第7章間歇運動機構及其設計

第7章間歇運動機構及其設計7－1棘輪機構7－2槽輪機構7－3擒縱機構7－4凸輪式間歇運動機構7－5不完全齒輪機構7－6間歇運動機構設計的基本要求一、棘輪機構的組成及其工作原理組成：擺桿、棘爪、棘輪、止動爪。7－1棘輪機構工作原理：擺桿往復擺動，棘爪推動棘輪間歇轉動。優(yōu)點：結構簡單、制造方便、運動可靠、轉角可調(diào)。缺點：工作時有較大的沖擊和噪音，運動精度較差。適用于速度較低和載荷不大的場合。棘輪擺桿止動爪棘爪輪齒分布：外緣、內(nèi)緣、端面、棘條機構二、棘輪機構的類型作者：潘存云教授端面

作者：潘存云教授外緣作者：潘存云教授內(nèi)緣棘條棘輪類型作者：潘存云教授二、棘輪機構的類型與應用工作方式：單動式、雙動式棘輪機構。雙動式棘輪機構2雙動式棘輪機構1輪齒分布：外緣、內(nèi)緣、端面棘輪機構作者：潘存云教授單動式作者：潘存云教授棘輪類型作者：潘存云教授二、棘輪機構的類型與應用棘輪轉向是否可調(diào):單向、雙向運動棘輪機構。AB’B棘輪雙向運動1棘輪雙向運動2工作方式：單動式、雙動式棘輪機構。輪齒分布：外緣、內(nèi)緣、端面棘輪機構。棘輪類型作者：潘存云教授二、棘輪機構的類型與應用按工作原理分：輪齒棘輪、摩擦棘輪演示模型摩擦棘輪超越離合器132作者：潘存云教授132作者：潘存云教授2134棘輪類型棘輪轉向是否可調(diào):單向、雙向運動棘輪機構。工作方式：單動式、雙動式棘輪機構。輪齒分布：外緣、內(nèi)緣、端面棘輪機構。三、棘輪機構的設計1）棘輪模數(shù)和齒數(shù)的確定定義：m=da/Z

11.522.533.5456810棘輪模數(shù)表mm棘輪的最小轉角θmax由工作要求確定。

Z≥2π／θmin∵棘輪每次轉動整數(shù)個齒，故齒數(shù)應滿足如下條件：2π／Z≤θmin工程上一般?。篫=12~251、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、8、10頂圓直徑dada=mz與齒輪不同齒間距pP=πm齒高hh=0.75m齒頂弦長aa=m棘爪工作面長度a1a1=(0.5~0.7)a齒偏角αα＝20°棘輪寬bb=(1~4)m棘爪斜高h1、齒斜高h’h1=h’

≈h/cosα棘輪齒根圓角半徑rfrf=1.5mm棘爪尖端圓角半徑r1r1=2mm棘爪長度L一般取L=2p作者：潘存云教授a1Lp60°~80°adaαo1o2齒數(shù)z12~252）棘輪的齒形與幾何尺寸計算作者：潘存云教授棘輪參數(shù)計算公式或取值h’h1rfr1齒槽角h模數(shù)m3）棘輪轉角的調(diào)節(jié)作者：潘存云教授023451023451φ牛頭刨床進給調(diào)整機構φ作者：潘存云教授通過調(diào)遮擋罩來調(diào)角度（1）擺桿擺角不變，調(diào)節(jié)棘輪遮擋罩（2）改變擺桿的擺角━━通過改變曲柄長度a要求在工作時，棘爪在Pn和F的作用下，能自動滑入棘輪齒槽。dao1作者：潘存云教授Ao2Σ=90°LFPnsinα∵F=Pnf代入得：tanα>f∴

α>φ當f=0.2時，φ＝11°30’

通常取:α＝20°FtPn——正壓力F——摩擦力條件是兩者對O2的力矩要滿足如下條件：Mpn>MF將力分解成切向和徑向分量M=tanφα齒偏角Fcosα>LLptPnα4）棘輪機構的可靠工作條件prαFr運動特點：輪齒式棘輪工作時噪音大且轉角為步進可調(diào)，但運動準確。而摩擦棘輪正好相反。應用：在各類機床中實現(xiàn)進給、轉位、或分度。應用實例：作者：潘存云教授起重機止動器工作臺進給驅動機構牛頭刨床應用實例：作者：潘存云教授ABCD間歇轉動沖頭卸料工位裝料工位沖壓工位自行車飛輪沖床轉位應用實例：應用實例：棘輪扳手應用實例：棘輪式壓線鉗子應用實例：模鍛棘輪式封車器應用實例：卡車篷布棘輪式張緊器o1作者：潘存云教授o27－2槽輪機構一、槽輪機構的組成及其工作特點作用：將連續(xù)回轉變換為間歇轉動。組成：帶圓銷的撥盤、帶有徑向槽的槽輪。撥盤和槽輪上都有鎖止?。翰圯喩系陌紙A弧、撥盤上的凸圓弧，起鎖定作用。特點：結構簡單、制造容易、工作可靠、機械效率高，能平穩(wěn)地、間歇地進行轉位。因槽輪運動過程中角速度有變化，不適合高速運動場合。工作過程：撥盤連續(xù)回轉，當兩鎖止弧接觸時，槽輪靜止；反之槽輪運動.鎖止弧槽輪撥盤圓銷因槽輪象馬爾它共和國鐵十字勛章而得名ω1ω2作者：潘存云教授二、槽輪機構的類型外嚙合槽輪機構內(nèi)嚙合槽輪機構球面槽輪機構類型軸線平行軸線相交外嚙合槽輪機構內(nèi)嚙合槽輪機構球面槽輪機構設計：潘存云ω2ω1o1作者：潘存云教授o2ω1ω2o1作者：潘存云教授o21）槽數(shù)Z和圓銷數(shù)n的選取撥盤等速回轉一圈的運動時間為：

t＝2π/ω1定義：k=td/t為運動系數(shù)，即：

k=td/t為減少沖擊，進入或退出嚙合時，槽中心線與撥銷中心連線成90°角。故有：2φ2td＝2α1/ω1槽輪的運動時間為：=2α1/2π2α1=π－2φ2=π－(2π/z)=2π(z-2)/2z代入上式ω290°90°三、槽輪機構的設計2α1ω1熟記該公式！將2α1代入得：

∵k>0可知：當只有一個圓銷時，k=1/2-1/z若撥盤上裝有n個均布的圓銷，則運動系數(shù)將是單圓柱銷的n倍，即:

k=n(1/2-1/z)∵k≤<1∴槽數(shù)z≥3得：n≤2z/(z-2)當k=1槽輪機構已經(jīng)不具備間歇運動特性了!k=1/2-1/z即槽輪的運動時間總是小于其靜止時間。<0.5為何k≤1？由：n≤2z/(z-2)得：特別當：z=4及n=2時，說明此時槽輪的運動時間和靜止時間相等。k=n(1/2－1/z)=0.5≥715/14槽數(shù)z圓銷數(shù)n運動系數(shù)k31~51/6~5/641~31/4~3/45、61~20.3~2/3槽數(shù)Z、圓銷個數(shù)n與運動系數(shù)k之間的關系舉例：試設計一外槽輪機構，使其運動系數(shù)k=0.6。解：由：k=n(1/2-1/z)=0.6得：n=2，Z=5作者：潘存云教授ω2ω1內(nèi)槽輪機構的運動系數(shù)：撥盤等速回轉一圈的運動時間為：

t＝2π/ω1td＝2α1/ω1槽輪的運動時間為：2α12α1=π+2φ2=π+(2π/z)=2π(z+2)/2zk

=

td

/t=0.5+1/z結論：內(nèi)槽輪機構的運動時間總是大于靜止時間。2φ2作者：潘存云教授四、槽輪機構的幾何尺寸計算圓銷半徑r由受力大小確定r≈R/6中心距L由安裝空間確定回轉半徑RR=Lsinφ=Lsin(π/z)槽頂半徑ss=Lcosφ=Lcos(π/z)槽深hh≥s-(L-R-r)撥盤軸徑d1d1≤2(L-s)槽輪軸徑d2d2≤2(L-R-r)參數(shù)計算公式或依據(jù)槽數(shù)z

由工作要求確定圓銷數(shù)nsd2r槽頂側壁厚b

b=3~5mm經(jīng)驗確定b鎖止弧半徑r0r0=R-r-bRLh12d1r0φ作者：潘存云教授ω2ω1o1五、改善槽輪機構性能的設計(1)外嚙合槽輪機構規(guī)定:和在圓銷進入?yún)^(qū)為正，在圓銷離開區(qū)為負，變化區(qū)間為：－α1≤α≤α1在△ABO2中有如下關系：－φ2≤φ≤φ2令λ＝R/L，并代入上式得：-φ2-α1圖示槽輪在運動的任一瞬時，設撥盤位置角用α來表示，槽輪位置角用φ表示。R槽輪的運動是靠圓銷的撥動來實現(xiàn)的，在一個運動循環(huán)內(nèi)，槽輪經(jīng)歷了從靜止→運動→靜止的過程，因此，槽輪的角速度是變化的，從而具有角加速度，以下將分析槽輪運動的變化規(guī)律。α1αφφ2LO2ABφ分別對時間求一階導數(shù)、和二階導數(shù)，得：令i21=ω2/ω1(傳動比),kα=α2/ω21得：將上述i21、kα隨α的變化繪制成曲線，稱為槽輪機構的其中：dα/dt=ω1其中：dω1/dt=0運動特性曲線。上式說明，當撥盤以等角速度運動時，槽輪隨位置的變化而變化。因為λ隨槽數(shù)z的不同而變化，因此，不僅隨機構位置變化，而且隨槽數(shù)變化。運動特性分析：①槽輪運動的ωmax、amax隨槽數(shù)z的增多而減小。作者：潘存云教授α54321-60?-40?-20?020?40?60?

-50?-30?-10?10?30?50?

6槽輪運動的前半段，槽輪的角速度ω2是增加的，角加速度α2>0后半段正好相反。運動特性曲線z=3z=3z=4z=6z=4z=6a=1作者：潘存云教授kα=α2/ω21-60?-40?-20?020?40?60?

-50?-30?-10?10?30?50?

8642-4-6-8α圓銷進入或退出徑向槽時，角速度有突變，②存在柔性沖擊。Z愈少，沖擊愈大。z=8作者：潘存云教授z=0.2-135?-90?-45?045?90?135?

α(2)內(nèi)嚙合槽輪機構用同樣方法可求得內(nèi)嚙合槽輪機構的運動曲線如圖所示。③曲線呈單調(diào)變化而不象外槽輪那樣有兩個峰值。特性分析：①存在柔性沖擊。a=1圓銷進入或退出徑向槽時，角速度有突變，且值與外槽輪相等。②但隨著轉角增大，角加速度值迅速下降并趨于零；a=1④內(nèi)槽輪機構的動力性能比外槽輪機構要好得多。1.00.750.50.250-0.25-0.5-0.75-1.0應用實例：電影放映機電影攝影機航空照像機應用實例：六角車床轉塔應用實例：車螺紋41裝牙膏筒2車帽口6卸牙膏筒5切尾3空閑應用實例：滾動軸承自動裝配機564121’33’87－3擒縱輪機構一、擒縱輪機構的組成及其工作原理組成：游絲擺輪、擒縱叉、擒縱輪。工作原理：擒縱輪受發(fā)條力矩的驅動，游絲擺輪系統(tǒng)往復擺動，帶動擒縱叉往復擺動，卡住或釋放擒縱輪，并使它間歇轉動。游絲擺輪作者：潘存云教授645擒縱輪121’33’8擒縱叉564121’833’564121‘33’856411’2833’二、擒縱輪輪機構的類型與應用固有振動系統(tǒng)型擒縱輪輪機構無固有振動系統(tǒng)型擒縱輪輪機構作者：潘存云教授3142作者：潘存云教授1243—計時精度高，用于鐘表——結構簡單、成本低、計時精度不高，用于自動記錄儀、時間繼電器、計數(shù)器、定時器、測速器、照相機快門和自拍器等。作者：潘存云教授564121’33’8定時器鬧鐘洗衣機定時器鬧鐘7－4凸輪式間歇運動機構

一、工作原理及特點圓柱凸輪連續(xù)回轉，推動均布有柱銷的從動圓盤間歇轉動。特點：從動圓盤的運動規(guī)律取決于凸輪廓線的形狀。優(yōu)點：可通過選擇適當?shù)倪\動規(guī)律來減小動載荷、避免沖擊、適應高速運轉的要求。定位精確、且結構緊湊。缺點：凸輪加工較復雜、安裝調(diào)整要求嚴格。蝸桿凸輪間歇運動機構━━交錯軸

共軛凸輪間歇運動機構━━平行軸

圓柱凸輪間歇運動機構蝸桿凸輪間歇運動機構凸輪間歇機構類型圓柱凸輪間歇運動機構━━交錯軸

共軛凸輪間歇運動機構二、類型三、凸輪式間歇運動機構的設計若凸輪轉動一周的時間為t1，凸輪溝槽中螺旋角不為零的曲線所對應的角度為θ,則轉盤的運動時間為：靜止時間為：1）轉盤的轉位時間與靜止時間2）圓柱銷數(shù)Z的選取一般按工步數(shù)確定Z，但過少會引起凸輪與圓柱銷的干涉。因此，對于單頭廓線的凸輪?。篫≥5O2

O1

O1

作者：潘存云教授θω1

ω2

∵ω1=td/θ

=t1/2π∴td=θ

t1/2π（2）圓柱銷的直徑d為保證傳動精度，d與凸輪槽寬度應相同。3）主要參數(shù)設計作者：潘存云教授R

DhbO2

O1

O1

d（1）凸輪的最大升程h2π/z

h=2Rsin(π/Z)（3）凸輪的寬度b為保證從動件停車階段可靠定位，應使凸輪廓線與兩圓柱銷同時接觸，即：b=h-d（4）凸輪平均半徑DD與凸輪廓線的壓力角有關，若壓力角超過許用值，則應加大凸輪的平均半徑D。應用實例：通用型運動分割器：適用于各類高速、高精度的分度轉位機械。應用實例：通用型運動分割器：適用于各類高速、高精度的分度轉位機械。蝸桿凸輪運動分割器應用實例：通用型運動分割器：適用于各類高速、高精度的分度轉位機械。平行軸運動分割器牙膏灌漿機應用實例：作者：潘存云教授封口灌漿牙膏管印字機應用實例：紙杯機7－5不完全齒輪機構1.工作原理及特點工作原理：在主動齒輪只做出一個或幾個齒，根據(jù)運動時間和停歇時間的要求在從動輪上做出與主動輪相嚙合的輪齒。其余部分為鎖止圓弧。當兩輪齒進入嚙合時，與齒輪傳動一樣，無齒部分由鎖止弧定位使從動輪靜止作者：潘存云教授優(yōu)點：結構簡單、制造容易、工作可靠、從動輪運動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內(nèi)變化。缺點：從動輪在開始進入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一般只用于低速、輕載場合。外嚙合不完全齒輪機構內(nèi)嚙合不完全齒輪機構應用：適用于一些具有特殊運動要求的專用機械中。如乒乓球拍周緣銑削加工機床、蜂窩煤餅壓制機等。作者：潘存云教授作者：潘存云教授2.類型類型：外嚙合不完全齒輪機構、內(nèi)嚙合不完全齒輪機構3.不完全齒輪機構的設計（1）主動齒輪首、末齒齒頂降低ω1O1O2ra2ra1ω2由于鎖止弧位置固定，則主動齒輪首齒與被動齒