机械原理课件--间歇运动机构

第7章间歇运动机构本章通过棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构的原理、类型介绍来讲解间歇运动机构的工作原理。重点：间歇机构的工作原理、结构特点及运用条件和运用的环境难点：间歇运动机构的工作原理、结构参数的设计过程。7.3棘轮机构7.3.1棘轮机构的组成和工作原理组成：有棘轮、主动棘爪（主动摆杆）、止回棘爪和机架工作原理：由主动棘爪带动棘轮完成间歇转动，止回棘爪阻止棘轮转动。一、按结构分：齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构1、齿式棘轮机构特点：结构简单；运动可靠；主、从动关系可互换；动程可在较大范围内调7.3.2类型和特点节；动停时间比可通过选择合适的驱动机构来实现，但动程只能有机调节；有噪声、冲击及磨损，不适用于高速。２、摩擦式棘轮机构特点：传动平稳，无噪音；传递扭矩较大；动程可无级调节；但由于靠摩擦力传动，会出现打滑现象，由此可起过载保护作用，但也使传动精度不高，适合低载。二、按啮合方式分：外啮合和内啮合1、外啮合特点：棘爪或楔块安装在棘轮的外部2、内啮合特点：棘爪或楔块安装在棘轮的内部，结构紧凑3、按运动形式分：单向间歇转动单向间歇移动双动式棘轮机构：与单动式棘轮机构相比，结构紧凑，承载较大。双向式棘轮机构：可实现两方向间歇转动。三、摩擦式棘轮机构(1)偏心楔块式棘轮机构偏心楔块式棘轮机构的工作原理与轮齿式棘轮机构相同，只是用偏心扇形楔块代替棘爪，用摩擦轮代替棘轮。利用楔块与摩擦轮间的摩擦力与楔块偏心的几何条件来实现摩擦轮的单向间歇转动，如图所示。(2)滚子楔紧式棘轮机构图为常用的摩擦式棘轮机构，构件1逆时针转动或构件3顺时针转动时，在摩擦力作用下能使滚子2楔紧在构件1、3形成的收敛狭隙处，则构件1、3成一体，一起转动；运动方向相反时，即当构件1顺时针或构件3逆时针转动时，构件1、3成脱离状态，主动件不能带动从动件转动。•四、棘轮机构的特点和应用轮齿式棘轮机构结构简单，易于制造，运动可靠，从动棘轮转角容易实现有级调整，但棘爪在齿面滑过引起噪声与冲击，在高速时尤为严重，故常于低速、轻载的场合用作间歇运动控制。•摩擦式棘轮机构传递运动较平稳，无噪声，从动件的转角可作无级调整。但难以避免打滑现象，因而运动准确性较差，不适合用于精确传递运动的场合。7.3.3棘轮机构的功能1、间歇送进：在牛头刨床上通过棘轮机构实现工作台横向间歇送进功能。2、制动：在卷扬机中通过棘轮机构实现制度功能，防止链条断裂时卷筒逆转。3、转位分度：手枪盘中通过棘轮机构实现。4、超越离合器：在车床中以棘轮机构作为传动中的超越离合器，实现自动进給和快慢速进给。7.3.4棘轮机构设计中的主要问题1.棘轮齿形的选择最常见的棘轮齿形为不对称梯形。为了便于加工，当棘轮机构承受载荷不大时，可采用三角形棘轮轮齿，三角形轮齿的非工作齿面可做成直线型和圆弧型。双向式棘轮机构，由于需双向驱动，因此常采用矩形或对称梯形作为棘轮齿形。非工作面2.棘轮转角大小的调整(1)采用棘轮罩采用棘轮罩，使棘爪的部分行程沿棘轮罩表面滑过，改变棘轮罩位置，即可调整棘轮转角的大小，如图所示。(2)改变摆杆摆角图所示棘轮机构中，通过改变曲柄摇杆机构曲柄长度OA的方法来改变摇杆摆角的大小，从而调整棘轮机构转角的大小。(3)多爪棘轮机构要使棘轮每次转动小于一个轮齿所对的中心角γ时，可采用棘爪数为n的多爪棘轮机构。如图所示n=3的棘轮机构，三棘爪位置依次错开γ/3，当摆杆转角φ1在[γ/3，γ]范围内变化时，三棘爪依次落入齿槽，推动棘轮转动的相应角度φ2为[γ/3，γ]范围内γ/3的整数倍，即棘轮转角为γ/3或2γ/3。3.棘轮机构的可靠工作条件(1)棘爪可靠啮合条件图中，θ为棘轮齿工作齿面与径向线间的夹角，称为齿面角，L为棘爪长，O1为棘爪轴心，O2为棘轮轴心，啮合力作用点为P(为简便起见，设P点在棘轮齿顶)，当传递相同力矩时，O1位于O2P的垂线上，棘爪轴受力最小。为使棘爪能顺利地滑入棘轮齿根，要求齿面角θ大于摩擦角φ，即棘爪受的总反作用力FR的作用线必须在棘爪轴心O1和棘轮轴心O2之间穿过。(2)偏心块楔紧条件对于图所示的偏心楔块式棘轮机构，摆杆逆时针转动时，轮3对楔块2在接触点A作用正压力FN与摩擦力fFN。正压力FN有松开楔块的作用，要使楔块楔紧棘轮3，应使FN与fFN对O2的力矩满足tanαf而f=tanφ所以αφφ为摩擦角；α为楔块廓线升角。因此，楔紧条件是楔块廓线升角α小于摩擦角φ；或摩擦轮对偏心楔块总反力FR的作用线必须在棘轮轴心O1和棘爪轴心O2之间穿过。(3)滚子楔紧条件图所示滚子楔紧式棘轮机构，滚子受力情况。当套筒1逆时针方向转动时，在摩擦力FA的作用下，滚子2有逆时针滚动的趋势，因此星轮3在接触点B对滚子作用有摩擦力FB。摩擦力FA与FB使滚子楔紧，其夹角为楔紧角β，而滚子2在接触点A、B的正压力FNA和FNB欲将滚子挤向楔形大端而松开。因此滚子楔紧条件是楔紧角小于两倍的摩擦角。但β角选择过小，反向运动时滚子将不易退出楔紧状态。即β2φ7.4槽轮机构工作原理：圆销进入径向槽时槽轮开始运动，圆销脱离径向槽时，槽轮的内凹弧与主动销轮的外凸弧锁紧，槽轮不转动。双圆柱销，8槽7.4.1槽轮机构组成和工作原理组成：有带有圆柱销的主动销轮，具有直槽的从动轮及机架组成。一、平面槽轮机构：分外槽轮和内槽轮1、外槽轮机构：外啮合外槽轮机构，主从动轮转动方向相反。2、内槽轮机构：内啮合式的内槽轮机构主、从动轮转向相同。与外槽轮机构相比，内槽轮机构传动平稳，停歇时间短，所占空间小。二、空间槽轮机构：传递相交轴的运动。7.4.2槽轮机构的类型分平面槽轮机构和空间槽轮机构。此外，为了使槽轮两次停歇时间不等，可以使主动拨盘上的圆柱销不均匀分布；为了使槽轮两次停歇时间和运动时间都不相等，可以做成不等臂长的多销槽轮机构。特点：结构简单、容易制造、工作可靠、能准确控制转角、机械效率高。但其动程不可调节、转角不可太小，销轮和槽轮的主从动关系不能互换、起停有冲击。与棘轮机构相比，工作平稳性较好。应用：用于自动机械、轻工机械或仪表中，实现间歇送进和转位功能。1、电影放映机2、六角车床转塔刀架3、钟表齿轮冲压机4、用于钟表的秒针7.4.３槽轮机构的特点及应用1.槽轮机构的运动系数τ(1)外槽轮机构槽轮机构的运动系数τ：槽轮运动时间t2与主动拨盘运动一周时间t1的比值。当主动拨盘上只有一个圆柱销时7.4.4槽轮机构的设计可见，为保证t20，必须有z2，因而槽轮机构的运动系数τ0.5为增大运动系数τ，可在主动拨盘上安装k个均布的圆柱销，这时其运动系数τ可比原来增大k倍，即为保证槽轮机构仍为间隙运动，必须有τ1，因此(2)内槽轮机构可见内槽轮机构的运动系数τ总大于0.5。当槽数z2时，k总小于2，所以内槽轮机构只可以用一个圆销。槽轮机构的运动和动力特性随着槽数的增加而趋于平稳，动力特性也得到改善，但槽数过多，使槽轮体积过大，惯性力增加，亦不利于平稳运动，设计时取槽数为4~8。主要尺寸：见表7-4组成：主动轮、从动轮和机架7.5不完全齿轮机构类型：外啮合、内啮合和不完全齿轮齿条机构特点：设计灵活、从动轮的运转角范围大、很容易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动，但加工复杂；在进入和推出啮合时速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于高速转动；主、从动轮不能互换。应用：多用于多工位、多工序的自动机械或生产线上，作为工作台的间歇转位机构和进给机构。实例：蜂窝煤制煤机灯泡抽气机设计注意：1、主动轮首、末齿齿顶需降低，以避免齿顶干涉；2、加瞬心线附加板，减少啮入及啮出阶段的冲击（即有一个送人过程）。运动系数：当主动销轮回转一周时，从动槽轮的运动时间t2与主动销轮的运动时间t1之比，用K表示，即k=t2/t11、槽数z和圆销数n选择：外槽轮：22zzk7.4.4槽轮机构的设计若使槽轮运动时间和静止时间相等，令K=1，得k=2，z=4，图7-24；若使槽轮每次停歇时间不等，圆柱销应不均匀分配；若使槽轮每次运动时间不等，圆销的回转半径不等，图7-25。7.3.4棘轮机构设计中的主要问题1o2o齿面倾斜角α、模数、齿数及主要几何齿寸计算α：棘轮齿面与径向线所夹角。棘爪轴心位置角β：棘爪轴心O1与轮齿顶点A的连线O1A与过A点的齿面法线nn的夹角。为保证棘爪在受力时能紧紧抵住棘轮轮齿的齿根而不致滑脱，满足摩擦角取α=β。当f=0.15~0.2，α=10°~15°。当棘轮齿受力较大时，为保证齿的强度，可取α小于摩擦角，甚至取α=0或α＜0见表7-1所示