机械设计基础 第6章 间歇运动机构与组合机构

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6.2.2棘爪工作条件 如图6-8，为使棘爪受力 最小，应使棘轮齿顶A和棘爪 的转动中心O2 的连线垂直与 棘轮半径。作用力有：正压 力Fn 和摩擦力F 。Fn 可分为 圆周力Ft和径向力Fr。力Fr使 棘爪落到齿根，力F 阻止棘 爪落向齿根，为了保证正常 工作，须使棘爪落到齿根而 又不致于与齿脱开。这就要 求轮齿工作面相对棘轮半径 朝齿体内偏斜一角度 ，称为 棘齿的偏斜角。
6.2.3 棘轮机构的使用特点 1．棘轮机构结构简单，容易制造。常用作防止转动 件反转的附加保险机构。 2．棘轮每次转角和动停时间比可调。常用于机构工 况经常改变的场合。 由于棘轮是在动棘爪的突然撞击下启动的，接触 瞬间，理论上是刚性冲击。故棘轮机构只能用于低速 的间歇运动场合。
6.3 不完全齿轮机构
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R
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d1
r
r

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A
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O2

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d2
s
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b
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图6-1 外啮合槽轮机构
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图6-2 内啮合槽轮机构
槽轮机构结构简单，效率高，运动平稳，因此在 自动机床转位机构、电影放映机卷片机构等自动机械 中得到广泛的应用。
6.1.2 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K。
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如图6-1所示。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A与槽轮发生撞击， 圆销进入或脱出径向槽的 瞬时，径向槽的中线应与 圆销中心相切，即O2A应 与O1A垂直。设z为均匀分 布的径向槽数，当槽轮2转 过22=2z弧度时，拨盘1 相应转过的转角为：
R
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d1
r
r

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R
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d1
r
r

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L
A
2
O2

h
d2
s
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b
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图6-1
因此，该槽轮机构的运动系数和静止系数分别为：
t' t 2 1 2


2 z z2 2z 1 2 1 z


2
（6-2） （6-3）

''

t' ' t

t t' t
1
z2 2z

1 2

1 z

K ( z 2)
（6-4）
2z 运动系数 还应当小于1（=1表示槽轮 2与拨盘 1一样作连续转动，不能实现间歇运动），故由上式 得：
K ( z 2) 2z
即
1
K
2z z2
由上式可知，当 z =3时，圆销的数目可为1~5，当 z=4 或 5 时，圆销数目可为1~3，而当 z > 6时，圆销的 数目为1或2。从提高生产效率观点看，希望槽数z小些 为好，因为此时 也相应减小，槽轮静止时间（一般为 工作行程时间）增大，故可提高生产效率。但从动力特 性考虑，槽数 z 适当增大较好，因为此时槽轮角速度减 小，可减小震动和冲击，有利于机构正常工作。但槽数 z > 9的槽轮机构比较少见。因为槽数过多，则槽轮机构 尺寸较大，且转动时惯性力矩也增大。另外，由式（63）可知，当z > 9时，槽数虽增加，运动系数的变化却 不大，故z 常取为4~8。
图6-9所示为不完全 齿轮机构。主动轮1为只 有一个齿或几个齿的不完 全齿轮，从动轮2可以是 普通的完整齿轮，也可以 由正常齿和带锁住弧的厚 齿彼此相间地组成（图69a,b）。当主动轮1的有 齿部分作用时，从动轮2 就转动；当主动轮1的无 齿圆弧部分作用时，从动 轮停止不动，因而当主动 轮连续转动时，从动轮获 得时转时停的间歇运动。
2
K L
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图6-9C
不完全齿轮机构有外啮合和内啮合（图6-10）两 种型式，一般用外啮合型式。
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(单击打开) 图6-10 内啮合不完全齿轮机构
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不完全齿轮机构与其他间歇运动机构相比，它的 结构简单，制造方便，从动轮的运动时间和静止时间 的比例不受机构结构的限制。缺点是从动轮在转动开 始和终止时，角速度有突变，冲击较大，故一般只适 用于低速或轻载场合。 不完全齿轮机构常用于多工位自动机和半自动机 工作台的间歇转位及某些间歇进给机构中。
为保证槽轮运动，其运动系数应大于零。由式（62）可知，槽轮的径向槽数z 应等于或大于3。由式（6-2） 还可以看出，这种槽轮机构的运动系数 恒小于0.5，即 槽轮的运动时间 t总小于静止时间t。
欲使槽轮机构的运动系数 大于0.5，可在拨盘上装 数个圆销。设拨盘上均匀分布的圆销数为K，当拨盘转 一整周时，槽轮将被拨动K次。因此，槽轮的运动时间 为单圆销时的K倍。即：
L
A
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O2

h
d2
s
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b
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2 1 2 2
2 z
图6-1
（6-1）
在一个运动循环内，槽 轮2的运动时间 t 与主动拨盘 转一周的总时间t 之比，称为 槽轮机构的运动系数。用 表 示。槽轮停止时间 t与主动 拨盘转一周的总时间t之比， 称为槽轮的静止系数，用 表示。当拨盘匀速转动时， 时间之比可用槽轮与拨盘相 应的转角之比来表示。如图 6-1所示，只有一个圆销的槽 轮机构，t、t、t分别对应于 拨盘的转角为21、（221）、2。
C 3 2 B 1 A G 6 E 5
D F
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图6-11 手动冲床中的复合铰链机构
图6-12所示为筛料机主题机构的运动简图。这个 六杆机构也可看成由两个四杆机构组成。第一个是由 原动曲柄1、连杆2、从动曲柄3和机架6组成的双曲柄 机构；第二个是由曲柄3（原动件）、连杆4、滑块5 （筛子）和机架6组成的曲柄滑块机构。
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图6-12 筛料机机构的复合连杆机构
6.4.2 凸轮—凸轮机构
图6-13所示为双凸轮机构，由两个凸轮机构协调配 合控制十字滑块3上一点M准确地描绘出虚线所示预定的 轨迹。
y ω1 1 3 2 4 x ω5 5
图6-13
双凸轮机构
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6.4.3 连杆—凸轮 凸轮连杆机构的形式很多，这种组合机构通常用 于实现从动件的预定的运动轨迹和规律。 主动曲柄OA回 转时，B点强制在凸 轮凹槽中运动，从 而使托杆达到图示 运动规律，托包时 慢进，不托包时快 退，以提高生产效 率。因此，只要把 凸轮轮廓线设计得 当，就可以使托杆 达到上述要求。
6.4 组合机构
下面介绍几种常见的组合机构。
6.4.1 连杆—连杆
如 图 6-11 所 示 的 手 动 冲床是六杆或由两个四杆机 构组成。一个是原动件（手 柄）1、连杆2、从动摇杆3 和机架4组成的双摇杆机构； 另一个是由摇杆3、小连杆5、 冲杆6和机架组成的摇杆滑 块机构。采用六杆机构，增 大了冲杆的作用力。
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图6-3 外啮合棘轮机构
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棘轮机构还可以作成内啮合形式（图6-4）
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图6-4
内啮合棘轮机构
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移动棘轮（即棘条）形式（图6-5），其工作原 理和外啮合棘轮机构类似。
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图6-5 棘条机构
如图6-6所示为摩擦 式棘轮机构，当摆杆1作逆 时针转动时，利用楔块2与 摩擦轮3之间的摩擦产生自 锁，从而带动摩擦轮3和摆 杆一起转动；当摆杆作顺 时针转动时，楔块2与摩擦 轮3之间产生滑动。这时由 于楔块4的自锁作用能阻止 摩擦轮反转。这样，在摆 杆不断作往复运动时，摩 擦轮3便作单向的间歇运动。 图6-6 摩擦棘轮机构
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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棘轮机构除了常用于 实现间歇运动外，还能实 现超越运动。如图6-7所示 3 为自行车后轮轴上的棘轮 2 机构。当脚蹬踏板时，经 3 链轮1和链条2带动内圈具 有棘齿的链轮3顺时针转动， 5 再通过棘爪4的作用，使后 4 轮轴5顺时针转动，从而驱 使自行车前进。当自行车 前进时，如果令踏板不动， 图6-7 超越式棘轮机构 后轮轴5便会超越链轮3而 转动，让棘爪4在棘轮齿背 上划过，从而实现不蹬踏 板的自由滑行。
x 慢托快退 30° A 120° 60° 180° L B O φ h
（a)
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（b)
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(单击打开) (单击打开) 图6-14 巧克力包装机托包用的凸轮连杆机构
6.4.4 连杆—棘轮 图6-15所示为连杆与棘轮两个基本机构组合而成 的组合机构。棘轮的单向步进运动是由摇杆3 的摆动通 过棘爪4推动的，而摇杆的往复摆动又需要由曲柄摇杆 机构ABCD来完成，从而实现了输入构件（曲柄1）的 等角速度回转运动转换成输出构件（棘轮5）的步进转 C 2 动。 4
E 5 D F
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B A
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图6-15 连杆－棘轮组合
6.1 槽轮机构
6.1.1 槽轮机构的工作原理 槽轮机构又称马尔他机构，由槽轮、装有圆销的 拨盘和机架组成。如图6-1所示，拨盘做匀速转动时， 驱动槽轮作时转时停的间歇运动。当圆销未进入轮槽 时，槽轮静止。圆销进入轮槽时，锁止弧松开，槽轮 转动；当圆销离开槽时，槽轮又被拨盘的外锁止槽卡 住，槽轮静止。直到圆销A在进入槽轮另一径向槽时， 两者又重复上述的运动循环。 槽轮机构有两种基本型式：一种是外啮合槽轮机 构，如图6-1所示，另一种是内啮合槽轮机构，如图6-2 所示。