮间歇运动机构

6.3.1 不完全齿轮机构

6.3.2 凸轮间歇运动机构

• 常用的凸轮间歇运动机构有4种形式。
• 1. 圆柱凸轮分度机构
• 如图6-10(a)所示，圆柱凸轮1带有沟槽或凸脊，从动盘3上装有若干圆柱销2，盘3轴线与凸轮1轴线形成90°的交错角。主动凸轮1通过螺旋沟槽推动圆柱销2，从而带动从动盘3作间歇运动。当凸轮转过沟槽曲面所对应的角度时，从动盘转过相邻二销所夹的中心角，其中z 为柱销数目，一般z＞6，甚至可高达60。当凸轮继续转过剩余角度(2-)时，从动件静止不动。这样，当主动凸轮连续或周期性转动时，从动盘做间歇转动，该机构可传递交错轴间的分度运动。凸轮沟槽曲面由从动盘的运动规律决定。该机构动力性能好，可传递较大的力矩。
• 2. 蜗杆凸轮间歇机构
• 如图6-10(b)所示，主动凸轮1上有一条凸脊如同蜗杆，故称其为蜗杆凸轮，凸脊曲面由从动件运动规律决定。从动盘3上均匀地安装圆柱销2，一般常用滚动轴承代替，并可采取预紧的方法消除间隙。凸轮1通过圆柱销2(即滚动轴承)来带动从动盘作间歇转动。这种机构可以通过改变凸轮与从动盘中心距的方法调整圆柱销与凸轮凸脊的配合间隙，借以补偿磨损。该机构动力性能好，可用于高速分度，圆柱销数目一般大于6。

6.4 实训

• 实验目的
• 了解槽轮机构的运动系数的含义。
• 了解槽轮机构槽数z的选择及其应用。
• 了解圆销出入口时，销中心和销轮中心及槽轮中心的几何关系。
• 实验内容
• 自动机的五工位的槽轮机构，每次停歇时间(即加工所需时间)为20s，试设计实现此运动要求的机构。
• 实训总结
• 通过实训了解间歇机构设计中应注意运动的冲击与锁止。之间系。

6.5 习 题

• 填空题
• (1) 典型的___________机构是以棘爪所在杆为主动件作___________而使从动___________作单向___________转动的机构。
• (2) 典型的___________机构是一个圆销的销轮单向连续运动，带动一个至少有___________均布径向直槽的___________作单向___________转动的机构。
• 选择题
• 自行车后轮轴上的小链轮结构中使用的是( )。
• A.槽轮机构 B.棘轮机构 C.不完全齿轮机构 D. 凸轮间歇运动机构
• 判断题
• (1) 棘轮机构、槽轮机构和凸轮机构一样都能实现从动件的往复运动。 ( )
• (2) 棘轮机构工作时，只能朝着一个方向间歇地转动。 ( )
• (3) 槽轮机构因运转中有较大动载荷，特别是槽数少时更为严重。所以，不宜用于高速转位的场合。 ( )
• 简答题
• (1) 棘轮机构和槽轮机构可实现怎样的运动转换？
• (2) 棘轮机构和槽轮机构各有何特点？分别适用于哪些场合？
• (3) 在牛头刨床的进给机构中，设进给螺旋的导程为5mm，而与螺旋固定连接的棘轮有28个齿，问该牛头刨床的最小进给量是多少？
• 实作题
• (1) 何谓槽轮机构的运动系数？为什么必须0<<1，有何意义？说明z为何不能小于3？
• (2) 在如图6-8所示的单销四槽的槽轮机构中，已知拨盘1转1圈，槽轮停歇时间为15s，求主动盘1的转速n1及槽轮在一周期内的运动时间。