第八章其他常用机构 内容提要 本章主要介绍棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构、螺旋机构和万 向联轴节机构等常用机构，重点描述了这些机构的工作原理、类型、特点、应用实例及设计要点。 在许多机器中，除了采用前面介绍的平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构外，还经常采用其 他类型的机构，如间歇运动机构、螺旋机构、万向联轴节机构等。其中间歇运动机构的功能是当 主动件作连续运动时，从动件产生周期性的运动和停歇。常见的间歇运动机构有棘轮机构、槽轮 机构、不完全齿轮机构等。 8.1棘轮机构 8.1.1棘轮机构的工作原理、应用和特点 如图8-l所示为一棘轮机构(ratchet mechanism),主动件1是一个可以连续往复摆动的摇杆。 当摇杆1逆时针摆动时，驱动棘爪2卡在棘轮的齿槽中（图中A处），拔动棘轮逆时针转过一个 角度，此时止动棘爪4在棘轮的齿背上滑过：当摇杆1顺时针摆动时，驱动棘爪2在棘轮的齿背 上滑过，而止动棘爪则卡在棘轮的齿槽中（图中B处），阻止棘轮顺时针转动，故此时棘轮静山 不动。弹簧5的作用是保证止动棘爪4和棘轮3始终接触。由此可见，当摇杆1作连续摆动时， 棘轮3则作单向间歇运动。 2 图&1棘轮机构工作原理 178
178 第八章 其他常用机构 内容提要 本章主要介绍棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇运动机构、螺旋机构和万 向联轴节机构等常用机构，重点描述了这些机构的工作原理、类型、特点、应用实例及设计要点。 在许多机器中，除了采用前面介绍的平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构外，还经常采用其 他类型的机构，如间歇运动机构、螺旋机构、万向联轴节机构等。其中间歇运动机构的功能是当 主动件作连续运动时，从动件产生周期性的运动和停歇。常见的间歇运动机构有棘轮机构、槽轮 机构、不完全齿轮机构等。 8.1 棘轮机构 8.1.1 棘轮机构的工作原理、应用和特点 如图 8-1 所示为一棘轮机构（ratchet mechanism），主动件 1 是一个可以连续往复摆动的摇杆。 当摇杆 1 逆时针摆动时，驱动棘爪 2 卡在棘轮的齿槽中（图中 A 处），拔动棘轮逆时针转过一个 角度，此时止动棘爪 4 在棘轮的齿背上滑过；当摇杆 1 顺时针摆动时，驱动棘爪 2 在棘轮的齿背 上滑过，而止动棘爪则卡在棘轮的齿槽中（图中 B 处），阻止棘轮顺时针转动，故此时棘轮静止 不动。弹簧 5 的作用是保证止动棘爪 4 和棘轮 3 始终接触。由此可见，当摇杆 1 作连续摆动时， 棘轮 3 则作单向间歇运动。 图 8-1 棘轮机构工作原理
棘轮机构一般用作机床及自动机械的进给机构、送料机构、刀架的转位机构、精纺机的成型 机构、牛头侧床的进给机构等。如图8-2所示为牛头刨床的进给机构，当齿轮1转动后，经连杆 2带动摇杆3作往复摆动，摇杆3上的棘爪推动棘轮4作间歇转动，与之固连的丝杠5也作同样 的间歇转动，从而实现牛头侧床工作台的间歇进给运动。 棘轮机构也广泛应用于卷扬机、提升机及牵引设备中，用它作为防止机械逆转的止动器。如 图83所示的起重止动器，机构工作时，驱动力使轴2逆时针转动，通过键3带动棘轮1及卷筒 逆时针转动，而提起重物，此时棘爪4在棘轮的齿背上滑动。当撤掉驱动力后，卷筒与棘轮在重 物的作用下有顺时针转动的趋势，此时棘爪4卡在棘轮的齿槽中，防止机构逆转。 0 图8-2牛头创床的进给机构 图83起重止动器 棘轮机构结构简单，制造方便，运动可靠，且棘轮轴每次转过的角度的大小可以在较大的范 围内调节。但棘轮机构不能传递大的动力，而且传动平稳性较差，工作时有较大的冲击和噪声， 不适于高速传动。 8.1.2棘轮机构的类型 在基本的棘轮机构的基础上作些改变，即可得到不同的棘轮机构。按其工作原理可分为齿式 棘轮机构和摩擦式棘轮机构两大类。 1,齿式棘轮机构 齿式棘轮机构的特点是棘轮上分布着若干刚性的棘齿，由棘爪推动棘齿使棘轮作间歇运动， 其类型有以下几种分类方式。 1)按轮齿分布方式不同分类 棘轮机构可分为外棘轮机构（如图8-4妇所示）入、内棘轮机构（如图84b所示）和棘爪棘条 机构（如图84c所示）。棘爪棘条机构可将棘爪的连续摆动变为棘条的间歇移动。 2)按工作方式分类 按照工作方式棘轮机构可分为单动式棘轮机构（如图84所示）和双动式棘轮机构（如图 85所示)。 单动式棘轮机构的特点是当主动摆杆向一个方向摆动时，棘轮沿同一方向转过某一角度，而 当主动摆杆反向摆动时，棘轮静止不动，即主动摆杆往复摆动一次，只能使棘轮沿一个方向间歇 120
179 棘轮机构一般用作机床及自动机械的进给机构、送料机构、刀架的转位机构、精纺机的成型 机构、牛头刨床的进给机构等。如图 8-2 所示为牛头刨床的进给机构，当齿轮 1 转动后，经连杆 2 带动摇杆 3 作往复摆动，摇杆 3 上的棘爪推动棘轮 4 作间歇转动，与之固连的丝杠 5 也作同样 的间歇转动，从而实现牛头刨床工作台的间歇进给运动。 棘轮机构也广泛应用于卷扬机、提升机及牵引设备中，用它作为防止机械逆转的止动器。如 图 8-3 所示的起重止动器，机构工作时，驱动力使轴 2 逆时针转动，通过键 3 带动棘轮 1 及卷筒 逆时针转动，而提起重物，此时棘爪 4 在棘轮的齿背上滑动。当撤掉驱动力后，卷筒与棘轮在重 物的作用下有顺时针转动的趋势，此时棘爪 4 卡在棘轮的齿槽中，防止机构逆转。 图 8-2 牛头刨床的进给机构 图 8-3 起重止动器 棘轮机构结构简单，制造方便，运动可靠，且棘轮轴每次转过的角度的大小可以在较大的范 围内调节。但棘轮机构不能传递大的动力，而且传动平稳性较差，工作时有较大的冲击和噪声， 不适于高速传动。 8.1.2 棘轮机构的类型 在基本的棘轮机构的基础上作些改变，即可得到不同的棘轮机构。按其工作原理可分为齿式 棘轮机构和摩擦式棘轮机构两大类。 1．齿式棘轮机构 齿式棘轮机构的特点是棘轮上分布着若干刚性的棘齿，由棘爪推动棘齿使棘轮作间歇运动， 其类型有以下几种分类方式。 1）按轮齿分布方式不同分类 棘轮机构可分为外棘轮机构（如图 8-4a 所示）、内棘轮机构（如图 8-4b 所示）和棘爪棘条 机构（如图 8-4c 所示）。棘爪棘条机构可将棘爪的连续摆动变为棘条的间歇移动。 2）按工作方式分类 按照工作方式棘轮机构可分为单动式棘轮机构（如图 8-4 所示）和双动式棘轮机构（如图 8-5 所示）。 单动式棘轮机构的特点是当主动摆杆向一个方向摆动时，棘轮沿同一方向转过某一角度，而 当主动摆杆反向摆动时，棘轮静止不动，即主动摆杆往复摆动一次，只能使棘轮沿一个方向间歇
转动一次。 (a) (b) (c) 图84单动式棘轮机构 双动式棘轮机构的棘爪即可以制成钩头的，又可以制成平头的。图85所示为钩头棘爪棘 轮机构。工作时，摆杆1往复摆动，棘爪2和3交替钩动棘轮4的棘齿，带动棘轮4顺时针间歇 转动两次。当1个棘爪驱动棘轮转动时（如图的棘爪2），另一个棘爪在棘轮的齿背上滑过（如 图中的棘爪3)。图85b所示为平头棘爪棘轮机构，与钩头棘爪棘轮机构不同的是摆杆1往复摆 动时靠棘爪2和3推动棘轮4逆时针间歇转动两次， (b) 图85双动式棘轮机构 3)按棘轮转向是否可调分类 按照棘轮转向是否可调棘轮机构可分为单向运动棘轮机构（如图8-4、8-5所示）和可变向 运动棘轮机构（如图8-6所示）。 单向运动棘轮机构只能实现棘轮沿一个方向的单向转动，而可变向运动棘轮机构可通过改变 驱动棘爪的位置，实现棘轮分别沿两个方向单向转动，其棘轮必须采用对称齿形，常用的有梯形 齿和矩形齿。图85所示的可变向运动棘轮机构中，棘爪具有对称的爪端，可绕其转动中心A 翻转至虚线位置，从而实现棘轮不同转向的间歇运动。图85b所示为另一种可变向运动棘轮机 构，其棘爪具有单侧的工作面。在图示位置时，棘爪推动棘轮齿槽的左侧，使棘轮作逆时针方向 的间歇转动：若将棘爪提起绕其自身轴线转180°后放下，棘爪则推动棘轮齿槽的右侧，使棘轮 作顺时针方向的间歇转动：若将棘爪提起绕本身轴线转动90°，棘爪将被架在壳体的平面上，使 棘轮与棘爪脱开，当棘爪往复摆动时，棘轮静止不动。 180
180 转动一次。 （a） （b） （c） 图 8-4 单动式棘轮机构 双动式棘轮机构的棘爪即可以制成钩头的，又可以制成平头的。图 8-5a 所示为钩头棘爪棘 轮机构。工作时，摆杆 1 往复摆动，棘爪 2 和 3 交替钩动棘轮 4 的棘齿，带动棘轮 4 顺时针间歇 转动两次。当 1 个棘爪驱动棘轮转动时（如图的棘爪 2），另一个棘爪在棘轮的齿背上滑过（如 图中的棘爪 3）。图 8-5b 所示为平头棘爪棘轮机构，与钩头棘爪棘轮机构不同的是摆杆 1 往复摆 动时靠棘爪 2 和 3 推动棘轮 4 逆时针间歇转动两次。 （a） （b） 图 8-5 双动式棘轮机构 3）按棘轮转向是否可调分类 按照棘轮转向是否可调棘轮机构可分为单向运动棘轮机构（如图 8-4、8-5 所示）和可变向 运动棘轮机构（如图 8-6 所示）。 单向运动棘轮机构只能实现棘轮沿一个方向的单向转动，而可变向运动棘轮机构可通过改变 驱动棘爪的位置，实现棘轮分别沿两个方向单向转动，其棘轮必须采用对称齿形，常用的有梯形 齿和矩形齿。图 8-5a 所示的可变向运动棘轮机构中，棘爪具有对称的爪端，可绕其转动中心 A 翻转至虚线位置，从而实现棘轮不同转向的间歇运动。图 8-5b 所示为另一种可变向运动棘轮机 构，其棘爪具有单侧的工作面。在图示位置时，棘爪推动棘轮齿槽的左侧，使棘轮作逆时针方向 的间歇转动；若将棘爪提起绕其自身轴线转 180°后放下，棘爪则推动棘轮齿槽的右侧，使棘轮 作顺时针方向的间歇转动；若将棘爪提起绕本身轴线转动 90°，棘爪将被架在壳体的平面上，使 棘轮与棘爪脱开，当棘爪往复摆动时，棘轮静止不动
(a) (b) 图8-6可变向运动棘轮机构 2.摩擦式棘轮机构 齿式棘轮机构中棘轮转角可在较大范围内调节，但是只能进行有级调整，其大小为一个棘齿 所对中心角的整数倍。如果需要无级调整棘轮的转角，则可采用摩擦式棘轮机构（如图87所示）， 其传动过程与齿式棘轮机构相似，用楔块代替齿式棘轮机构的棘爪，用没有棘齿的摩擦轮代替棘 轮。 (a)楔块外接摩擦式 (b)楔块内接摩擦式 (c)滚子内接摩擦式 图87摩擦式棘轮机构 8.13棘轮机构的设计要点 棘轮机构的设计主要应考虑：棘轮齿形的选择、模数齿数的确定、齿面倾斜角的确定、行程 和动停比的调节方法。现以齿式棘轮机构为例，说明其设计方法。 1,棘轮齿形的选择 如图8-8所示为棘轮常用齿形。图8-8a所示的不对称梯形棘轮齿形主要用于承受载荷较大 的单向式棘轮：当棘轮机构承受的载荷较小时，可采用图&8b所示的不对称三角形齿形或图8-8© 所示的圆弧形齿形：图8-8d所示的对称梯形齿形和图8-8所示的对称矩形齿形用于双向式棘轮 机构。 2.棘轮模数m、齿数：的确定 与齿轮相同，棘轮轮齿的有关尺寸也用模数m作为计算的基本参数，但棘轮的标准模数要 按棘轮的顶圆直径d。来计算，即 d。=me (8-1)
181 （a） （b） 图 8-6 可变向运动棘轮机构 2．摩擦式棘轮机构 齿式棘轮机构中棘轮转角可在较大范围内调节，但是只能进行有级调整，其大小为一个棘齿 所对中心角的整数倍。如果需要无级调整棘轮的转角，则可采用摩擦式棘轮机构（如图 8-7 所示）， 其传动过程与齿式棘轮机构相似，用楔块代替齿式棘轮机构的棘爪，用没有棘齿的摩擦轮代替棘 轮。 （a）楔块外接摩擦式 （b）楔块内接摩擦式 （c）滚子内接摩擦式 图 8-7 摩擦式棘轮机构 8.1.3 棘轮机构的设计要点 棘轮机构的设计主要应考虑：棘轮齿形的选择、模数齿数的确定、齿面倾斜角的确定、行程 和动停比的调节方法。现以齿式棘轮机构为例，说明其设计方法。 1．棘轮齿形的选择 如图 8-8 所示为棘轮常用齿形。图 8-8a 所示的不对称梯形棘轮齿形主要用于承受载荷较大 的单向式棘轮；当棘轮机构承受的载荷较小时，可采用图 8-8b 所示的不对称三角形齿形或图 8-8c 所示的圆弧形齿形；图 8-8d 所示的对称梯形齿形和图 8-8e 所示的对称矩形齿形用于双向式棘轮 机构。 2．棘轮模数 m 、齿数 z 的确定 与齿轮相同，棘轮轮齿的有关尺寸也用模数 m 作为计算的基本参数，但棘轮的标准模数要 按棘轮的顶圆直径 a d 来计算，即 d = mz a （8-1） A
为了方便设计和制造，应使齿顶圆直径d,为整数，模数m应标准化。常用的模数m(单位 为mm)值有1、1.25、1.5、2、2.5、3、4、5、6、8、10等。 棘轮齿数：一般由棘轮机构的使用条件和运动要求选定。对于一般进给和分度所用的棘轮机 构，可根据所要求的棘轮最小转角日来确定棘轮的齿数，即：≥2π/日。，一般取：=8、30， 然后选定模数，确定棘轮的齿顶圆直径d, d 图88棘轮齿形 3.棘轮齿面偏斜角α的确定 如图89所示为棘爪与棘轮齿尖A点接触时棘爪受力分析图。为了使在传递相同转矩时棘爪 受力最小，棘爪转动中心O,与棘轮齿尖A的连线02A(设长度为L)应垂直于过棘轮齿尖A的 向径O,A。棘轮的轮齿工作面与齿尖向径间的夹角《为齿面偏斜角，其作用是使棘爪受力时能 自动滑向棘轮齿根面，保证棘轮机构可靠工作。棘爪进入棘轮齿槽时，棘轮对棘爪的作用力有正 压力P和摩擦力F。 图89棘爪受力分析 为了使棘爪能顺利进入棘轮齿槽，应使正压力P对棘爪转动中心O2产生的力矩大于摩擦力 F对其产生的力矩，即 182
182 为了方便设计和制造，应使齿顶圆直径 a d 为整数，模数 m 应标准化。常用的模数 m（单位 为 mm）值有 1、1.25、1.5、2、2.5、3、4、5、6、8、10 等。 棘轮齿数 z 一般由棘轮机构的使用条件和运动要求选定。对于一般进给和分度所用的棘轮机 构，可根据所要求的棘轮最小转角 min 来确定棘轮的齿数，即 min z 2 / ，一般取 z = 8 ~ 30 ， 然后选定模数，确定棘轮的齿顶圆直径 a d 。 （a） （b） （c） （d） （e） 图 8-8 棘轮齿形 3．棘轮齿面偏斜角 的确定 如图 8-9 所示为棘爪与棘轮齿尖 A 点接触时棘爪受力分析图。为了使在传递相同转矩时棘爪 受力最小，棘爪转动中心 O2 与棘轮齿尖 A 的连线 O2 A （设长度为 L）应垂直于过棘轮齿尖 A 的 向径 O1A 。棘轮的轮齿工作面与齿尖向径间的夹角 为齿面偏斜角，其作用是使棘爪受力时能 自动滑向棘轮齿根面，保证棘轮机构可靠工作。棘爪进入棘轮齿槽时，棘轮对棘爪的作用力有正 压力 P 和摩擦力 F 。 图 8-9 棘爪受力分析 为了使棘爪能顺利进入棘轮齿槽，应使正压力 P 对棘爪转动中心 O2 产生的力矩大于摩擦力 F 对其产生的力矩，即
PLsina>FLcosa 由于F=P(∫为摩擦系数)，则 tana>f 若取摩擦角p=arctan∫，即 a> (8-2) 从以上分析可知，棘爪能顺利滑入棘轮的齿根面并自动呐紧的条件为：棘轮齿面偏斜角α应 大于棘爪与棘轮齿面间的摩擦角。。 8.2槽轮机构 8.2.1槽轮机构的工作原理、特点和应用 1.槽轮机构的工作原理 如图&-l0所示为一典型的槽轮机构(geneva mechanism),主要由带有圆柱销的主动拨盘l、 带有径向槽的从动槽轮2及机架组成。 工作时，主动拨盘1匀速转动，其上的圆柱销嵌入从动槽轮2的径向槽内，随后槽轮2与拨 盘1的锁止弧逐渐脱离，圆柱销带动槽轮沿相反的方向转动。 当拨盘上的圆柱销离开槽轮的径向 槽时，两锁止弧相互配合，确保槽轮不再转动，保持静止状态。如此循环，拨盘作匀速转动时， 槽轮作时转时停的单向间歇运动。 内凹锁 外凸锁止现 图8-10槽轮机构 槽轮机构的类型很多，按其结构形式可分为外啮合槽轮机构、内晒合槽轮机构、槽条机构和 球面槽轮机构等。图8-1l所示为双圆柱销外啮合槽轮机构，拨盘转一周，槽轮作两次间歇运动： 图8-11b所示为内啮合槽轮机构：图8-11©所示为齿条槽轮机构，齿条槽轮类似齿条，拨盘转动 1周，下边的槽条间歇移动一次：图8-11d所示为球面槽轮机构，拨盘转动一周，球面桔轮间歇 转过一个角度。 183
183 PLsin FLcos 由于 F = fP （ f 为摩擦系数），则 tan f 若取摩擦角 = arctan f ，即 （8-2） 从以上分析可知，棘爪能顺利滑入棘轮的齿根面并自动啮紧的条件为：棘轮齿面偏斜角 应 大于棘爪与棘轮齿面间的摩擦角 。 8.2 槽轮机构 8.2.1 槽轮机构的工作原理、特点和应用 1．槽轮机构的工作原理 如图 8-10 所示为一典型的槽轮机构（geneva mechanism），主要由带有圆柱销的主动拨盘 1、 带有径向槽的从动槽轮 2 及机架组成。 工作时，主动拨盘 1 匀速转动，其上的圆柱销嵌入从动槽轮 2 的径向槽内，随后槽轮 2 与拨 盘 1 的锁止弧逐渐脱离，圆柱销带动槽轮沿相反的方向转动。当拨盘上的圆柱销离开槽轮的径向 槽时，两锁止弧相互配合，确保槽轮不再转动，保持静止状态。如此循环，拨盘作匀速转动时， 槽轮作时转时停的单向间歇运动。 图 8-10 槽轮机构 槽轮机构的类型很多，按其结构形式可分为外啮合槽轮机构、内啮合槽轮机构、槽条机构和 球面槽轮机构等。图 8-11a 所示为双圆柱销外啮合槽轮机构，拨盘转一周，槽轮作两次间歇运动； 图 8-11b 所示为内啮合槽轮机构；图 8-11c 所示为齿条槽轮机构，齿条槽轮类似齿条，拨盘转动 1 周，下边的槽条间歇移动一次；图 8-11d 所示为球面槽轮机构，拨盘转动一周，球面槽轮间歇 转过一个角度
(c) (d) 图811常见槽轮机构 2.槽轮机构的工作特点及应用 槽轮机构的优点是结构简单、制造容易、外形尺寸小，工作可靠，机械效率高，在进入和脱 离接触时运动比较平稳，能准确控制转动的角度。不足之处是槽轮的转角不可调节，所以只适用 于定转角的间歇运动机构中，如自动机床、电影机械、包装机械等。 如图812所示为某一六角车床的刀架转位机构。刀架3上装有六种刀具，与刀架固连的槽 轮2上开有六个径向槽，拨盘1上装有一圆销A,每当拨盘转动一周，圆柱销A就进入槽轮一次， 驱使槽轮转过60°，刀架也随之转动60°，从而将下一工序的刀具换到工作位置上。 如图813所示为某一电影放映机构中的槽轮机构。为了适应人眼的视觉暂留现象，采用了 槽轮机构，使影片作间歇运动。 图812六角车床刀架的转位机构 图813放映机的卷片机构 如图8-14所示为某一蜂窝煤制作机，该机器的模盘转位机构采用了单销四槽槽轮机构，可 满足模盘完成制煤四道工序的停歇和转位的运动要求。 184
184 （a） （b） （c） （d） 图 8-11 常见槽轮机构 2．槽轮机构的工作特点及应用 槽轮机构的优点是结构简单、制造容易、外形尺寸小，工作可靠，机械效率高，在进入和脱 离接触时运动比较平稳，能准确控制转动的角度。不足之处是槽轮的转角不可调节，所以只适用 于定转角的间歇运动机构中，如自动机床、电影机械、包装机械等。 如图 8-12 所示为某一六角车床的刀架转位机构。刀架 3 上装有六种刀具，与刀架固连的槽 轮 2 上开有六个径向槽，拨盘 1 上装有一圆销 A，每当拨盘转动一周，圆柱销 A 就进入槽轮一次， 驱使槽轮转过 60°，刀架也随之转动 60°，从而将下一工序的刀具换到工作位置上。 如图 8-13 所示为某一电影放映机构中的槽轮机构。为了适应人眼的视觉暂留现象，采用了 槽轮机构，使影片作间歇运动。 图 8-12 六角车床刀架的转位机构 图 8-13 放映机的卷片机构 如图 8-14 所示为某一蜂窝煤制作机，该机器的模盘转位机构采用了单销四槽槽轮机构，可 满足模盘完成制煤四道工序的停歇和转位的运动要求
图8-14蜂窝煤制作机 8.2.2槽轮机构的运动特性 1.槽轮机构的基本参数 1)槽轮的槽数 如图8-15所示，为使槽轮开始和终止转动的瞬时角速度为，以避免圆柱销与槽轮发生冲 击，圆销进入径向槽或退出径向槽时，径向槽的中心线应切于圆销中心的轨迹。设径向槽的数目 为5，当槽轮2转过2p2时，拨盘1的转角2p1为 20=元-20，=7-2红 (8-3) 2)运动系数和圆柱销数 槽轮每次运动的时间1m对主动件回转一周的时间1之比称为运动系数，以x表示。当构件1 等速回转时，π可用构件1的转角之比来表示，即 因此 2-20.3 2π (8-4) 2 因为运动系数r必须大于零，所以由式(84)可知，槽轮的槽数应等于或大于3。对于图 8-15所示的单圆销外槽轮机构，槽轮的运动系数：总小于12，即槽轮的运动时间总小于静止时 间。如需得到x>1/2的槽轮机构则须在构件1上安装多个圆销。设k为均匀分布的圆销数，则 一个循环中槽轮的运动时间比只有一个圆销时增加k倍，故有 -k-21<1 2- 185
185 图 8- 14 蜂窝煤制作机 8.2.2 槽轮机构的运动特性 1．槽轮机构的基本参数 1）槽轮的槽数 如图 8-15 所示，为使槽轮开始和终止转动的瞬时角速度为零，以避免圆柱销与槽轮发生冲 击，圆销进入径向槽或退出径向槽时，径向槽的中心线应切于圆销中心的轨迹。设径向槽的数目 为 z，当槽轮 2 转过 2 2 时，拨盘 1 的转角 1 2 为 z 2 2 1 = − 2 2 = − （8-3） 2）运动系数和圆柱销数 槽轮每次运动的时间 tm 对主动件回转一周的时间 t 之比称为运动系数，以 表示。当构件 1 等速回转时， 可用构件 1 的转角之比来表示，即 2 m 2 1 = = t t 因此 z z 2 2 2 2 2 2 − = − = （8-4） 因为运动系数 必须大于零，所以由式（8-4）可知，槽轮的槽数应等于或大于 3。对于图 8-15 所示的单圆销外槽轮机构，槽轮的运动系数 总小于 1/2，即槽轮的运动时间总小于静止时 间。如需得到 1/ 2 的槽轮机构则须在构件 1 上安装多个圆销。设 k 为均匀分布的圆销数，则 一个循环中槽轮的运动时间比只有一个圆销时增加 k 倍，故有 1 2 ( 2) − = z k z
r=1表示槽轮作连续转动，故：应小于1，即有 k2-2 22 (8-5) 由(85)式可知：当：=3时，k可取1~5：当：=4或5时，k可取1~3：当：≥6，则k可 取1~2。 由于：=3时，工作过程中槽轮的角速度变化大，而：≥9时，槽轮的尺寸将变得较大，转动 时的惯性力矩也较大，但对：的变化却不大，因此槽数：常取为4~8。 2.槽轮机构的运动特性 如图816所示为外槽轮机构在转动过程中的某一瞬时位置，其拨盘1和槽轮2的转角分别 为9，和2。由图可得 sino tan 2 a-Rcoso (8-6) 令1=尽，并代入式(8-6)得 元sinp1 2=arctan1-cos (8-7) 将式(8-7)对时间1求导，便得槽轮的角速度©2为 -0o 1(Cosp1-2) (8-8) 当拨盘角速度⊙，为常数时，槽轮的角加速度为a2,有 (-1)sino (1-2zcos+ (8-9) 1 图8-15单圆销外槽轮机构 图816外槽轮机构的任一工作位置 186
186 = 1 表示槽轮作连续转动，故 应小于 1，即有 2 2 − z z k （8-5） 由（8-5）式可知：当 z = 3 时， k 可取 1 ~ 5 ；当 z = 4 或 5 时， k 可取 1 ~ 3 ；当 z 6 ，则 k 可 取 1 ~ 2。 由于 z = 3 时，工作过程中槽轮的角速度变化大，而 z 9 时，槽轮的尺寸将变得较大，转动 时的惯性力矩也较大，但对 的变化却不大，因此槽数 z 常取为 4 ~ 8。 2．槽轮机构的运动特性 如图 8-16 所示为外槽轮机构在转动过程中的某一瞬时位置，其拨盘 1 和槽轮 2 的转角分别 为 1 和 2 。由图可得 1 1 2 cos sin tan a − R = （8-6） 令 a R = ，并代入式（8-6）得 1 1 2 1 cos sin arctan − = （8-7） 将式（8-7）对时间 t 求导，便得槽轮的角速度 2 为 2 1 2 1 2 1 2 cos (cos ) d d − + − = = t （8-8） 当拨盘角速度 1 为常数时，槽轮的角加速度为 2 ，有 2 1 2 2 1 1 2 2 2 (1 2 cos ) ( 1)sin − + − = = dt d （8-9） 图 8-15 单圆销外槽轮机构 图 8-16 外槽轮机构的任一工作位置
由式(8-8)和式(89)可知，当拨盘的角速度@，一定时，槽轮的角速度和角加速度的变化 取决于槽轮的槽数：。图8-19所示为不同槽数的外槽轮角速度和角加速度的变化曲线。由图可 看出，槽轮角速度和角加速度的最大值随槽数：的增大而减小。此外，当圆销开始进入和退出径 向槽的瞬时，由于角加速度有突变，故存在柔性冲击，且冲击的大小，随槽轮槽数：的减少而增 大。 6 图817外槽轮角速度和角加速度的变化曲线 8.3不完全齿轮机构 8.3.1不完全齿轮机构的工作原理和特点 不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮机构演化而成的一种间歇运动机构，它与普通渐开线齿 轮机构不同之处是轮齿没有布满整个圆周，如图8-18所示，主动轮上只有一个或几个轮齿，其 余部分为锁止弧。而从动轮上的轮齿分布则视机构运动时间与静止时间的要求而定，图818所 示的两不完全齿轮机构中，主动轮连续转动一周，从动轮分别转八分之一周（图8-18a)和四分 之一周（图8-18b),在主动轮没有轮齿的位置，两轮的锁止弧互相配合锁住，保证从动轮停歇 在预定的位置，从而实现了主动轮连续转动，从动轮作间歇转动的目的。 不完全齿轮机构结构简单、容易制造、工作可靠，且只要适当地选取齿轮的齿数、锁止弧的 段数和锁止弧之间的齿数，就能使从动轮得到预期的停歇次数、停歇时间及每次转过的角度。 但不完全齿轮机构在轮齿开始进入啮合与脱离啮合时，因速度突变，引起刚性冲击，故一般 只用于低速轻载场合，常在多工位、多工序的自动机和半自动机工作台的间歇转位机构，以及在 要求具有间歇运动的计数机构、进给机构中采用。 187
187 由式（8-8）和式（8-9）可知，当拨盘的角速度 1 一定时，槽轮的角速度和角加速度的变化 取决于槽轮的槽数 z 。图 8-19 所示为不同槽数的外槽轮角速度和角加速度的变化曲线。由图可 看出，槽轮角速度和角加速度的最大值随槽数 z 的增大而减小。此外，当圆销开始进入和退出径 向槽的瞬时，由于角加速度有突变，故存在柔性冲击，且冲击的大小，随槽轮槽数 z 的减少而增 大。 图 8-17 外槽轮角速度和角加速度的变化曲线 8.3 不完全齿轮机构 8.3.1 不完全齿轮机构的工作原理和特点 不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮机构演化而成的一种间歇运动机构，它与普通渐开线齿 轮机构不同之处是轮齿没有布满整个圆周，如图 8-18 所示，主动轮上只有一个或几个轮齿，其 余部分为锁止弧。而从动轮上的轮齿分布则视机构运动时间与静止时间的要求而定，图 8-18 所 示的两不完全齿轮机构中，主动轮连续转动一周，从动轮分别转八分之一周（图 8-18a）和四分 之一周（图 8-18b），在主动轮没有轮齿的位置，两轮的锁止弧互相配合锁住，保证从动轮停歇 在预定的位置，从而实现了主动轮连续转动，从动轮作间歇转动的目的。 不完全齿轮机构结构简单、容易制造、工作可靠，且只要适当地选取齿轮的齿数、锁止弧的 段数和锁止弧之间的齿数，就能使从动轮得到预期的停歇次数、停歇时间及每次转过的角度。 但不完全齿轮机构在轮齿开始进入啮合与脱离啮合时，因速度突变，引起刚性冲击，故一般 只用于低速轻载场合，常在多工位、多工序的自动机和半自动机工作台的间歇转位机构，以及在 要求具有间歇运动的计数机构、进给机构中采用
