第5章 間歇運動機構(gòu)

第5章 間歇運動機構(gòu)在許多機械中，有時需要將原動件的等速連續(xù)轉(zhuǎn)動變?yōu)閺膭蛹闹芷谛酝Ｐg隔單向運動（又稱步進運動）或者是時停時動的間歇運動，如自動機床中的刀架轉(zhuǎn)位和進給，成品輸送及自動化生產(chǎn)線中的運輸機構(gòu)等的運動都是間歇性的。能夠?qū)⒅鲃蛹倪B續(xù)運動轉(zhuǎn)換為從動件有規(guī)律的間歇運動的機構(gòu)，稱為間歇運動機構(gòu)。實現(xiàn)間歇運動的機構(gòu)很多，最常見的有棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)和恰當設(shè)計的連桿機構(gòu)等。本章將簡要介紹這幾種間歇運動機構(gòu)的組成和運動特點。5.1 棘輪機構(gòu)圖5-1 棘輪機構(gòu)工作原理5.1.1 棘輪機構(gòu)的工作原理和基本類型 1.棘輪機構(gòu)的工作原理 （1）.組成棘輪機構(gòu)主要由棘輪、主動棘爪、止回棘爪和機架組成。 （2）。工作原理如圖5-1所示，當主動擺桿逆時針擺動時，擺桿上鉸接的主動棘爪插入棘輪的齒內(nèi)，推動棘輪同向轉(zhuǎn)動一定角度。當主動擺桿順時針擺動時，此時主動棘爪在棘輪的齒背上滑回原位，止回棘爪阻止棘輪反向轉(zhuǎn)動，棘輪靜止不動。此機構(gòu)將主動件的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)換為從動棘輪的單向間歇轉(zhuǎn)動。利用彈簧使止回棘爪緊壓齒面，保證止回棘爪工作可靠。 2.常用棘輪機構(gòu)的分類 （1）.按結(jié)構(gòu)分 齒式棘輪機構(gòu)（如圖5-2所示）： 這種棘輪機構(gòu)靠棘爪和棘輪嚙合傳動。棘輪的轉(zhuǎn)角可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，但棘爪在棘輪齒背上滑行時容易產(chǎn)生噪音、沖擊和磨損，適用于低速、輕載和轉(zhuǎn)角精度要求不高的場合。 圖5 - 2 齒式棘輪機構(gòu) 摩擦式棘輪機構(gòu)（如圖5-3所示）：這種棘輪機構(gòu)靠棘爪和棘輪之間的摩擦力傳動。棘輪轉(zhuǎn)角可作無級調(diào)節(jié)， 傳動平穩(wěn)、噪音小，但由于靠摩擦力傳動，會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，一方面可起到過載保護，另一方面也使傳動精度降低。適用于低速、輕載的場合。 圖 5 - 3 摩擦式棘輪機構(gòu) （2）.按嚙合方式分外嚙合式：外嚙合式棘輪機構(gòu)的棘爪或楔塊安裝在棘輪的外部，應(yīng)用較廣，其缺點是占用空間較大。如圖5 - 4所示為外嚙合式棘輪機構(gòu)。 圖5 - 4 外嚙合式棘輪機構(gòu)內(nèi)嚙合式：內(nèi)嚙合式棘輪機構(gòu)的棘爪或楔塊安裝在棘輪的內(nèi)部，其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小。如圖5 - 5所示為內(nèi)嚙合式棘輪機構(gòu)。 圖 5 - 5 內(nèi)嚙合式棘輪機構(gòu) （3） .按運動形式分 單動式棘輪機構(gòu)：當棘爪向某一方向運動時，才能推動棘輪運動。它又可分為單向間歇轉(zhuǎn)動和單向間歇移動機構(gòu)。單向間歇轉(zhuǎn)動：間歇機構(gòu)的從動件只做單向間歇轉(zhuǎn)動。如圖5-6所示。圖5-7 單向間歇移動 圖5 - 6單向間歇轉(zhuǎn)動 單向間歇移動：當棘輪半徑為無窮大時，棘輪就成為了棘齒條，主動件往復(fù)擺動時，棘爪即推動棘齒條做單向間歇移動。如圖5-7所示。雙動式棘輪機構(gòu)（如圖5-8所示）：這種棘輪機構(gòu)的棘爪可制成直頭雙動式和鉤頭雙動式。即在主動擺桿上安裝兩個主動棘爪，當擺桿向兩個方向往復(fù)擺動的過程中分別帶動兩棘爪，依次推動棘輪轉(zhuǎn)動。雙動式棘輪機構(gòu)與單動式棘輪機構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)緊湊，承載較大。 圖 5 - 8 雙動式棘輪機構(gòu) 雙向式棘輪機構(gòu)（如圖5-9所示）：又稱可變向棘輪機構(gòu)，可以實現(xiàn)棘輪兩方向間歇運動。其工作原理是變換棘爪相對棘輪的位置，實現(xiàn)棘輪的變向。 圖 5 - 9 雙向棘輪機構(gòu) 5.1.2 棘輪轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié) 1.調(diào)節(jié)搖桿擺動角度的大小，控制棘輪的轉(zhuǎn)角 如圖5-10所示，通過調(diào)節(jié)滑塊位置改變曲柄長度，也可通過調(diào)節(jié)螺母改變連桿的長度，從而改變搖桿的擺角，進而改變棘爪的運動，改變動停比。2.用遮板調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角 通過調(diào)整遮板角度，改變棘輪的轉(zhuǎn)角。如圖5-11所示。 圖5 - 10 改變擺桿擺角大小調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角 圖5 - 11用遮板調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角5.1.3 棘輪機構(gòu)的特點與應(yīng)用 棘輪機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運動可靠、 棘輪轉(zhuǎn)角可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)等優(yōu)點，但工作時有較大的沖擊和噪聲、運動精度不高、傳遞動力較小，所以常用于低速、輕載，要求轉(zhuǎn)角不太大或需要經(jīng)常改變轉(zhuǎn)角的場合。利用棘輪機構(gòu)具有單向間歇運動的特性，可以實現(xiàn)間歇送進、轉(zhuǎn)位分度、超越離合和制動等工藝要求。 1.間歇送進 如圖5-12所示，在牛頭刨床中通過棘輪機構(gòu)實現(xiàn)工作臺橫向間歇送進功能。為了實現(xiàn)工作臺的雙向間歇送進，由齒輪機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)和雙向式棘輪機構(gòu)組成了工作臺換向進給結(jié)構(gòu)。 圖5 - 12 牛頭刨床進給機構(gòu) 1-進給絲杠 2-棘輪機構(gòu) 3-曲柄搖桿機構(gòu) 2.制動 如圖5-13所示為起重設(shè)備中的棘輪制動器。當提升重物時，棘輪逆時針轉(zhuǎn)動，棘爪在棘輪齒背上滑過；當需要使重物停在某一位置時，棘爪將及時插入到棘輪相應(yīng)的齒槽中，防止棘輪在重力作用下順時針轉(zhuǎn)動，致使重物下墜，以實現(xiàn)制動。 圖 5 - 13 起重機制動裝置 圖5-14 手槍盤分度機構(gòu)3.轉(zhuǎn)位、分度如圖5-14所示的手槍盤分度機構(gòu)中，滑塊沿導(dǎo)軌向上運動時，棘爪1使棘輪轉(zhuǎn)過一個齒距，并使與棘輪固結(jié)的手槍盤轉(zhuǎn)過一個角度，此時擋銷上升使棘爪2在彈簧的作用下進入盤的槽中,使手槍盤靜止并防止反向轉(zhuǎn)動。當滑塊向下運動時，棘爪1從棘輪的齒背上滑過，在彈簧力的作用下進入下一個齒槽，同時擋銷使棘爪克服彈簧力繞軸逆時針轉(zhuǎn)動，手槍盤解脫止動狀態(tài)。4.超越離合如圖5-15所示，在鉆床中以摩擦式棘輪機構(gòu)作為傳動中的超越離合器，實現(xiàn)自動進給和快慢速進給功能。由主動蝸桿帶動蝸輪，通過外環(huán)使從動輪和軸與之同向同速轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)自動進給；當快速轉(zhuǎn)動手柄時，直接通過輪使軸作超越運動，實現(xiàn)快速進給。圖5-15 鉆床中的超越離合器5.2 槽輪機構(gòu)5.2.1 槽輪機構(gòu)的工作原理 1.組成圖5-16 槽輪機構(gòu)如圖5-16所示為槽輪機構(gòu)，它由主動撥盤、從動槽輪及機架等組成。2.工作原理 當撥盤以等角速度作連續(xù)回轉(zhuǎn)時，槽輪作間歇運動。當撥盤上的圓柱銷沒有進入槽輪的徑向槽時，槽輪的內(nèi)凹鎖止弧面被拔盤上的外凸鎖止弧面卡住，槽輪靜止不動。當圓柱銷進入槽輪的徑向槽時，鎖止弧面被松開，則圓柱銷驅(qū)動槽輪轉(zhuǎn)動。當撥盤上的圓柱銷離開徑向槽時，下個鎖止弧面又被卡住，槽輪又靜止不動。由此將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為從動槽輪的間歇轉(zhuǎn)動。5.2.2 槽輪機構(gòu)的類型、特點及應(yīng)用 1.槽輪機構(gòu)的類型槽輪機構(gòu)主要分為傳遞平行軸運動的平面槽輪機構(gòu)和傳遞相交軸運動的空間槽輪機構(gòu)兩大類。（1）.平面槽輪機構(gòu)平面槽輪機構(gòu)又分為外嚙合槽輪機構(gòu)和內(nèi)嚙合槽輪機構(gòu)。外嚙合槽輪機構(gòu) （如圖5 - 17所示）外槽輪機構(gòu)中的槽輪徑向槽的開口是自圓心向外，主動構(gòu)件與從動槽輪轉(zhuǎn)向相反。內(nèi)嚙合槽輪機構(gòu) （如圖5 - 18所示）內(nèi)槽輪機構(gòu)中的槽輪上徑向槽的開口是向著圓心的，主動構(gòu)件與從動槽輪轉(zhuǎn)向相同。 圖5 - 17 外嚙合槽輪機構(gòu) 圖 5 - 18 內(nèi)嚙合槽輪機構(gòu) 上述兩種槽輪機構(gòu)都用于傳遞平行軸運動。與外槽輪機構(gòu)相比，內(nèi)槽輪機構(gòu)傳動較平穩(wěn)、停歇時間較短、所占空間小。槽輪機構(gòu)中撥盤(桿)上的圓柱銷數(shù)、槽輪上的徑向槽數(shù)以及徑向槽的幾何尺寸等均可視運動要求的不同而定。圓柱銷的分布和徑向槽的分布可以不均勻，同一撥盤(桿)上若干個圓柱銷離回轉(zhuǎn)中心的距離也可以不同，同槽輪上各徑向槽的尺寸也可以不同。 （2）.空間槽輪機構(gòu) 球面槽輪機構(gòu)是一種典型的空間槽輪機構(gòu)，用于傳遞兩垂直相交軸的 間歇運動機構(gòu)。其從動槽輪是半球形，主動構(gòu)件的軸線與銷的軸線都通過球心。當主動構(gòu)件連續(xù)轉(zhuǎn)動時，球面槽輪得到間歇運動。空間槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu) 比較復(fù)雜，設(shè)計和制造難度較大。如圖5-19所示。 圖 5 - 19 空間槽輪機構(gòu) 2.槽輪機構(gòu)的特點及應(yīng)用槽輪機構(gòu)的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、機械效率高，能較平穩(wěn)、間歇地進行轉(zhuǎn)位，并能準確控制轉(zhuǎn)角。但其槽輪機構(gòu)動程不可調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)角不可太小，銷輪和槽輪的主從動關(guān)系不能互換。當圓柱銷突然進入或脫離徑向槽時，傳動存在柔性沖擊，不適于高速場合。槽輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)要比棘輪機構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求較高，因此制造成本上升。 槽輪機構(gòu)一般應(yīng)用于轉(zhuǎn)速不高和要求間歇轉(zhuǎn)動的機械當中，如電影膠片放映機、轉(zhuǎn)塔車床的刀架轉(zhuǎn)位機構(gòu)以及一些自動機械、輕工機械或儀器儀表等。 53其它間歇機構(gòu)簡介531不完全齒輪機構(gòu)不完全齒輪機構(gòu)，它由一個或幾個齒的不完全齒輪1，具有正常輪齒和帶鎖止弧的齒輪2及機架組成。在輪1主動等速連續(xù)轉(zhuǎn)動中，當主動輪1上的輪齒與從動輪2的正常齒相嚙合時，主動輪1驅(qū)動從動輪2轉(zhuǎn)動；當主動輪1的鎖止弧s1與從動輪2的鎖止弧s2接觸時，則從動輪2停歇不動并停止在確定的位置上，從而實現(xiàn)周期性的單向間歇運動。圖5.20所示的不完全齒輪機構(gòu)的主動輪1每轉(zhuǎn)1周，從動輪2只轉(zhuǎn)1/4周。不完全齒輪機構(gòu)有外嚙合不完全齒輪機構(gòu)和內(nèi)嚙合不完全機構(gòu)。如圖5.20和圖5.21所示兩種形式，一般常見外嚙合形式。外嚙合不完全齒輪機構(gòu)，兩輪轉(zhuǎn)向相反。內(nèi)嚙合不完全齒輪機構(gòu)，兩輪轉(zhuǎn)向相同。 圖 5 - 21 內(nèi)嚙合不完全齒輪機構(gòu) 圖 5 - 20 外嚙合不完全齒輪機構(gòu) 不完全齒輪機構(gòu)與其他間歇運動機構(gòu)相比，優(yōu)點是結(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，故一般只用于低速或輕載場合。如果用于高速，則可安裝瞬心附加桿使從動件的角速度由零 圖5 - 22齒條不完全齒輪機構(gòu)逐漸增加到某一數(shù)值，以使機構(gòu)傳動平穩(wěn)。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，如蜂窩煤壓制工作臺轉(zhuǎn)盤的間歇轉(zhuǎn)位機構(gòu)等。其它不完全齒輪機構(gòu)，如圖5-22所示為齒條與不完全齒輪機構(gòu)，連續(xù)轉(zhuǎn)動的圓盤通過銷帶動不完全齒輪擺動，驅(qū)動齒條往復(fù)運動。532凸輪式間歇機構(gòu)圖5-23所示是一種圓柱凸輪式間歇運動機構(gòu)。機構(gòu)的主動輪1為具有曲線溝槽的圓柱凸輪，從動件2則為均布有柱銷3的圓盤。當主動輪1轉(zhuǎn)動時，撥動柱銷3，使從動圓盤2作間歇運動。從動圓盤的運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線，適當?shù)耐馆嗇喞€可滿足機構(gòu)高速運轉(zhuǎn)的要求。不過，凸輪加工較復(fù)雜，加工精度要求較高，裝配調(diào)整的要求也較嚴格。這種機構(gòu)常用在輕載情況下的間歇運動（如火柴包裝機），間歇運動的頻率每分鐘可高達1500次左右。凸輪式間歇機構(gòu)的優(yōu)點是：運動可靠、傳動平穩(wěn)、承載能力較大；轉(zhuǎn)盤可以實現(xiàn)任何運動規(guī)律，以適應(yīng)高速運動要求；轉(zhuǎn)盤停歇時一般依靠凸輪棱邊進行定位，不需要附加任何定位裝置。缺點是凸輪加工精度要求較高。因此，凸輪式間歇機構(gòu)常用于各種高速機械的分度、轉(zhuǎn)位裝置和步進機構(gòu)中。533組合機構(gòu)單一的基本機構(gòu)一般可滿足設(shè)計給定的各種運動要求，但有一定的局限性。為擴大基本機構(gòu)的使用范圍，常把幾個基本機構(gòu)按一定方式組合，即得到組合機構(gòu)。 圖5 - 23圓柱凸輪式間歇運動機構(gòu)組合機構(gòu)并不是幾個基本機構(gòu)簡單的串連組合而是用一個機構(gòu)去約束或 封閉另一個多自由度機構(gòu)的封閉式傳動機構(gòu)，或者是幾個基本機構(gòu)互相協(xié)調(diào)和配合的傳動系統(tǒng)。它可以是同類型的基本機構(gòu)的組合，也可以是不同類型的基本機構(gòu)的組合。1. 雙聯(lián)凸輪機構(gòu)，如圖5 - 24所示。由兩個凸輪和一個雙滑塊機構(gòu)組成。它利用兩個滾子從動件各自的運動規(guī)律，來控制十字滑 圖 5-24 雙聯(lián)凸輪機構(gòu) 塊在和方向的運動，使點準確地實現(xiàn)預(yù)定的運動軌跡. 2.凸輪連桿機構(gòu)，如圖5 - 25所示。它由一個凸輪和曲柄滑塊機構(gòu)組成。曲柄可以在搖塊中相對滑動。當滾子沿凸輪槽運動時，曲柄長度不斷發(fā)生變化，只要設(shè)計適當?shù)耐馆嗇喞?，就可使滑塊3按給定的規(guī)律運動。圖 5 - 25 凸輪 - 連桿機構(gòu) 圖 5 - 26 橢圓齒輪帶動曲柄滑塊機構(gòu) 3.壓力機中，利用橢圓齒輪帶動曲柄滑塊機構(gòu)，如圖5 - 26所示。這樣，使壓力機的空回行程（滑塊從左向右）時間縮短，而工作行程的時間增長。這不僅使機構(gòu)具有急回作用，以節(jié)省空回程的時間，還可使工作行程中的速度比較均勻，以改善機器的受力情況。 本章小結(jié)本章主要介紹了棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)、凸輪式間歇機構(gòu)及組合機構(gòu)的組成及應(yīng)用。要求了解棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)和其它常用間歇機構(gòu)的組成，掌握其工作原理及運動特點和適用場合。弄清棘輪轉(zhuǎn)角的調(diào)整方法：通過改變搖桿擺角，或利用遮板調(diào)節(jié)棘輪的轉(zhuǎn)角。 思考題及練習(xí)題5.1 棘輪機構(gòu)有幾種類型，各有什么特點，適用于什么場合？5.2 棘輪機構(gòu)的轉(zhuǎn)角可調(diào)嗎？常用的調(diào)節(jié)方法有哪些？5.3 槽輪機構(gòu)是如何實現(xiàn)間歇運動的？內(nèi)槽輪機構(gòu)能不能采用多圓柱銷撥盤？5.4 試比較棘論機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)和凸輪式間歇運動機構(gòu)在運動平穩(wěn) 性、加工難易程度、制造成本等方面所具有的特點，各適用于何場合？ 5.5 牛頭刨床工作臺橫向進給機構(gòu)為什么要選用雙向式棘輪機構(gòu)？  5.6 內(nèi)槽輪機構(gòu)與外槽輪機構(gòu)相比有何優(yōu)點？86