齿式棘轮机构的精确设计
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机械科学与技术1993年第6
期
齿式棘轮机构的精确设
计
钱瑞明
(东南大学邮编210018)
关键词棘轮机构问歇转动
一前言齿式棘轮机构是一种通过装于定轴转动摇杆上的棘爪推动棘轮作一定角度间歇转动的机构它在自动送进机构及需分度转位的多工位专用设备中已得到广泛应用棘轮的齿形有多种单向驱动的棘轮机构大都采用不对称梯形齿(如图j所示)为使棘爪能顺利进入棘轮齿槽摇杆的摆角应大于棘轮转角这就决定了棘爪摇杆的运动必存在空程所以当将其用于控制工作盘的间歇精确转位时需加定位装置而不能旧止回棘爪进行定位防止棘轮逆转橄翰衬}、设计的需要例如棘轮齿面倾角a(图l)是通过作图法确定的由于a的大小不仅影响摇杆空程角的大小及棘爪能否顺利进入棘轮齿槽并压紧齿根而且是加工棘轮时调整铣刀位置的依据所以图解法难以满足精度要求另外现有设计资料中均未给出确定棘爪工
作面倾斜角叭图3)的计算方法尤其是缺少考虑棘爪顶部圆角时棘爪的外形设计及棘爪
开始推动棘轮时两者相对位置关系的计算公
式从而给棘爪零件及整个机构的精确运动
设计带来了不便本文旨在通过对齿式棘轮
机构运动过程的深入分析提出运动参数的
精确计算方法为棘轮棘爪零件的设计及加工提供依据
二确定棘轮齿面倾斜角的解析法如图1所示当选定模数1n齿数:齿顶厚。齿高h齿槽角。后棘轮的齿形即完全确定构成齿槽的两面应汇交于根圆且其夹角为8由几何学可知两齿面与根圆的交点
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位于经AB两点且圆周角为0的圆上现有资料即据此通过作图确定E点位置进而量出齿面倾斜角a下面给出E点位置及a角的精确计算公式设过AB两点且圆周角为0的圆的圆心位于尸点E点即为该圆与根圆的交点建立坐标系则E点坐标满足下列关系
关于齿式棘轮机构的设计现有机械设计手册仅给出一些基本参数的选择方
法及基
本计算公式不能满足工程设计尤其是精确
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如图2所示若不考虑棘轮齿根圆角齿
顶圆角及棘爪顶部圆角时」蜘应为棘爪尖点从与棘轮齿顶A点接触到与齿根E点接触摇杆的转角即J宁、加~乙AOI姚+乙Ec)IA一乙EOI
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并啮紧不脱a角应满足摩擦条件一般应有a妻
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加工时若刀具按以上计算数据调整倾
角则由于加工圆角:的存在实际根圆半径比理论值,,大即齿高缩短若齿根圆角的圆心为03则实际根圆半径和实际齿高为弓~0103一,忍~r一朴(5
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图2若考虑棘轮齿根圆角,齿顶圆角;.l及
棘爪顶部圆角::则摇杆的一个极限位置对应于棘爪顶部圆弧与棘轮接触于齿顶圆弧
如图3所示虚线位置此时
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三摇杆最小空程角的计算一个送进运动过程中摇杆往复摆动的最小角度与棘轮转角之差称为最小空程角
抑rni通过对」汽的计算不仅可确定摇杆应
有的最小摆角并可估计当用止回棘爪进行单向定位防止棘轮逆转时所能达到的精度要求当棘轮每次只转过一个齿时」外i的计算如卜
棘爪顶部进入棘轮齿槽后(如图3实线
位置)对应于空程结束时刻棘爪顶部圆弧
与齿槽相切于MN两点故」叨m一乙05010乏+匕月OIE一乙AO、0
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一起运动时棘爪工作面理论上应与棘轮对
应齿面完全贴合故有
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式中匕刃夕今01和乙。,酬;Onz均可由余弦定理求得山口:,:即可确定非工作面的倾斜角及位置
图3为保证棘爪能顺利进入棘轮齿槽摇杆
摆角必须异甲+」沪m~
四棘爪外形尺寸的确定如图3所示棘爪零件外形设计的关键是确定工作面的倾斜角刀及该面相对于棘爪转动中心。:的距离习而现有设计资料中均未提供确定。万的方法和公式从而给棘爪零件的精确设计带来不便
五算例
某专用设备用一齿式棘轮机构实现单
向间歇转位已知棘轮参数为艺~24
。一4,
h=35a=4护=1护=058~600了=
、习
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棘爪参数为月
=60L=36,1~15口1=55利用本文公式可求得a~13」0,
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1
AE=3610刀=7304245即S=34615不考虑圆角和考虑圆,,,:两种情况F最小空程角」甲~分别为IJg61
和
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此结果表明棘爪顶部圆角,1和棘轮
齿顶圆角:将影响」,mi的大小尸,,愈大
则棘爪愈易进人棘轮齿槽棘爪插入齿槽深
度愈浅从而最小空程角J黝愈小这样不仅减少了棘爪与棘轮齿面间的滑动磨损而且降低了棘轮动静时问比当尸,;大到一定程度甚至可能会出现最小空程角为零的情
况但此时棘爪易从棘轮齿槽中滑出从而影响棘轮机构的正
常工作
以巨计算结果仅为理论值在实际的零
件设计时还需在理论值基础上考虑尺寸公差同时若分度转位精度要求较高时应采用定位装置;在选择设计驱使摇杆往复摆动
的机构时应考虑调整环节以弥补加工安装
误差从而使棘爪能顺利进入棘轮齿槽并使
棘轮每次转位后能停在准确位置上
