第六章 间歇运动机构

 

第六章 间歇运动机构

§6-1 间歇运动机构设计的基本问题

间歇运动机构：能够将主动件的连续运动转换成从动件有规律的运动和停歇的机构。

常用于机床、自动机和仪器中，实现原料送进、成品输出、制动、分度、转位、步进、擒纵、超越、换向或单向运动。

间歇运动机构在设计中的基本要求：

一、对从动件动、停时间的要求

动停时间比

：从动件在一个运动周期中的运动时间（对应于机床的转位、送进等辅助时间）。

：从动件在一个运动周期中的停歇时间（往往是机床进行工艺加工的时间）。

从动件动、停位置的要求

根据工作要求选择从动件运动行程（简称动程）的大小，并注意从动件停歇位置的准确性。

三、对间歇运动机构动力性能的要求

尽量保证间歇运动机构动作平稳、减小冲击，尤其要减小高速运动构件的惯性负荷，注意合理选择从动件的运动规律。

　

§6-2 棘轮机构

棘轮机构的组成和工作原理

　

　

　

　

　

　

1、组成： 由棘轮、主动棘爪、止回棘爪和机架组成

2、工作原理：靠主动棘爪带动棘轮完成间歇转动，止回棘爪阻止棘轮反转。

棘轮机构的类型和工作特点

1、按结构分类

齿式棘轮机构

特点：

优点：结构简单、制造方便；运转准确、运动可靠；主、从动关系可互换；动程可在较大范围内调节；动停时间比可通过选择合适的机构来实现。

缺点：动程只能作有级调节；棘爪在齿背上滑行引起噪音、冲击、磨损，不宜用于高速。

摩擦式棘轮机构

　

　

　

　

　

　

　

　

（以偏心扇形块代替棘爪、以无齿摩擦轮代替棘轮）

特点：

优点：传动平稳、无噪音；传动扭矩较大；动程可无级调节；但但由于靠摩擦力传递载荷，由此可起超载保护作用。

缺点：传动精度不高，适用于低速、轻载的场合。

2、按啮合方式分类

外啮合方式

棘爪或楔块均安装在棘轮的外部

内啮合方式

棘爪或楔块均安装在棘轮的内部

3、按运动形式分类

从动件作单向间歇转动 从动件作单向间歇转动

　

　

　

　

　

　

双动式棘轮机构

特点：与单动式棘轮机构相比，结构紧凑、承载较大。

双向式棘轮机构

特点：可以实现两个方向的间歇传动

　

　

　

　

　

　

　

棘轮机构的功能

1、间歇送进

：在牛头刨床中，通过棘轮机构实现工作台间歇送料功能。

2、制动

：在卷扬机中，通过棘轮机构实现制动功能，防止链条断裂时卷筒逆转。

3、转位、分度

　

　

　

　

　

　

　

：在手枪盘中，通过棘轮机构实现转位、分度功能。

4、超越离合

：在车床中，以棘轮机构作为传动中的超越离合器，实现自动进给和快、慢速进给功能。

棘轮机构的设计

1、几何尺寸的设计

齿面倾斜角的选取

齿面倾斜角:棘轮齿面与径向线所夹的角

爪轴心位置角

：棘爪轴心与顶点A的连线O₁A与过点A的齿面法线的夹角

为保证棘爪在推动棘轮时能始终紧压齿面滑向齿根部，应使棘齿对棘爪的法向反作用力N对轴的力矩大于摩擦力（沿齿面）对轴的力矩：

则

因为

所以

即

为棘爪与棘轮齿面间的摩擦系数，一般取。

*棘爪能顺利滑向齿根部的条件为：棘爪轴心位置角应大于摩擦角，即棘轮对棘爪的总反力R₂₁的作用线与连心线O₁O₂的交点K应在O₁、O₂之间。

*为使棘爪受力尽可能小：取，即

当时，，为锐角齿形。

*当棘轮齿受力较大时，为保证齿的强度：可取，甚至取的直角或钝角齿形。

模数的选取

棘轮和齿轮一样用模数来衡量其棘齿大小，标准值见表6-1。

齿数的选取

根据棘轮要求的最小转角来确定，即

或

主要几何尺寸计算

　

　

　

　

　

　

　

　

　

　

棘轮的主要几何尺寸见表6-1及图6-12。

2、动程和动停比的调节方法

　

　

　

　

　

改变棘爪的运动

调节滑块位置可改变曲柄长度，调节螺母可改变连杆AB长度，调节销在槽内的位置可改变摇杆的长度，从而改变棘爪的运动，改变动停比。

改变棘轮遮板的位置

　

　

　

　

　

通过调整遮板的角度，改变棘轮的转向。

§6-3 槽轮机构

槽轮机构的组成和工作原理

1、组成：具有圆柱销的主动轮1、具有直槽的从动轮2和机架组成。

2、工作原理

主动销轮1顺时针等速连续转动

圆销A未进入径向槽时：槽轮上内凹的锁止弧被销轮外凸的锁止弧锁住而静止；

当圆销A开始进入径向槽时：和弧脱开，槽轮2在圆销A的驱动下逆时针转动；

当圆销A开始脱离径向槽时：槽轮因另一锁止弧又被锁住而静止，从而实现从动槽轮的单向间歇转动。

槽轮机构的类型

1、平面槽轮机构

外槽轮机构

特点：外啮合式的槽轮机构，主、从动轮的转向相反。

内槽轮机构

　

　

　

　

　

　

　

特点：内啮合式的槽轮机构，主、从动轮的转向相同。与外啮合式的槽轮机构相比，内啮合式的槽轮机构停、动较平稳，停歇时间短，所占空间小。

2、空间槽轮机构

特点：空间槽轮机构传递相交轴的运动

特点和应用

1、特点

优点：

结构简单，制造容易，工作可靠，能准确控制转角，机械效率高。

　

　

　

　

　

　

缺点：动程不可调节，转角不可太小，销轮和槽轮的主、从动关系不能互换，起、停有冲击，随着转速的增加或槽数的减少冲击加剧，不适宜于高速。

与棘轮机构相比：工作平稳性较好

2、应用

机构一般用于转速不很高的自动机械或仪器仪表中，实现间歇送进或转位功能。

例 影放映机

六角车床转塔刀架

钟表齿轮冲击机

设计要点

1、槽数和圆销数的选择

槽轮机构的运动系数：

槽轮机构中，当主动销轮回转一周时，从动槽轮运动时间与主动销轮运动时间之比。

外槽轮机构

（对单圆销）

为避免槽轮2在起动和停歇时产生刚性冲击，圆销A进入和退出径向槽时，应保证径向槽的中心线切于圆销中心的运动圆周，则：

故

* 由于 且。

*使，即使，可在销轮上安装多个圆销。

设均匀分布的圆销数为，且各圆销中心离销轮中心等距，则

由于，故 （与关系）

内槽轮机构

由以上两式，，当径向槽数时，圆销数。

2、基本参数的设计

根据槽轮转角要求选定槽数；

根据载荷和结构尺寸选定中心距和圆销A的半径；

其余运动和动力参数按表6-3设计

3、改善槽轮机构运动性能的设计

　

　

　

　

　

　

　

　

　

槽轮机构的运动性能，通常可以用或来衡量，从图6-19和6-14运动和动力特性曲线可见，随着槽数的增加，运动趋于平稳，动力特性也得到改善。但槽数过多将使槽轮体积过大，产生过大的惯性力矩，也不利于平稳传动。一般设计中，取。

　

　

　

　

　

　

槽轮机构中的锁止弧能使槽轮在停歇过程中保持静止，但定位精度不高，自动化机床或精密机械和仪表中应设计专门的精确定位装置。

　

§6-4 凸轮式间歇运动机构

一、凸轮式间歇运动机构的组成

组成：主动凸轮、从动转盘和机架组成

二、类型和工作原理

1、圆柱凸轮间歇运动机构

　

　

　

　

　

　

　

主动凸轮1上的圆柱面上有一条两端开口、不闭合的曲线沟槽或凸脊，从动转盘2的端面上有均匀分布的圆柱销3。当凸轮转动时，其曲线沟槽或凸脊拨动从动转盘2上的圆柱销，使从动转盘2作间歇运动。

2、蜗杆凸轮间歇运动机构

其主动凸轮1上有一条凸脊，犹如圆弧面蜗杆，从动转盘2的端面上有均匀分布的圆柱销3，犹如蜗轮的齿，当凸轮转动时，其凸脊拨动从动转盘2上的圆柱销，推动从动转盘2作间歇运动。

三、特点和应用

1、特点

优点：

结构简单、运转可靠、转位精确，无需专门的定位装置，易实现工作对动程和动停比的要求。适当选择从动件运动规律和凸轮轮廓曲线，可减小动载荷和避免冲击，以适应高速运转的要求，这是其不同于棘轮机构、槽轮机构的最突出优点。

缺点：精度要求较高，加工比较复杂，安装调整比较困难。

2、应用

在轻工机械、冲压机械等高速机械中用作高速、高精度的步进进给、分度转位等机构，如高速冲床、灯泡封气机、糖果包装机、多色印刷机等。

四、设计要点

1、动、停时间比的确定

设凸轮转一周的时间为，凸轮沟槽中螺旋角不为零的曲线段所对应的角度为，则从动转盘

运动时间

静止时间

设计时改变角即可改变动、停比。

2、圆柱销数的选取

过少会产生凸轮与圆柱销的干涉，对单头廓线的凸轮，。

3、基本参数设计

凸轮曲线的升程

升程与转盘2上相邻两圆柱销的中心距应相等，即

圆柱销中心的回转半径

2：为动程角，

圆柱销直径

为保证传动精度，与沟槽宽度相等。

凸轮廓线直线段宽度

为保证传动件在停歇阶段可靠定位，应使两圆柱销同时与凸轮廓线的直线段接触，直线段宽度应等于两圆柱销面间的距离，即：

凸轮平均半径

当升程和圆柱销数确定后，的大小直接影响凸轮廓线的压力角。若压力角超过许用值，应加大凸轮平均半径。

中心距

§6-5 不完全齿轮机构

一、组成和工作原理

组成：

主、从动齿轮和机架

工作原理

由一般的渐开线齿轮机构演变而来，区别在于齿轮的轮齿不布满整个圆周。

　

　

　

主动轮1上有1个或几个轮齿，其余部分为外凸锁止弧；从动轮2上有与主动轮1的轮齿相应的齿间和内凹锁止弧相间布置。

二、类型

外啮合式

内啮合式

　

　

　

　

　

　

不完全齿轮齿条机构

特点和应用

1、特点

优点：

设计灵活，从动轮的运动角范围大，很容易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动。

缺点：加工复杂；在进入和退出啮合时速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于高速转动；主、从动轮不能互换。

2、应用

常用于多工位、多工序的自动机械或生产线上，实现工作台的间歇转位和进给运动。

如：蜂窝煤制煤机中通过不完全齿轮机构实现间歇送进功能

　

　

　

　

灯泡抽气机中通过不完全齿轮机构实现间歇转位功能

设计要点

1、主动轮首、末齿齿顶需降低,以避免齿顶干涉

2、改善从动轮动力特性的措施

加瞬心线附加板，减小啮入啮出阶段的冲击