第6章 間歇運動機構(gòu)與組合機構(gòu),6.1 槽輪機構(gòu),6.2 棘輪機構(gòu),6.3 不完全齒輪機構(gòu),6.4 組合機構(gòu),在機械和儀表中，常常需要原動件作連續(xù)運動，而從動件則產(chǎn)生周期性時動時停的間歇運動，實現(xiàn)這種間歇運動的機構(gòu)稱為間歇運動機構(gòu)。間歇運動的機構(gòu)很多，本章僅介紹最常見的幾種。,連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)和間歇運動機構(gòu)是工程中最常用的幾種基本機構(gòu)。對于比較復(fù)雜的運動變換，某種基本機構(gòu)單獨使用往往難以滿足實際生產(chǎn)過程的需要，因此，把若干種基本機構(gòu)用一定的方式聯(lián)接起來成為組合機構(gòu)，以便得到單個基本機構(gòu)所不能具有的運動性能。在本章最后將介紹幾種組合機構(gòu)。,槽輪機構(gòu)又稱馬爾他機構(gòu)，由槽輪、裝有圓銷的撥盤和機架組成。如圖6-1所示，撥盤做勻速轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動槽輪作時轉(zhuǎn)時停的間歇運動。當圓銷未進入輪槽時，槽輪靜止。圓銷進入輪槽時，鎖止弧松開，槽輪轉(zhuǎn)動；當圓銷離開槽時，槽輪又被撥盤的外鎖止槽卡住，槽輪靜止。直到圓銷A在進入槽輪另一徑向槽時，兩者又重復(fù)上述的運動循環(huán)。,6.1 槽輪機構(gòu),槽輪機構(gòu)有兩種基本型式：一種是外嚙合槽輪機構(gòu)，如圖6-1所示，另一種是內(nèi)嚙合槽輪機構(gòu)，如圖6-2所示。,6.1.1 槽輪機構(gòu)的工作原理,圖6-1 外嚙合槽輪機構(gòu),(單擊打開),圖6-2 內(nèi)嚙合槽輪機構(gòu),槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，效率高，運動平穩(wěn)，因此在自動機床轉(zhuǎn)位機構(gòu)、電影放映機卷片機構(gòu)等自動機械中得到廣泛的應(yīng)用。,6.1.2 槽輪機構(gòu)的主要參數(shù),槽輪機構(gòu)的主要參數(shù)是槽數(shù) z 和撥盤圓銷數(shù)K。,如圖6-1所示。為了使槽輪2在開始和終止轉(zhuǎn)動時的瞬時角速度為零，以避免圓銷A與槽輪發(fā)生撞擊，圓銷進入或脫出徑向槽的瞬時，徑向槽的中線應(yīng)與圓銷中心相切，即O2A應(yīng)與O1A垂直。設(shè)z為均勻分布的徑向槽數(shù)，當槽輪2轉(zhuǎn)過22=2z弧度時，撥盤1相應(yīng)轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角為：,（6-1）,在一個運動循環(huán)內(nèi)，槽輪2的運動時間 t 與主動撥盤轉(zhuǎn)一周的總時間t 之比，稱為槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)。用 表示。槽輪停止時間 t與主動撥盤轉(zhuǎn)一周的總時間t之比，稱為槽輪的靜止系數(shù)，用表示。當撥盤勻速轉(zhuǎn)動時，時間之比可用槽輪與撥盤相應(yīng)的轉(zhuǎn)角之比來表示。如圖6-1所示，只有一個圓銷的槽輪機構(gòu)，t、t、t分別對應(yīng)于撥盤的轉(zhuǎn)角為21、（2-21）、2。,因此，該槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)和靜止系數(shù)分別為：,（6-2）,（6-3）,為保證槽輪運動，其運動系數(shù)應(yīng)大于零。由式（6-2）可知，槽輪的徑向槽數(shù)z 應(yīng)等于或大于3。由式（6-2）還可以看出，這種槽輪機構(gòu)的運動系數(shù) 恒小于0.5，即槽輪的運動時間 t總小于靜止時間t。,欲使槽輪機構(gòu)的運動系數(shù) 大于0.5，可在撥盤上裝數(shù)個圓銷。設(shè)撥盤上均勻分布的圓銷數(shù)為K，當撥盤轉(zhuǎn)一整周時，槽輪將被撥動K次。因此，槽輪的運動時間為單圓銷時的K倍。即：,（6-4）,運動系數(shù) 還應(yīng)當小于1（=1表示槽輪 2與撥盤1一樣作連續(xù)轉(zhuǎn)動，不能實現(xiàn)間歇運動），故由上式得：,即,由上式可知，當 z =3時，圓銷的數(shù)目可為15，當z=4 或 5 時，圓銷數(shù)目可為13，而當 z 6時，圓銷的數(shù)目為1或2。從提高生產(chǎn)效率觀點看，希望槽數(shù)z小些為好，因為此時 也相應(yīng)減小，槽輪靜止時間（一般為工作行程時間）增大，故可提高生產(chǎn)效率。但從動力特性考慮，槽數(shù) z 適當增大較好，因為此時槽輪角速度減小，可減小震動和沖擊，有利于機構(gòu)正常工作。但槽數(shù)z 9的槽輪機構(gòu)比較少見。因為槽數(shù)過多，則槽輪機構(gòu)尺寸較大，且轉(zhuǎn)動時慣性力矩也增大。另外，由式（6-3）可知，當z 9時，槽數(shù)雖增加，運動系數(shù)的變化卻不大，故z 常取為48。,圖6-3所示為外嚙合棘輪機構(gòu)。它由擺桿1、棘爪2、棘輪3、止回爪4和機架5組成。通常以擺桿為主動件、棘輪為從動件。當擺桿1連同棘爪2順時針轉(zhuǎn)動時，棘爪進入棘輪的相應(yīng)齒槽，并推動棘輪轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度；當擺桿逆時針轉(zhuǎn)動時，棘爪在棘輪齒頂上滑過。為了防止棘輪跟隨擺桿反轉(zhuǎn)，設(shè)置止回爪4。這樣，擺桿不斷地作往復(fù)擺動，棘輪便得到單向的間歇運動。,6.2 棘輪機構(gòu),6.2.1 棘輪機構(gòu)的工作原理及應(yīng)用,圖6-3 外嚙合棘輪機構(gòu),(單擊打開),棘輪機構(gòu)還可以作成內(nèi)嚙合形式（圖6-4）,圖6-4 內(nèi)嚙合棘輪機構(gòu),(單擊打開),圖6-5 棘條機構(gòu),移動棘輪（即棘條）形式（圖6-5），其工作原理和外嚙合棘輪機構(gòu)類似。,如圖6-6所示為摩擦式棘輪機構(gòu)，當擺桿1作逆時針轉(zhuǎn)動時，利用楔塊2與摩擦輪3之間的摩擦產(chǎn)生自鎖，從而帶動摩擦輪3和擺桿一起轉(zhuǎn)動；當擺桿作順時針轉(zhuǎn)動時，楔塊2與摩擦輪3之間產(chǎn)生滑動。這時由于楔塊4的自鎖作用能阻止摩擦輪反轉(zhuǎn)。這樣，在擺桿不斷作往復(fù)運動時，摩擦輪3便作單向的間歇運動。,(單擊打開),棘輪機構(gòu)除了常用于實現(xiàn)間歇運動外，還能實現(xiàn)超越運動。如圖6-7所示為自行車后輪軸上的棘輪機構(gòu)。當腳蹬踏板時，經(jīng)鏈輪1和鏈條2帶動內(nèi)圈具有棘齒的鏈輪3順時針轉(zhuǎn)動，再通過棘爪4的作用，使后輪軸5順時針轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)使自行車前進。當自行車前進時，如果令踏板不動，后輪軸5便會超越鏈輪3而轉(zhuǎn)動，讓棘爪4在棘輪齒背上劃過，從而實現(xiàn)不蹬踏板的自由滑行。,如圖6-8，為使棘爪受力最小，應(yīng)使棘輪齒頂A和棘爪的轉(zhuǎn)動中心O2的連線垂直與棘輪半徑。作用力有：正壓力Fn和摩擦力F。Fn可分為圓周力Ft和徑向力Fr。力Fr使棘爪落到齒根，力F阻止棘爪落向齒根，為了保證正常工作，須使棘爪落到齒根而又不致于與齒脫開。這就要求輪齒工作面相對棘輪半徑朝齒體內(nèi)偏斜一角度，稱為棘齒的偏斜角。,6.2.2棘爪工作條件,偏斜角 的大小由下列關(guān)系求出：,（6-6）,因為,（6-7）,有,（6-8）,即,式中，為齒與爪間的摩擦角，=arctan。當=0.2時，11.5。為安全起見，通常取=20。,選定齒數(shù)z和按強度要求確定模數(shù)m后，棘輪棘爪的主要幾何尺寸可按以下經(jīng)驗公式計算：,頂圓直徑 D=mz 齒高 h=0.75m 齒頂厚 a=m 齒槽夾角 =60或50 棘爪長度 L=2m 其他結(jié)構(gòu)尺寸可參閱機械設(shè)計手冊。,由于棘輪是在動棘爪的突然撞擊下啟動的，接觸瞬間，理論上是剛性沖擊。故棘輪機構(gòu)只能用于低速的間歇運動場合。,6.2.3 棘輪機構(gòu)的使用特點,1棘輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，容易制造。常用作防止轉(zhuǎn)動件反轉(zhuǎn)的附加保險機構(gòu)。,2棘輪每次轉(zhuǎn)角和動停時間比可調(diào)。常用于機構(gòu)工況經(jīng)常改變的場合。,圖6-9所示為不完全齒輪機構(gòu)。主動輪1為只有一個齒或幾個齒的不完全齒輪，從動輪2可以是普通的完整齒輪，也可以由正常齒和帶鎖住弧的厚齒彼此相間地組成（圖6-9a,b）。當主動輪1的有齒部分作用時，從動輪2就轉(zhuǎn)動；當主動輪1的無齒圓弧部分作用時，從動輪停止不動，因而當主動輪連續(xù)轉(zhuǎn)動時，從動輪獲得時轉(zhuǎn)時停的間歇運動。,6.3 不完全齒輪機構(gòu),圖6-9 外嚙合不完全齒輪機構(gòu),(a),(b),(單擊打開),當主動輪勻速轉(zhuǎn)動時，這種機構(gòu)的從動輪在運動期間也保持勻速轉(zhuǎn)動，但是當從動輪由停歇而突然到達某一轉(zhuǎn)速，以及由某一轉(zhuǎn)速突然停止時都會象等速運動規(guī)律的凸輪機構(gòu)那樣產(chǎn)生剛性沖擊。因此，對于轉(zhuǎn)速較高的不完全齒輪機構(gòu)，可在兩輪的端面分別裝上瞬心線附加桿L和K（圖6-9c），使從動件的角速度由零逐漸增加到某一數(shù)值從而避免沖擊。,不完全齒輪機構(gòu)有外嚙合和內(nèi)嚙合（圖6-10）兩種型式，一般用外嚙合型式。,(單擊打開),不完全齒輪機構(gòu)與其他間歇運動機構(gòu)相比，它的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，從動輪的運動時間和靜止時間的比例不受機構(gòu)結(jié)構(gòu)的限制。缺點是從動輪在轉(zhuǎn)動開始和終止時，角速度有突變，沖擊較大，故一般只適用于低速或輕載場合。,不完全齒輪機構(gòu)常用于多工位自動機和半自動機工作臺的間歇轉(zhuǎn)位及某些間歇進給機構(gòu)中。,如圖6-11所示的手動沖床是六桿或由兩個四桿機構(gòu)組成。一個是原動件（手柄）1、連桿2、從動搖桿3和機架4組成的雙搖桿機構(gòu)；另一個是由搖桿3、小連桿5、沖桿6和機架組成的搖桿滑塊機構(gòu)。采用六桿機構(gòu)，增大了沖桿的作用力。,6.4 組合機構(gòu),下面介紹幾種常見的組合機構(gòu)。,6.4.1 連桿連桿,圖6-11 手動沖床中的復(fù)合鉸鏈機構(gòu),圖6-12所示為篩料機主題機構(gòu)的運動簡圖。這個六桿機構(gòu)也可看成由兩個四桿機構(gòu)組成。第一個是由原動曲柄1、連桿2、從動曲柄3和機架6組成的雙曲柄機構(gòu)；第二個是由曲柄3（原動件）、連桿4、滑塊5（篩子）和機架6組成的曲柄滑塊機構(gòu)。,圖6-12 篩料機機構(gòu)的復(fù)合連桿機構(gòu),圖6-13所示為雙凸輪機構(gòu)，由兩個凸輪機構(gòu)協(xié)調(diào)配合控制十字滑塊3上一點M準確地描繪出虛線所示預(yù)定的軌跡。,6.4.2 凸輪凸輪機構(gòu),(單擊打開),凸輪連桿機構(gòu)的形式很多，這種組合機構(gòu)通常用于實現(xiàn)從動件的預(yù)定的運動軌跡和規(guī)律。,主動曲柄OA回轉(zhuǎn)時，B點強制在凸輪凹槽中運動，從而使托桿達到圖示運動規(guī)律，托包時慢進，不托包時快退，以提高生產(chǎn)效率。因此，只要把凸輪輪廓線設(shè)計得當，就可以使托桿達到上述要求。,6.4.3 連桿凸輪,圖6-14 巧克力包裝機托包用的凸輪連桿機構(gòu),（a),（b),(單擊打開),(單擊打開),圖6-15所示為連桿與棘輪兩個基本機構(gòu)組合而成的組合機構(gòu)。棘輪的單向步進運動是由搖桿3 的擺動通過棘爪4推動的，而搖桿的往復(fù)擺動又需要由曲柄搖桿機構(gòu)ABCD來完成，從而實現(xiàn)了輸入構(gòu)件（曲柄1）的等角速度回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成輸出構(gòu)件（棘輪5）的步進轉(zhuǎn)動。,6.4.4 連桿棘輪,圖6-15 連桿棘輪組合,