第6章 间歇运动机构
机械设计基础第6章间歇运动机构与组合机构
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目录
• 引言 • 间歇运动机构 • 组合机构 • 间歇运动机构与组合机构的应用案例 • 总结与展望
01 引言
主题简介
间歇运动机构
主要研究能够实现周期性运动的 机构，如凸轮机构、槽轮机构等 。
组合机构
将两个或多个基本机构组合在一 起，以实现更复杂运动的机构。
智能化与自动化
随着工业4.0和智能制造的推进，间歇运动机构和组合机 构的设计与优化将更加依赖于智能化技术和自动化手段。
性能优化与绿色设计
未来的机械系统对效率和能耗的要求越来越高，如何实现 间歇运动机构和组合机构的性能优化和绿色设计是亟待解 决的问题。
实践建议与进一步学习资源
实践操作与实验
建议学习者通过实验和实践操作来加深对间歇运动机构和组合 机构的理解，可以通过设计、制作和测试简单的机构模型来锻 炼自己的实际操作能力。
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类型
常见的组合机构包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等，这些机构可以按照一定 的方式进行组合，形成各种复杂的运动形式。
组合方式与原理
01
串联式组合
串联式组合是指将两个或多个机构依次连接，前一个机构的输出作为后
一个机构的输入，最终实现复杂的运动功能。串联式组合的原理是各组
成机构的运动规律叠加。
02
并联式组合
组合机构介绍
阐述了组合机构的概念、 设计方法和应用，通过实 例说明了组合机构的优势 和设计技巧。
机构性能分析
介绍了如何对间歇运动机 构和组合机构进行性能分 析和优化，包括运动学和 动力学分析。
未来发展方向与挑战
技术进步与新机构研发
随着科技的不断发展，未来可能会出现更多新型的间歇运 动机构和组合机构，以满足更复杂和多样化的机械系统需 求。
杨可桢《机械设计基础》(第5版)笔记和课后习题(间歇运动机构)
第6章 间歇运动机构6.1 复习笔记主动件连续运动（连续转动或连续往复运动）时，从动件做周期性时动、时停运动的机构成为间歇运动机构。
一、棘轮机构如图6-1所示，机构是由棘轮2、棘爪3、主动摆杆和机架组成的。
运动原理：主动棘爪作往复摆动，从动棘轮作单向间歇转动。
优点：结构简单、制造方便、运动可靠、棘轮轴每次转过角度的大小可以在较大范围内调节。
缺点：工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差。
因此棘轮机构适用于速度较低和载荷不大的场合。
棘轮机构按结构形式分：齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构；按啮合方式分：外啮合棘轮机构和内啮合机构；按运动形式分：单动式棘轮机构、双动式棘轮结构和双向式棘轮机构。
图6-1 棘轮机构1．棘爪工作条件在工作行程中，为了使棘爪能顺利进入棘轮的齿底，应满足：90αϕ>︒+-∑其中，α为棘齿的倾斜角，ϕ为摩擦角，∑为棘爪轴心和棘轮轴心与棘轮齿顶点的连线之间的夹角。
为了使传递相同的转矩时棘爪受力最小，一般取90∑=︒，为保证棘轮正常工作，使棘爪啮紧齿根，则有：αϕ>2．棘轮、棘爪的几何尺寸计算选定齿数z 和确定模数m 之后，棘轮和棘爪的主要几何尺寸计算公式如下： 顶圆直径 D m z =；齿高 0.75h m =；齿顶厚 a m =； 齿槽夹角6055θ=︒︒或；棘爪长度 2=L m π。
二、槽轮机构如图6-2中所示，该机构是由带圆销的主动拨盘1、带有径向槽的从动槽轮2以及机架组成的。
其中，拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上的凸圆弧都是起锁定作用。
工作特点：拨盘连续回转，当两锁止弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动，实现了将连续回转变换为间歇转动。
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，存在柔性冲击，因此不适合高速运动场合。
图6-2 槽轮机构运动特性系数τ：槽轮每次运动的时间m t 对主动构件回转一周的时间t 之比，有：m 2=2-=t z t zτ 其中，z 为槽数，是槽轮机构的主要参数。
《机械设计基础》课件第6章
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;按其啮合的情况，可分为外啮合棘轮机构和 内啮合棘轮机构。
齿式棘轮机构的棘轮外缘、内缘或端面上具有刚性的轮
1. 这种机构的特点是摇杆正向摆动时棘爪驱动棘轮沿同一 方向转过某一角度; 2.双动式棘轮机构 这种机构的特点是摇杆1往复摆动皆能使棘轮2沿同一方 向间歇转动，驱动棘爪3可制成平头的或钩头的，如图6-2所 示。
图6-2 双动式棘轮机构
3.可变向棘轮机构 这种机构的棘轮采用矩形齿，如图6-3所示。其特点是当 棘爪3处于实线位置，摇杆1往复摆动时，棘轮2沿逆时针方向 做间歇运动;当棘爪3翻转到虚线位置，摇杆1往复摆动时，棘 轮2将沿顺时针方向做间歇运动。
图6-3 可变向棘轮机构
4.
齿式棘轮机构的棘轮转角都是相邻两齿所夹中心角的倍 数，也就是说，棘轮的转角是有级性改变的。如果需要无级 性改变转角，可采用摩擦式棘轮机构，如图6-4所示。它由摩 擦轮3和摇杆1及其铰接的驱动偏心楔块2、止动楔块4和机架5 组成。当摇杆1逆时针方向摆动时，通过驱动偏心楔块2与摩 擦轮3之间的摩擦力，使摩擦轮沿逆时针方向运动。当摇杆1 顺时针方向摆动时，驱动偏心楔块2在摩擦轮上滑过，而止动 楔块4与摩擦轮之间的摩擦力，促使此楔块与摩擦轮卡紧，从
槽轮机构的结构简单，制造方便，转位迅速，工作可靠， 外形尺寸小，机械效率高。因此在自动机械中得到了广泛应 用。如图6-9所示为槽轮机构在电影放映机中的应用情况。
图6-9 电影放映机中的槽轮机构
6.3 不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构
6.3.1 不完全齿轮机构
06间歇运动机构
二、槽轮机构的类型 ◆外槽轮机构 ◆内槽轮机构 主、从动轮转向相同， 且具有传动较平稳、 停歇时间短、所占空 间小等特点。 主、从动轮转向相反
二、槽论机构的类型（续） 不等臂长多销槽轮机构
特点：径向槽径向 尺寸不同，拨盘上 销分布不均匀。槽 轮转一周，可以实 现动停时间均不相 同的运动要求。
二、槽轮机构的类型（续） 球面槽轮机构
讨论： 1、τ>0，∴Z≥3 2、 2 Z 2 3、要使
1 1 1
21 Z 2 1 1 2 2Z 2 Z
（τ =0，槽轮始终不动 ） 。 槽轮的运动时间总小于静止时间。
1 须在构件1上安装多个圆销。 2 2Z 设K为均匀分布的圆销数 K ( Z 2) 1 K Z 2 2Z
s (l A l B ) 2
称其为复式螺旋机构 车辆联接中的螺旋机构
车辆 联接实例
ξ 6-6 万向铰链机构
一、 万向铰链机构的组成和应用 万向联轴节
万向铰链机构用于传递两相交轴间的运动和动力， 广泛用于汽车、机床等机械中；
二、万向铰链机构的类型
传动过程中，两 轴夹角可以变动， 为变角传动机构。
φ＞ρ
式中ρ为齿与爪之间的摩擦角
四、棘轮、棘爪的几何尺寸计算及棘轮齿形的画法
五、棘轮机构的应用和功能 1. 应用场合
各种机床中，以实现进给、转位或分度功能。
2. 功能 ◆转位、分度
冲床工作台自动转位棘轮机构 的工作过程：
冲头D上升时通过棘爪带动棘轮 和工作台顺时针转位。冲头下 降时，摇杆AB逆时针摆动，工 作台不动。
驱动机构设计成 行程可调机构
加装棘轮罩，以遮盖摇杆摆 角范围内的一部分棘齿
ξ 6-2 槽轮机构
机械设计基础第6章间歇运动机构与组合机构
3 4
于楔块4的自锁作用能阻止
摩擦轮反转。这样，在摆
杆不断作往复运动时，摩
擦轮3便作单向的间歇运动。 图6-6 摩擦棘轮机构
6-6.swf
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15
棘轮机构除了常用于
实现间歇运动外，还能实
现超越运动。如图6-7所示
为自行车后轮轴上的棘轮
3
机构。当脚蹬踏板时，经
21
链轮1和链条2带动内圈具 3
13
移动棘轮（即棘条）形式（图6-5），其工作原理 和外啮合棘轮机构类似。
4
3 v3
2 1
图6-5 棘条机构
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14
如图6-6所示为摩擦
式棘轮机构，当摆杆1作逆
1
时针转动时，利用楔块2与
摩擦轮3之间的摩擦产生自 2
锁，从而带动摩擦轮3和摆
杆一起转动；当摆杆作顺 时针转动时，楔块2与摩擦 轮3之间产生滑动。这时由
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11
6.2 棘轮机构
6.2.1 棘轮机构的工作原理及应用
1 2
3
图6-3所示为外啮合棘轮机
构。它由摆杆1、棘爪2、棘棘轮为从动件。
5
当摆杆1连同棘爪2顺时针转动
时，棘爪进入棘轮的相应齿槽，
并推动棘轮转过相应的角度；
当摆杆逆时针转动时，棘爪在
第6章 间歇运动机构与组合机构
6.1 槽轮机构 6.2 棘轮机构 6.3 不完全齿轮机构 6.4 组合机构
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1
在机械和仪表中，常常需要原动件作连续运动，而 从动件则产生周期性时动时停的间歇运动，实现这种间 歇运动的机构称为间歇运动机构。间歇运动的机构很多， 本章仅介绍最常见的几种。
6 间歇运动机构
主动销轮顺时针作等速连续转动，当圆销未进入径向槽时，槽轮 因内凹的锁止弧β被销轮外凸的锁止弧α锁住而静止；圆销进入径 向槽时，两弧脱开，槽轮在圆销的驱动下转动；当圆销再次脱离 径向槽时，槽轮另一圆弧又被锁住，从而实现了槽轮的单向间歇 运动。
3. 槽轮机构的类型
外槽轮机构
内槽轮机构
槽条机构
球面槽轮机构
六角车床刀架转位机构
自动灌装机
切糕机
电影送片机构
§6-3
不完全齿轮机构
组成 ： 不完全齿轮机构由主动轮、从动轮和机架组成。主动轮为 只有一个齿或几个齿的不完全齿轮，从动轮由正常齿和带锁住弧 的厚齿彼此相间地组成。
工作原理 ： 当主动轮的有齿部分作
用时，从动轮就转动；当主动轮的
无齿圆弧部分作用时，从动轮停止 不动，因而当主动轮连续转动时， 从动轮获得时转时停的间歇运动。
牛头刨床工作台进给机构
转位、分度 手枪盘分度机构中滑块沿导 轨向上运动时，棘爪 1 使棘 轮转过一个齿距，并使与棘 轮固结的手枪盘转过一个角 度，此时挡销上升使棘爪 2 在弹簧的作用下进入盘的槽 中 , 使手枪盘静止并防止反 向转动。当滑块向下运动时， 棘爪 1 从棘轮的齿背上滑过， 在弹簧力的作用下进入下一 个齿槽，同时挡销使棘爪克 服弹簧力绕轴逆时针转动， 手枪盘解脱止动状态。
不完全齿轮机构的类型
单齿外啮合传动
部分齿外啮合传动
单齿内啮合轮传动
齿轮与齿条传动
圆锥不完全齿轮传动
图 6 － 10所示的机构，主动
轴 Ⅰ 上装有两个不完全齿
轮 A 和 B ，当主动轴 Ⅰ 连续 回转时，从动轴 Ⅱ 能周期
性地输出正转-停歇-反转运
动。为了防止从动轮在停 歇期间游动，应在从动轴
凸轮间歇运动机构- 第六章间歇运动机构.
0
z3
②要使槽轮有停歇，其运动时间 t2< t1，即：
R1 m
O
1
1
2z K z2
z 3, K 1 ~ 5
z 4,5, K 1 ~ 3
Φ
G
n
1
m
n
Φ
2
O2
z 6, K 1 ~ 2
注：z常取4~8
t2 k t1 21
t2 t1
1
1
21 2 2 ,
2
R1 m
O
1
Φ
t 21 2 k t1 2
2 2
2 z
G
n
1
m
n
Φ
2
k
z2 2z
O2
注：式中z为槽轮槽数；k为拨盘圆销数
>0即 ：
2' 2' 1 2 3 3
钩头棘爪
2' 2' 2 3 3
1 2
1 2
1
可变向棘轮机构
1
2
2
2'
可变向棘轮机构
1
3
摩擦式棘轮机构 棘轮无棘齿 棘轮的转角可无级性改变
1
2
3
4 5
自行车飞轮超越离合器
1 2 4 3
§6-2槽轮机构 1. 棘轮机构的基本结构和工作原理
槽轮（带径向槽）
（1）基本结构 拨盘（带圆销）
（1）基本结构：棘轮2、棘爪、机架
棘轮2与轴4固联, 原动件1空套在轴4上
（2）工作原理
原动件1连续地往复摆动 棘轮2作单向间歇转动，从而带动轴4作 单向间歇转动
外棘轮
注：棘轮转角是相邻两齿所夹中心角的倍数。
第6章间歇运动机构习题
第6章间歇运动机构习题第六章其他常用机构习题6-1.棘爪的工作条件应为棘齿偏斜角φ_________摩擦角ρ。
A.大于B.小于C.等于D.大于或等于6-2.在棘轮、棘爪的几何尺寸计算中，齿槽夹角的经验值一般取为_______。
A.30°或35°B.45°或50°C.55°或60°D.65°或70°6-3.人在骑自行车时能够实现不蹬踏板的自由滑行，这是________机构实现超越运动的结果。
A.凸轮B.不完全齿轮C.棘轮D.槽轮6-4.在单销的槽轮机构中，径向槽数目应为_________。
A.等于3B.小于3C.大于3D.大于或等于36-5.销的槽轮机构中，槽轮机构的运动时间总是________静止时间。
A.大于B.小于C.等于D.大于或等于6-6.对于单销的槽轮机构，槽轮运动的时间和静止的时间之比应为_________。
A.大于1B.等于1C.小于1D.大于或等于16-7.四槽单销的槽轮机构的运动特性系数为________。
A.0.2B.0.25C.0.3D.0.356-8.对于槽数z=3的槽轮机构，其圆销数目最多是________个。
A.2B.3C.4D.56-9.在以下间歇运动机构中，________机构更适应于高速工作情况。
A.凸轮间歇运动B.不完全齿轮C.棘轮D.槽轮6-10.电影院放电影时，是利用电影放映机卷片机内部的_________机构，实现的胶片画面的依次停留，从而使人们通过视觉暂留获得连续场景。
A.凸轮B.飞轮C.棘轮D.槽轮6-11为了使齿式棘轮机构的棘爪能顺利进入棘轮齿间，棘轮的棘齿偏斜角φ必须小于摩擦角ρ。
（）6-12.棘轮机构即能实现间歇运动，还能实现超越运动。
（）6-13.棘轮机构只能实现转角的有级性变化，而不能实现转角的无级性变化。
（）6-14.摩擦式棘轮机构传动平稳、噪声小、可实现运动的无级调节；但其接触表面易发生滑动。
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单向式棘轮机构
下图是双动式棘轮机构，当摆杆作往 复摆动时，都能使棘轮沿单一方向转动， 棘轮的转动方向是不可改变的。
驱动棘爪形状可以制成直的或带构头的。
双向式棘轮机构，
摩擦式棘轮机构传递运动平稳，无噪音，从动件 的转角可以做无级调整。但难以避免打滑现象，因此 运动的准确性较差，不适合用于精确传递运动的场合。
2、应用：棘轮机构主要用于作进给、超越和转位
等工艺动作的控制。
实现超越运动的棘轮机构：
实现进给的牛头刨床工作台机构
多爪棘轮机构实现棘轮每次转过小 于一个轮齿所对的中心角。
§6-3 不完全齿轮机构
1、主动轮是不完 整齿轮，从动轮在 主动轮连续转动下， 作间歇转动。 2、一般用于进给 机构中。 3、有刚性冲击存 在，不适用于主动 轮转速很高的场合。
§ 6-4 凸轮间歇运动机构
三、棘轮机构的特点和应用
一、棘轮机构的基本结构和工作原理
1.棘轮机构的组成： 主要由棘轮、棘爪、 主动摆杆和机架所 组成。
主动摆杆1空套 在与棘轮3固联的从动 轴上，驱动棘爪2与主 动摆杆1用转动副相联， 止动棘爪4与机架用转 动副连接，弹簧5是保 证棘爪与棘轮啮合。
2.工作过程：当主动摆杆1作往复摆动时，从动
第六章 间歇运动机构
本章要求 §6—1 槽轮机构 §6—2 棘轮机构
§6—3 §6—4
不完整机构 凸轮间歇运动机构
本章要求
掌握常用间歇运动机构的类型、 工作原理、特点及用途。
§6-1 槽轮机构
一、槽轮机构
1.槽轮机构的组成和工作原理
机架
槽轮
圆柱销
拨盘
2.槽轮机构的类型
1).平面槽轮机构
外槽轮机构
2）滚子楔紧式棘轮机构
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 动相反时，构件1、3成 脱离状态。
三、棘轮机构的特点和应用
1、特点
轮齿式棘轮机构结构简单，易于制造，运动可靠， 棘轮转角容易实现有级调整，但棘爪在齿面滑过会引 起噪音和冲击，经常在低速、轻载、用作间歇运动的 控制中。
运动关系(运动特性系数τ )：
21 z 2 2 2z
讨论：τ >0，z≥3，一般取z=4-8
(2)销数K
K ( z 2) 2z
2z K z2
讨论：τ <1， 常用K=1
4. 几何尺寸计算
§6-2 棘轮机构
一、棘轮机构的基本结构和工作原理
二、常见的棘轮机构的类型：
特点：主从动轮转向相反
内槽轮机构
特点：
主从动轮转向相同； 传动较平稳，停歇时间 短，所占空间小。
2).空间槽轮机构
特点：
传递相交轴的运动
3.槽轮机构的特点和应用
特点：
准确控制转角，效率高； 结构简单，制造容易，工作可靠； 动程不可调节。
应用： 在自动机械，轻工机械和仪表中，实现间歇 送进和转位功能
棘轮3作单向间歇转动。 当摆杆1左摆时，棘爪2插 入棘轮3的齿内推动棘轮转过 某一角度。 当摆杆右摆时，棘爪2 滑过棘轮3，而棘轮静止不动， 往复循环。制动爪4防止棘轮 反转。
这种有齿的棘轮其进程的 变化最少是1个齿距，且 工作时有响声。
二、常见的棘轮机构的类型：
1.轮齿式棘轮机构
根据啮合方式分为外啮合与内啮合式。 根据棘轮运动方式分为单向式棘轮机构 和双向式棘轮机构。
棘轮的轮齿是短梯形
或矩形，当变动棘爪
的放置位置或方向后，
可以改变棘轮的转动
方向。棘轮在正、反
两个转动方向上都可
以实现间歇转动。工 作原理见书P90。 双向式棘轮机构
2. 摩擦式棘轮机构
1）偏心楔块式棘轮机构
利用楔块与摩擦轮间 的摩擦力与楔块偏心的 几何条件实现摩擦轮的 单向间歇转动。 当摆杆逆时针方向转 动时，构件1（楔块） 使摩擦轮依同一方向转 动，构件3是止动楔块。 当摆杆顺时针方向摆动 时，摩擦轮静止不动。
电影放映机的卷片机构
刀架转位机构
钟表齿轮冲压机
4.槽轮机构的设计
1).几何要求
圆销线速度方向与轮槽方向
一致
2).设计要点
圆柱销与锁住弧配合
3).基本参数选择
(1)槽数z 几何关系：
2 22 21 22 z z 2 21 z