第7章-间歇运动机构及其设计

作者潘存云第7章间歇运动机构及其设计7－1棘轮机构7－2槽轮机构7－3擒纵机构7－4凸轮式间歇运动机构7－5不完全齿轮机构7－6间歇运动机构设计的基本要求作者潘存云一、棘轮机构的组成及其工作原理组成：摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。7－1棘轮机构工作原理：摆杆往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动。优点：结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调。缺点：工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差。适用于速度较低和载荷不大的场合。棘轮摆杆止动爪棘爪作者潘存云轮齿分布：外缘、内缘、端面、棘条机构二、棘轮机构的类型作者：潘存云教授端面作者：潘存云教授外缘作者：潘存云教授内缘棘条棘轮类型作者潘存云作者：潘存云教授二、棘轮机构的类型与应用工作方式：单动式、双动式棘轮机构。双动式棘轮机构2双动式棘轮机构1轮齿分布：外缘、内缘、端面棘轮机构作者：潘存云教授单动式作者：潘存云教授棘轮类型作者潘存云作者：潘存云教授二、棘轮机构的类型与应用棘轮转向是否可调:单向、双向运动棘轮机构。AB’B棘轮双向运动1棘轮双向运动2工作方式：单动式、双动式棘轮机构。轮齿分布：外缘、内缘、端面棘轮机构。棘轮类型作者潘存云作者：潘存云教授二、棘轮机构的类型与应用按工作原理分：轮齿棘轮、摩擦棘轮演示模型摩擦棘轮超越离合器132作者：潘存云教授132作者：潘存云教授2134棘轮类型棘轮转向是否可调:单向、双向运动棘轮机构。工作方式：单动式、双动式棘轮机构。轮齿分布：外缘、内缘、端面棘轮机构。作者潘存云三、棘轮机构的设计1）棘轮模数和齿数的确定定义：m=da/Z11.522.533.5456810棘轮模数表mm棘轮的最小转角θmax由工作要求确定。Z≥2π／θmin∵棘轮每次转动整数个齿，故齿数应满足如下条件：2π／Z≤θmin工程上一般取：Z=12~25作者潘存云1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、5、6、8、10顶圆直径dada=mz与齿轮不同齿间距pP=πm齿高hh=0.75m齿顶弦长aa=m棘爪工作面长度a1a1=(0.5~0.7)a齿偏角αα＝20°棘轮宽bb=(1~4)m棘爪斜高h1、齿斜高h’h1=h’≈h/cosα棘轮齿根圆角半径rfrf=1.5mm棘爪尖端圆角半径r1r1=2mm棘爪长度L一般取L=2p作者：潘存云教授a1Lp60°~80°adaαo1o2齿数z12~252）棘轮的齿形与几何尺寸计算作者：潘存云教授棘轮参数计算公式或取值h’h1rfr1齿槽角h模数m作者潘存云3）棘轮转角的调节作者：潘存云教授023451023451φ牛头刨床进给调整机构φ作者：潘存云教授通过调遮挡罩来调角度（1）摆杆摆角不变，调节棘轮遮挡罩（2）改变摆杆的摆角━━通过改变曲柄长度a作者潘存云要求在工作时，棘爪在Pn和F的作用下，能自动滑入棘轮齿槽。dao1作者：潘存云教授Ao2Σ=90°LFPnsinα∵F=Pnf代入得：tanαf∴αφ当f=0.2时，φ＝11°30’通常取:α＝20°FtPn——正压力F——摩擦力条件是两者对O2的力矩要满足如下条件：MpnMF将力分解成切向和径向分量M=tanφα齿偏角FcosαLLptPnα4）棘轮机构的可靠工作条件prαFr作者潘存云运动特点：轮齿式棘轮工作时噪音大且转角为步进可调，但运动准确。而摩擦棘轮正好相反。应用：在各类机床中实现进给、转位、或分度。应用实例：作者：潘存云教授起重机止动器作者潘存云工作台进给驱动机构牛头刨床应用实例：作者潘存云作者：潘存云教授ABCD间歇转动冲头卸料工位装料工位冲压工位自行车飞轮冲床转位应用实例：作者潘存云应用实例：棘轮扳手作者潘存云应用实例：棘轮式压线钳子作者潘存云应用实例：模锻棘轮式封车器作者潘存云应用实例：卡车篷布棘轮式张紧器作者潘存云o1作者：潘存云教授o27－2槽轮机构一、槽轮机构的组成及其工作特点作用：将连续回转变换为间歇转动。组成：带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮。拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上的凸圆弧，起锁定作用。特点：结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，能平稳地、间歇地进行转位。因槽轮运动过程中角速度有变化，不适合高速运动场合。工作过程：拨盘连续回转，当两锁止弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动.锁止弧槽轮拨盘圆销因槽轮象马尔它共和国铁十字勋章而得名ω1ω2作者潘存云作者：潘存云教授二、槽轮机构的类型外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构球面槽轮机构类型轴线平行轴线相交外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构球面槽轮机构设计：潘存云ω2ω1o1作者：潘存云教授o2ω1ω2作者潘存云o1作者：潘存云教授o21）槽数Z和圆销数n的选取拨盘等速回转一圈的运动时间为：t＝2π/ω1定义：k=td/t为运动系数，即：k=td/t为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与拨销中心连线成90°角。故有：2φ2td＝2α1/ω1槽轮的运动时间为：=2α1/2π2α1=π－2φ2=π－(2π/z)=2π(z-2)/2z代入上式ω290°90°三、槽轮机构的设计2α1ω1作者潘存云熟记该公式！将2α1代入得：∵k0可知：当只有一个圆销时，k=1/2-1/z若拨盘上装有n个均布的圆销，则运动系数将是单圆柱销的n倍，即:k=n(1/2-1/z)∵k≤1∴槽数z≥3得：n≤2z/(z-2)当k=1槽轮机构已经不具备间歇运动特性了!k=1/2-1/z即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。0.5为何k≤1？作者潘存云由：n≤2z/(z-2)得：特别当：z=4及n=2时，说明此时槽轮的运动时间和静止时间相等。k=n(1/2－1/z)=0.5≥715/14槽数z圆销数n运动系数k31~51/6~5/641~31/4~3/45、61~20.3~2/3槽数Z、圆销个数n与运动系数k之间的关系举例：试设计一外槽轮机构，使其运动系数k=0.6。解：由：k=n(1/2-1/z)=0.6得：n=2，Z=5作者潘存云作者：潘存云教授ω2ω1内槽轮机构的运动系数：拨盘等速回转一圈的运动时间为：t＝2π/ω1td＝2α1/ω1槽轮的运动时间为：2α12α1=π+2φ2=π+(2π/z)=2π(z+2)/2zk=td/t=0.5+1/z结论：内槽轮机构的运动时间总是大于静止时间。2φ2作者潘存云作者：潘存云教授四、槽轮机构的几何尺寸计算圆销半径r由受力大小确定r≈R/6中心距L由安装空间确定回转半径RR=Lsinφ=Lsin(π/z)槽顶半径ss=Lcosφ=Lcos(π/z)槽深hh≥s-(L-R-r)拨盘轴径d1d1≤2(L-s)槽轮轴径d2d2≤2(L-R-r)参数计算公式或依据槽数z由工作要求确定圆销数nsd2r槽顶侧壁厚bb=3~5mm经验确定b锁止弧半径r0r0=R-r-bRLh12d1r0φ作者潘存云作者：潘存云教授ω2ω1o1五、改善槽轮机构性能的设计(1)外啮合槽轮机构规定:和在圆销进入区为正，在圆销离开区为负，变化区间为：－α1≤α≤α1在△ABO2中有如下关系：cos1sintan1＝－φ2≤φ≤φ2BOAB2tancossinRLR令λ＝R/L，并代入上式得：-φ2-α1图示槽轮在运动的任一瞬时，设拨盘位置角用α来表示，槽轮位置角用φ表示。R槽轮的运动是靠圆销的拨动来实现的，在一个运动循环内，槽轮经历了从静止→运动→静止的过程，因此，槽轮的角速度是变化的，从而具有角加速度，以下将分析槽轮运动的变化规律。α1αφφ2LO2ABφ作者潘存云分别对时间求一阶导数、和二阶导数，得：12dtd令i21=ω2/ω1(传动比),kα=α2/ω21得：221cos21)(cosi将上述i21、kα随α的变化绘制成曲线，称为槽轮机构的其中：dα/dt=ω121222dtd12cos21)(cos212212)cos21(sin)1(2212)cos21(sin)1(k其中：dω1/dt=0运动特性曲线。上式说明，当拨盘以等角速度运动时，槽轮随位置的变化而变化。因为λ随槽数z的不同而变化，因此，不仅随机构位置变化，而且随槽数变化。作者潘存云运动特性分析：①槽轮运动的ωmax、amax随槽数z的增多而减小。作者：潘存云教授α54321-60˚-40˚-20˚020˚40˚60˚-50˚-30˚-10˚10˚30˚50˚1221i6槽轮运动的前半段，槽轮的角速度ω2是增加的，角加速度α20后半段正好相反。运动特性曲线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˚8642-4-6-8α221cos21)(cosi2212)cos21(sin)1(k圆销进入或退出径向槽时，角速度有突变，②存在柔性冲击。Z愈少，冲击愈大。z=8作者潘存云作者：潘存云教授z=4120.80.60.40.212-135˚-90˚-45˚045˚90˚135˚α(2)内啮合槽轮机构用同样方法可求得内啮合槽轮机构的运动曲线如图所示。③曲线呈单调变化而不象外槽轮那样有两个峰值。特性分析：①存在柔性冲击。a=1圆销进入或退出径向槽时，角速度有突变，且值与外槽轮相等。②但随着转角增大，角加速度值迅速下降并趋于零；a=1④内槽轮机构的动力性能比外槽轮机构要好得多。1.00.750.50.250-0.25-0.5-0.75-1.0212212作者潘存云应用实例：电影放映机作者潘存云电影摄影机航空照像机应用实例：作者潘存云六角车床转塔应用实例：车螺纹41装牙膏筒2车帽口6卸牙膏筒5切尾3空闲作者潘存云应用实例：滚动轴承自动装配机作者潘存云564121’33’87－3擒纵轮机构一、擒纵轮机构的组成及其工作原理组成：游丝摆轮、擒纵叉、擒纵轮。工作原理：擒纵轮受发条力矩的驱动，游丝摆轮系统往复摆动，带动擒纵叉往复摆动，卡住或释放擒纵轮，并使它间歇转动。游丝摆轮作者：潘存云教授645擒纵轮121’33’8擒纵叉564121’833’564121‘33’856411’2833’作者潘存云二、擒纵轮轮机构的类型与应用固有振动系统型擒纵轮轮机构无固有振动系统型擒纵轮轮机构作者：潘存云教授3142作者：潘存云教授1243—计时精度高，用于钟表——结构简单、成本低、计时精度不高，用于自动记录仪、时间继电器、计数器、定时器、测速器、照相机快门和自拍器等。作者：潘存云教授564121’33’8作者潘存云定时器闹钟作者潘存云洗衣机定时器闹钟作者潘存云7－4凸轮式间歇运动机构一、工作原理及特点圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间歇转动。特点：从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状。优点：可通过选择适当的运动规律来减小动载荷、避免冲击、适应高速运转的要求。定位精确、且结构紧凑。缺点：凸轮加工较复杂、安装调整要求严格。作者潘存云蜗杆凸轮间歇运动机构━━交错轴共轭凸轮间歇运动机构━━平行轴圆柱凸轮间歇运动机构蜗杆凸轮间歇运动机构凸轮间歇机构类型圆柱凸轮间歇运动机构━━交错轴共轭凸轮间歇运动机构二、类型作者潘存云三、凸轮式间歇运动机构的设计若凸轮转动一周的时间为t1，凸轮沟槽中螺旋角不为零的曲线所对应的角度为θ,则转盘的运动时间为：静止时间为：1）转盘的转位时间与静止时间2）圆柱销数Z的选取一般按工步数确定Z，但过少会引起凸轮与圆柱销的干涉。因此，对于单头廓线的凸轮取：Z≥5O2O1O1作者：潘存云教授θω1ω2∵ω1=td/θ=t1/2π∴td=θt1/2π作者潘存云（2）圆柱销的直径d为保证传动精度，d与凸轮槽宽度应相同。3）主要参数设计作者：潘存云教授RDhbO2O1O1d（1）凸轮的最大升程h2π/zh=2Rsin(π/Z)（3）凸轮的宽度b为保证从动件停车阶段可靠定位，应使凸轮廓线与两圆柱销同时接触，即：b=h-d（4）凸轮平均半径DD与凸轮廓线的压力角有关，若压力