《机械设计基础》第八章 间歇运动机构

因运动系数不可能大于1，即
1 1 n( ) 1 2 z
2z 由此得槽数z与圆销数n的关系： n≤ z2
槽 数z 圆销数 n
3 1~6
4 1~4
5、 6 1~3
7、 8 1~2
三、槽轮机构的特点和应用
优点：结构简单，工作可靠，能准确控制转动的角度。常用于要求 恒定旋转角的分度机构中。
第八章
间歇运动机构
(intermittent mechanism)
§8-1 棘轮机构
(ratchet mechanism)
一、棘轮机构的工作原理
组成构件： 摇杆1、棘爪4、棘轮3、止动爪5、机架2
为保持棘爪、止动爪与棘轮始终接触，可
在其旁边增设弹簧。 棘轮固联在轴O上，其轮齿分布在轮的外
A 4 1 n
四、棘轮机构的特点及应用
有齿的棘轮机构运动可靠，从动棘轮容易实现有级调节，但是有噪声、 冲击，轮齿易摩损，高速时尤其严重，常用于低速、轻载的间歇传动。 起重机、绞盘常用棘轮机构使提升的重物能停在任何位置，以防止由 于停电等原因造成事故。
§8-2 槽轮机构
(geneva mechanism)
一、槽轮机构的工作原理
槽轮的形式
二、槽轮机构的主要参数
槽轮机构的主要参数是：槽数z和拨盘圆销数n 为了使槽轮2在开始和终止转动时的瞬时 角速度为零，以避免圆销与槽发生撞击，圆 销进入或脱出径向槽的瞬时，槽的中心线O2A 应与O1A垂直。 设z为均匀分布的径向槽数目，则槽轮2转 过2φ2=2π/z弧度时，拨盘1的转角2φ1将为
21 22
2 z
在一个运动循环内，槽轮2的运动时间td 对拨盘1的运动时间t之比值τ称为运动特性系 数。
当拨盘1等速转动时，这个时间之比可用转角之比来表示。对于只有 一个圆销的槽轮机构，td和T分别对应于拨盘1转过的角度2φ1和2π。因此 其运动特性系数τ为

td 21 T 2
凸轮1呈圆柱形，滚子3均匀分布在 转盘2的端面，滚子中与转盘中心的距离 等于R2。当凸轮转过角度δt时，转盘以某 种运动规律转过的角度δ2max=2π/z（式中z 为滚子数目）；当凸轮继续转过其余 （2π－δt）时，转盘静止不动。当凸轮继 续转动时，第二个圆销与凸轮槽相作用， 进入第二个运动循环。这样，当凸轮连 续转动时，转盘实现单向间歇转动。这 种机构实质上是一个摆杆长度等于R2、 只有推程和远休止角的摆动从动件圆柱 凸轮机构。 其设计方法与圆柱凸轮机构的设计 相同。
n 3 2
O 5 B
改变原动件的结构形状，可得到如图所示的双动式棘轮机构。 原动件往复摆动时都能使棘轮沿同一 方向转动。 棘爪可制成带钩头的或直的。
当棘轮轮齿制成方形时，成为可变向 棘轮机构。 其特点是当棘爪在实线位置时，棘 轮将沿逆时针方向作间歇运动；当棘爪 翻转到虚线位置时，棘轮将沿顺时针方 向作间歇运动。
当棘轮直径无穷大时，棘轮机 构变成棘齿条机构。输出单向间歇 直线运动。
如图所示是通过棘爪1与棘轮2之间的摩擦力来传递运动的（3为制 动棘爪），故又称为摩擦式棘轮机构。这种机构在传动过程中很少发 生噪声，但其接触表面间容易发生滑动。
棘轮机构除了实现间歇运动外，还能实现超越运动。如图 所示为自行车后轮轴上的棘轮机构。 当脚蹬踏板时，经链轮1和 链条2带动内圈具有棘齿的链轮 3顺时针转动，再通过棘爪4的 作用，使后轮轴5顺时针转动， 从而驱使自行车前进。自行车 前进时，如果令踏板不动，后 轮轴5便会超越链轮3而转动， 让棘爪4在棘轮齿背上滑过，从 而实现不蹬踏板的自由滑行。
缺点：①对一个已定的槽轮机构来说，其转角不能调节。 ②在转动始、末，加速度变化较大，有冲击。
应用：应用在转速不高，要求间歇转动的装置中。 电影放映机中，用以间歇地移动影片。 自动机中的自动传送链装置。
§8-3 不完全齿轮机构
（不完全齿轮机构是由齿轮机构演变而来的一种 步进传动机构，也有内外啮合之分。 根据工作要求的运动时间与停歇时间的长短， 在主动轮上只加工一部分齿，相应地在从动轮上加 工出若干组与之相啮合的轮齿，各组之间是一个齿 顶做成锁止凹弧的厚齿。 当主动轮回转时，从动轮作间歇回转运动。 在从动轮停歇期间，两轮轮缘的锁止弧S1和S2 起定位作用，以防止从动轮游动。 图中，主动轮1上由4个齿，从动轮2上分别由四个运动段和四个停歇 段与其对应啮合。主动轮每转一圈，从动轮间歇地转1/4圈。
组成构件：
带有圆销的主动拨盘1、具有径向槽 的槽轮2、机架 若带圆销的主动拨盘1连续回转，当 圆销尚未进入槽轮2的槽内时，由于槽轮 上的内凹锁止弧n－n被拨盘的外凸锁止 弧m－m卡住，故槽轮不动。 当圆销入槽时，正好锁止弧被松开， 拨盘带动槽轮转动。 当圆销从另一边离开径向槽时，锁 止弧又被卡住，槽轮停止转动直到下次 圆销入槽。 如此循环，输出单向的间歇运动。
二、蜗杆形凸轮间歇运动机构
凸轮形状如同圆弧面蜗杆一样， 滚子均匀地分布在转盘的圆柱面上， 犹如蜗轮的齿。 这种间歇机构可通过调整凸轮 与转盘的中心距来消除滚子与凸轮 接触面间的间隙以补偿磨损。 凸轮间歇运动机构的优点： 运动可靠、传动平稳、定位精度高， 适用于高速转动，转盘可实现任何 运动规律，还可用改变凸轮推程运 动角来得到所需要的转盘转动与停 歇时间的比值。
缘，原动件（摇杆）空套在轴O上。
当摇杆1逆时针方向摆动时，与它相联的 棘爪4便借助弹簧或自重的作用插入棘轮的齿 槽内，使棘轮随着转过一定的角度。当摇杆顺 时针摆动时，棘爪在棘轮齿背上滑过。这时， 弹簧迫使止动爪5插入棘轮的齿槽，阻止棘轮 顺时针方向转动，故棘轮静止不动。当原动件 连续地往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动。
如图所示为另一种可变向棘轮机构。 当棘爪在图示位置时候，棘轮将沿逆时 针方向作间歇运动。 若将棘爪提起并绕本身轴线转180°后 再插入棘轮齿中，则可实现沿顺时针方向的 间歇运动。 若将棘爪提起并绕本身轴线转90°后放 下，架在壳体顶部的平台上，使轮与爪脱开， 则棘爪往复摆动，棘轮都静止不动。 上述棘轮机构，棘轮的转角都是相邻两 齿所夹中心角的倍数，也就是说，棘轮的转 角是有级性改变的。如果要实现无级性改变， 就需要采用无棘齿的棘轮。
§8-5 组合机构
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实 际生产过程的需要，因此，把若干种基本机构用一定方式联接起来称为 组合机构，以便得到单个基本机构所不能具有的运动性能。
一、齿轮连杆机构
如图所示是一个由齿轮机构和一个曲柄 滑块机构组合而成的齿轮连杆机构
二、双联凸轮机构
如图所示是两个凸轮机构和一个双滑块机 构组合而成的凸轮连杆机构。它利用两个滚子 从动件各自的运动规律，来控制十字滑块x和y 方向的运动，使E点准确地实现预定的运动轨 迹y＝y（x）
三、凸轮连杆机构
如图所示是一个由凸轮机构和一个曲柄滑块机构组合而成的凸轮连 杆机构。 曲柄1可以在滑块4种相对滑动。 当滚子沿凸轮槽运动时，曲柄长度AB不断发生变化。只要设计合适 的凸轮轮廓，就可使滑块3获得预期的运动规律。

2 z 1 1 z2 2 2 z 2z
为保证槽轮运动，τ>0，∴z≥3。但槽数z=3的槽轮机构，由于槽轮的
角速度变化很大，圆销进出径向槽的瞬时，槽轮的角加速度也很大。会引起 较大的振动和冲击，故很少应用。
τ=0，槽轮始终不动。
1 1 若拨盘上有多个圆销，则 n( ) 2 z
二、棘轮工作条件
为了使棘爪受力最小，应使棘轮齿顶A和棘爪的转动中心O2的连线垂 直于棘轮半径O1A，即∠O1AO2＝90º 。
轮齿对棘爪作用的力： 正压力F、摩擦力Q 当棘轮偏斜角为φ时，力F有使棘爪 逆时针转动落向齿根的倾向；摩擦力阻 止棘爪落向齿根。 为了保证棘轮正常工作，必须 使棘爪能顺利落到齿根，这就要求 力F对O2的力矩大于Q对O2的力矩。
不完全齿轮机构结构简单，制造容易，工作可靠，输出运动的适应间歇 范围大。但进入和脱离啮合时刚性冲击较大，尤其是进入啮合时候，常需采 取措施（如设瞬心线附加杆）加以控制。故不完全齿轮机构一般只宜用于低 速、轻载场合。
§8-4 凸轮间歇机构
(cam intermittent mechanism)
一、圆柱形凸轮间歇运动机构
FL sin QL cos
Q f F ，f tg
tg tg

ρ——齿与爪之间的摩擦角
三、棘轮、棘爪的几何尺寸
选定齿数z和按照强度要求确定模数m之后，棘轮和棘爪的主要几何尺 寸可按以下经验公式计算：
顶圆直径 D＝mz 齿 高 齿 顶 厚 齿槽夹角 棘爪长度 h＝0.75m a=m θ=60°或55° L＝2πm