第6章其他常用机构.ppt

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1、 第6章 其他常用机构 6.1 棘轮机构的工作原理和类型 6.2 槽轮机构 6.3 万向联轴节 6.4 螺旋机构 6.5 不完全齿轮机构简介 6.6 机构的组合 6.1 棘轮机构的工作原理和类型 图6-1 外啮合棘轮机构 图6-2 内啮合棘轮机构 6.1.1 单向式棘轮机构 图6-1 所示为单向式棘轮机构。 该机构的特点是：当摇杆 向某一方向摆动时，棘爪推动棘轮转过某一角度；当摇杆反向 摆动时，棘轮静止不动。改变摇杆的结构形状，可以得到如图 6-3所示的双动式棘轮机构。当摇杆来回摆动时，都能使棘轮 沿单向转动。单向式棘轮机构的轮齿形状为不对称形， 常用 的是锯齿形（见图6-1）和直边三角形（见

2、图6-2）。 图6-3 双动式棘轮机构 6.1.2 双向式棘轮机构 当棘轮齿制成方形时，则可成为如图6-4（a）所示的可变 向棘轮机构。图6-4（b）为另一种可变向棘轮机构，当棘爪提 起并绕自身轴线转180后再放下，则可依靠棘爪端部结构两面 不同的特点，实现棘轮沿相反方向单向间歇转动。 图6-4 可变向棘轮机构 图6-5 带遮板的棘轮机构 6.1.3 摩擦式棘轮机构 图6-6 摩擦式棘轮机构 6.1.4 棘轮机构的特点及应用 1. 棘轮机构的特点 （1） 齿式棘轮机构。齿式棘轮机构的主动件和从动件之间 是刚性推动，因此转角比较准确，而且转角大小可以调整，棘 轮和棘爪的主从动关系可以互换，但是刚

3、性推动将产生较大的 冲击力，而且棘轮是从静止状态突然增速到与主动摇杆同步， 也将产生刚性冲击，因此齿式棘轮机构一般只宜用于低速轻载 的场合，例如工件或刀具的转位，工作台的间歇送进等，棘爪 在棘齿齿背上滑过时，在弹簧力作用下将一次次地打击棘齿根 部， 发出噪音。 （2） 摩擦式棘轮机构。这种机构的结构十分简单，工作 起来没有噪音(因此有时也称为“无声棘轮”)；棘轮的转角可调 ， 主动与从动的关系也可以互换。 但是由于是利用摩擦力楔 紧之后传动，因此从动件的转角准确程度较差。 通常只适用 于低速轻载场合。 2. 棘轮机构的应用 除上述棘轮机构以外，图6-7所示的是一种单向离合器，是 棘轮机构的一个

4、典型的应用。当主动爪轮逆时针回转时，滚柱 借摩擦力而滚向空隙的收缩部分，并将套筒楔紧， 使其随爪轮 一同回转；而当爪轮顺时针回转时，滚柱即被滚到空隙的宽敞 部分，而将套筒松开，这时套筒静止不动。 利用此种机构，当 主动爪轮以任意角速度反复转动时，可使从动的套筒获得任意 大小转角的单向间歇转动。故此种机构可用作单向离合器和超 越离合器。超越离合器是指能实现超越运动(即从动件的速度可 以超过主动件)的离合器。多数棘轮机构都可以用作超越离合器 。 自行车中的飞轮也是一种超越离合器。 图6-7 单向离合器 图6-8 棘轮停止器 6.2 槽 轮 机 构 图6-9 外啮合槽轮机构 图6-10 内啮合槽轮机

5、构和双圆柱槽轮机构 图6-11 空间槽轮机构 6.2.2 槽轮机构的特点和应用 槽轮机构结构简单、工作可靠，在进入和脱离啮合时运动 比较平稳。但在运动过程中的加速度变化较大，冲击较严重， 因而不适用于高速。在每一个运动循环中，槽轮转角与其径向 槽数和拨盘上的圆柱销数有关，每次转角大小固定而不能任意 调节。所以，槽轮机构一般用于转速不很高、转角不需要调节 的自动机械和仪器仪表中。 如在电影放映机中用作送片机构( 图6-12)，在C132单轴转塔自动车床中用作转塔刀架的转位机构 等。 图6-12 电影放映机中的槽轮送片机构 6.3 万 向 联 轴 节 6.3.1 单万向联轴节 图6-13所示的万向

6、联轴节，实际上是一个空间四铰链连杆 机构。 轴1和轴2相交成角，分别以普通圆柱面转动副A和D与 机架4相铰接。轴1和轴2的端部各装有叉形接头，分别以圆锥面 转动副B和C与中间十字形构件3相铰接。 B和的圆锥面中心 线相交于十字形构件3的中点O，该中点也是轴1和轴2的交点。 对于图6-13所示的单万向联轴节，当主动轴1回转一周时，从动 轴2也随之回转一周。但仔细观察两轴的转动可以发现，当主动 轴1作等角速转动时，从动轴2作变角速度的转动。如果我们以 主动轴1的叉面位于两轴所组成的平面内时作为它的转角1的度 量起始位置(此时1 =0)，则两轴角速比i12的关系式为 （6-） 图6-14所示为1在1

7、80范围内，i12随和1变化的曲线。由图可 见，两轴夹角越大，角速比或2的变化幅度也增大， 2的变 动范围为 。因此在实际使用中，考 虑结构和动力性能等各方面条件的限制，值及其变化范围一 般不超过3545。 图6-13 单万向联轴节 图6-14 单万向联轴节角速度变化曲线 6.3.2 双万向联轴节 为了消除上述从动轴变速转动的缺点，常将万向铰链机构 成对使用，如图6-15所示，构成双万向联轴节。为使所联接两 轴传动的角速度始终保持相等，使1=3，双万向联轴节必须 满足以下两个条件： 主动轴1与中间轴2的夹角必须等于从 动轴3与中间轴2的夹角，即：1=3； 中间轴2两端的叉面应 位于同一平面内。

8、 图6-15 双万向联轴节 6.3.3 万向联轴节的特点 万向联轴节结构紧凑，对制造和安装的精度要求不高， 能适应较恶劣的工作条件。从传动方面看，它不仅可以传递两 轴间夹角为定值时的转动，而且当轴间的夹角在工作过程中有 变化时仍可以继续工作。 因此在机械中有着广泛的应用。 6.4 螺 旋 机 构 螺旋机构是利用螺旋副联接两相邻构件的一种常用机构。 螺旋机构中除了螺旋副之外，通常还有转动副和移动副。最简 单的三构件螺旋机构如图6-16所示。它由螺杆、螺母和机架组 成。图(a)中B为螺旋副，导程为PB，A为转动副，C为移动副。 当螺杆转过角时，螺母沿螺杆的轴向位移s为 （6-2） 图6-16 滑动

9、螺旋机构 6.4.1 差动螺旋机构 如果把图6-16（a）中的转动副A也换成螺旋副，其导程为 PA，便得到如图6-16(b)所示的螺旋机构。如果螺旋副A和B的螺 纹旋向相同，则当螺杆转过角时，螺母的轴向位移s为两个螺 旋副移动量之差，即 由式（6-3）可知，当PA，PB相差很小时，螺母的位移会很 小。这种含双螺旋副且两螺旋副旋向相同的螺旋机构称为差动 螺旋机构，常用于微量调节、测微和分度装置中，如图6-17(a) 所示为镗床调节镗刀进刀量的差动螺旋机构。两螺旋副均为右 旋，导程PA1.25 mm，PB 1 mm，当螺杆转动一周时，镗刀 相对镗杆的位移仅为0.25 mm，故可实现进刀量的微量调节

10、，以 保证加工精度。 图6-17 螺旋机构的应用 6.4.2 复式螺旋机构 在图6-16(b)所示的螺旋机构中，若A，B两螺旋副旋向相反 (一为左旋，一为右旋)，当螺杆转过角时，螺母相对机架的位 移为 由式（6-4）可知，螺母可产生很快的移动。这种含双螺旋 副且两螺旋副旋向相反的螺旋机构称为复式螺旋机构。图6- 17(b)所示为用于车辆连接的复式螺旋机构，它可以使车钩E和F 较快地靠近或离开。 (6-4) 6.4.3 滚动螺旋和静压螺旋机构 1. 滚动螺旋机构 为了降低螺旋传动的摩擦，提高效率，用滚动摩擦代替普 通螺旋机构中的滑动摩擦，制成了滚动螺旋。其工作原理如图6 -18所示。 当螺杆或螺

11、母转动时，滚珠依次沿螺纹滚道滚动， 借助于返回装置使滚珠不断循环。滚珠返回装置的结构可分为 外循环和内循环两种。图6-18(a)为外循环，滚珠在螺母的外表 面经返回通道循环。图6-18(b)为内循环，每一圈螺纹有一反向 器， 滚珠只在本圈内循环。 图6-18 滚动螺旋机构 2. 静压螺旋机构 图6-19 静压螺旋机构 6.5 不完全齿轮机构简介 6.5.1 不完全齿轮机构的工作原理和类型 不完全齿轮机构是由普通齿轮机构演变而成的一种间歇运 动机构，如图6-20所示的不完全齿轮机构中，主动轮1的轮齿没 有布满整个圆周，所以当主动轮1作连续转动时，从动轮2作间 歇转动。当从动轮2停歇时，靠轮1的锁

12、住弧(外凸圆弧g)与轮2 的边锁住弧(内凹圆弧f)相互配合，将轮2锁住，使其停歇在预定 的位置上，以保证主动轮1的首齿S下次再与从动轮相应的轮齿 啮合传动。 不完全齿轮机构也有外啮合和内啮合两种类型。图6- 20(a)所示为外啮合不完全齿轮机构，轮1只有一段锁住弧，轮 2有四段锁住弧，当轮1转一周时，轮2转四分之一周，两轮转 向相反；图6-20(b)为内啮合不完全齿轮机构，轮1只有一段锁 住弧，轮2有十二段锁住弧，当轮1转一周时，轮2转十二分之 一周，两轮的转向相同。 图6-20 不完全齿轮机构 6.5.2 不完全齿轮机构的特点和应用 不完全齿轮机构中，主动轮和从动轮的分度圆直径、 锁 住弧的

13、段数，锁住弧之间的齿数，均可在较大范围内选取， 故当主动轮等速转动一周时，从动轮停歇的次数、每次停歇的 时间及每次转过角度的变化范围要比槽轮机构大得多。但是， 不完全齿轮机构的加工工艺较复杂，且从动轮在运动开始和终 止时有较大的冲击。 不完全齿轮机构一般用于低速、轻载的场合，如在自动机 床和半自动机床中用作工作台的间歇转位机构，以及间歇进给 机构、 计数机构等。 6.6 机 构 的 组 合 图6-21 曲柄滑块机构的运动输出规律 图6-22 牛头刨床机构运动输出规律 6.6.1 机构的串联组合 将若干个单自由度的基本机构顺序连接，使每一个前置机 构的输出运动作为后继机构的输入运动，这种组合方式

14、称为机 构串联组合。在图6-23(a)所示的机构中，构件1，2，5组成凸 轮机构，构件2，3，4，5组成曲柄滑块机构，构件2是凸轮机 构的从动件，同时又是曲柄滑块机构的主动件。这种组合方式 可用图6-23(b)所示的框图来表示。 图6-23 凸轮及滑块机构的串联组合 6.6.2 并联式组合 在机构组合系统中，若几个子机构共用同一输入构件，它 们的输出运动又同时输入到一个多自由度的子机构，从而形成 自由度为1的机构系统， 则这种组合方式称为并联式组合。图6- 24所示的双色胶版印刷机上的接纸机构就是这种组合方式的一 个实例。图中，构件1是一个双轮廓的凸轮，当其转动时，同时 带动四杆机构ABCD和

15、GHKM运动，而这两个四杆机构的输出 运动又同时传给五杆机构DEFNM，从而使连杆9上的P点描绘出 一条工作所要求的轨迹。 图6-24 凸轮与五杆机构的并联组合 6.6.3 反馈式组合 将一个多自由度基本机构的一个输出运动输入给一个单自 由度基本机构所获得的输出运动再反馈给原来的多自由度基本 机构，则这种组合方式称为反馈式组合。图6-25所示的精密滚 齿机中的分度校正机构就是这种组合方式的一个实例。它是由 自由度为2的蜗轮蜗杆机构（蜗杆除了绕本身的轴线转动1外， 还可以沿轴向移动s1）和自由度为1的凸轮机构组合而成的。 其中，蜗杆凸轮1为输入构件，凸轮2和蜗轮2为一个构件。 蜗 杆1的轴向移动

16、一个输入运动s1就是通过机构从蜗轮反馈的。 图6-25 蜗杆与凸轮机构的反馈式组合 6.6.4 复合式组合 在机构组合系统中，若由一个或几个串联的基本机构去封 闭一个具有两个或多个自由度的基本机构，则这种组合方式称 为复合式组合。这种组合方式的特点是，它与串联组合和并联 组合都既有共同之处，又有不同之处。图6-26所示的凸轮-连杆 组合机构，就是这种组合方式的一个例子。图中，构件1，4， 5 组成凸轮机构，构件1，2，3，4，5组成五杆机构。当构件1 为原动件时，C点的运动是构件1和构件4运动的合成。与串联组 合相比，其相同之处在于机构和机构的组成关系也是串联关 系，不同的是，机构的输入运动并

17、不全是机构的输出运动， 与并联组合相比，其相同之处在于C点的输出运动也是两个输入 运动的合成，不同的是这两个输入运动一个来自机构， 而另一 个来自原动件。 图6-26 凸轮与连杆机构的复合式组合 由上述第一种组合方式所形成的机构系统，其分析和综合 均比较简单。其分析的次序是：先分析运动已知的基本机构， 再分析与其串联的下一个基本机构，其顺序按框图由左向右进 行。而其设计的次序则刚好反过来，按框图由右向左进行， 即 先设计后一个基本机构，然后再设计前一个基本机构。由于各 种基本机构的分析和设计方法在前面各章中已作过较详细的研 究， 在这里不再赘述。通常所说的组合机构，指的是用一种机 构来约束和影响另一个多自由度机构所形成的封闭式传动系统 ，或者是几种基本机构有机联系、互相协调和配合的传动系统 。在组合机构中，自由度大于1的差动机构称为组合机构的基础 机构， 而自由度为1的基本机构称为组合机构的附加机构。 组合机构可以是同类基本机构的组合(如封闭式差动轮系 就是这种组合机构的一个特例)，也可以是不同类型基本机构 的组合。通常，由不同类型的基本机构所组成的组合机构用 得较多，因为它更有利于充分发挥各基本机构的特长和克服 各基本机构固有的局限性。组合机构多用来实现一些特殊的 运动轨迹或获得特殊的运动规律。