机械设计基础 机械设计基础 第五章间歇机构.doc

间歇机构 - PAGE 6 - 第五章间歇机构 本章要点 ●棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构特点及应用 5.1间歇运动机构简介 生产和日常生活中，经常需要某些机构的主动件作连续运动时，从动件能产生“动作一停止一动作”的运动，我们把这类机构称为间歇运动机构。日常应用的间歇运动机构有多种。广义地说，凸轮机构也是可以实现间歇运动的机构，但是如果要实现从动件作单向的间歇运动，凸轮机构就难以实现。本章介绍的常用间歇运动机构有以下几种：棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构。 5.2棘轮机构 5.2.1棘轮机构的工作原理和类型 如图5.1所示，棘轮机构是由棘轮、棘爪及机架所组成。主动杆1空套在与棘轮3固连的从动轴上。驱动棘爪4与主动杆1用回转副A相联。当主动杆１逆时针方向摆动时，驱动棘爪4便插入棘轮3的齿槽，使棘轮跟着转过某一角度。这时止回棘爪5在棘轮的齿背上滑过。当主动杆1顺时针方向摆动时，止回棘爪5阻止棘轮发生顺时针方向转动，同时驱动棘爪4在棘轮的齿背上滑过，所以此时棘轮静止不动。这样，当杆1作连续的往复摆动时，棘轮3和从动轴便作单向的间歇运动。杆1的摆动可由凸轮机构、连杆机构或电磁装置等实现。 按照结构特点，常用的棘轮机构可分为轮齿式和摩擦式两类。 １.轮齿式棘轮机构 按啮合方式不同轮齿式棘轮机构分为外啮合（如图5.1）和内啮合（如图5.2）两种。 图5.1外啮合棘轮机构 图5.2内啮合棘轮机构 图5.3 棘条机构 当棘轮直径趋向于无穷大时，棘轮转变为棘条（如图5.3），而棘轮的单向转动转变为棘条的单向移动。 按棘轮的运动可分为单向式棘轮机构、双动式棘轮机构和双向式棘轮机构。 单向式棘轮（图5.1）机构的特点是摇杆向一个方向摆动时，棘轮沿同方向转过某一角度；而摇杆反向摆动时，棘轮静止不动。图5.4所示为双动式棘轮机构，当摇杆往复摆动一次时，能使棘轮沿同一方向作两次间歇转动。单向式棘轮和双动式棘轮采用的是不对称齿形，常用的有锯齿形齿(图5.4（a)），直线形三角齿(图5.4（b）)及圆弧形三角齿(图5.4（c）)。双向式棘轮机构（如图5.5）的特点是当棘爪1 图5.4 双动式棘轮机构及棘轮常用齿形 在图示位置时，棘轮2沿逆时针方向间歇运动；若将棘爪提起(销子拔出)，并绕本身轴线转180°后放下(销子插入)，则可实现棘轮沿顺时针方向的间歇运动。双向式的棘轮一般采用矩形齿（图5.4（d））。 ２.摩擦式棘轮机构 如图5.6所示为摩擦式棘轮机构，它的工作原理与轮齿式棘轮机构相同，只不过用偏心扇形块代替棘爪，用摩擦轮代替棘轮。当杆1逆时针方向摆动时，扇形块2楔紧 图5.5双向式棘轮机构 图5.6摩擦式棘轮机构 摩擦轮3，使轮3也一同逆时针方向转动，这时止回扇形块4打滑；当杆1顺时针方向转动时，扇形块2在轮3上打滑，这时4楔紧，以防止3倒转。这样当杆1作连续反复摆动时，轮3便得到单向的间歇运动。 5.2.2 棘轮机构的尺寸计算 １.棘轮与棘爪的轴心位置及棘轮齿面倾角的确定 如图5.7所示，为了使棘爪在相同的推力作用下，棘轮获得最大力矩，应使推力的作用线垂直于棘轮半径,即。为了使棘爪顺利地进入齿槽底部，常在棘轮齿面上设计出齿面倾角的结构，以便使法向反力对棘爪轴心的力 图5.7 棘爪受力分析 矩，大于摩擦力对棘爪轴的反力矩，即 因为 ,所以 故 式中，为棘齿与棘爪之间的摩擦角，当时，。为可靠起见，通常取。齿面倾角大于摩擦角，是棘爪落入齿槽底部的必要条件。 ２.棘轮、棘爪的几何尺寸计算 （1）棘轮齿数 对于轻载荷的进给机构，齿数z≤250；对于重载荷的起重设备类，为了安全，一般模数较大，通常取之间。 （2）模数 仿照齿轮标准，模数已经系列化， 其中 —— 棘轮外圆直径，mm； （3）外啮合棘轮机构尺寸计算，见表5.1。 表5.1外啮合棘轮机构尺寸计算 尺寸名称 符号 公 式 模 数 常用1，2，3，4，5，6，8，10，12，14，16等 齿距 齿顶圆直径 齿 高 0.75 齿 顶 厚 齿槽夹角 60°或55° 齿根圆角半径 ≥1 棘爪长度 2 ５.２.３棘轮机构的特点 棘轮机构的特点是结构简单，制造方便，运动可靠，转角大小可以调节。但是，当棘爪落入齿槽底部，开始推动棘轮接触的瞬时会发生刚性冲击，故传动的平稳性较差。当棘爪返回在棘轮齿顶滑行时，会产生噪声和齿顶磨损。棘轮的转角不宜过大，而且只能以棘轮齿数为单位作有级的变化。因此，棘轮机构常用于低速，要求转