外啮合不完全齿轮机构
4种常见的间歇运动机构
在各类机械中，常需要某些构件实现周期性的运动和停歇。
能够将主动件的连续运动转换成从动件有规律的运动和停歇的机构称为间歇运动机构。
而实现间歇运动的四种常用机构分别为：棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇运动机构和不完全齿轮机构。
一、棘轮机构棘轮机构的类型很多，从工作原理上可分为轮齿啮合式和摩擦式棘轮机构；从结构上可分为外啮合式和内啮合式棘轮机构；从传动方向上分为单向（单动和双动）式和双向式棘轮机构。
棘轮机构是把摇杆的摆动转变为棘轮的间歇回转运动。
其优点轮齿式棘轮机构运动可靠，棘轮转角容易实现有级调节，但在工作过程中棘爪在齿面上滑行，齿尖易磨损并伴有噪音，同时为使棘爪能顺利落入棘轮槽，摇杆摆角应略大于棘轮转角，这样就不可避免地存在空程和冲击，在高速时尤其严重，所以常用在低速、轻载下实现间歇运动。
摩擦式棘轮机构传递运动平稳、无噪声，棘轮转角可作无级调节。
图1 单向轮齿啮合式棘轮但由于运动准确性差，不宜用于运动精度要求高的场合。
在工程实践中，棘轮机构常用于实现间歇送进（如牛头刨床）、止动（如起重和牵引设备中）和超越（如钻床中以滚子楔块式棘轮机构作为传动中的超越离合器，实现自动进给和快速进给功能）等场合。
图2 摩擦式棘轮二、槽轮机构槽轮机构又称马尔他机构或日内瓦机构，也是常用的间歇运动机构之一。
普通平面槽轮机构有外接式槽轮机构（图3）和内接式槽轮机构（图4）两种类型。
它主要是由带有均布的径向开口槽的槽轮２、带有圆柱销Ａ的拔盘１以及机架组成。
图3 外接式槽轮机构图4 内接式槽轮机构槽轮机构的工作过程是：主动拨盘１上的圆柱销Ａ进入槽轮２上的径向槽以前，拔盘上的凸锁止弧α将槽轮上的凹锁止弧β锁住，则槽轮静止不动。
当拔盘圆柱销Ａ进入槽轮径向槽时，凸、凹锁止弧刚好分离，圆柱销可以驱动槽轮转动。
当圆柱销脱离径向槽时，凸锁止弧又将凹锁止弧锁住，从而使槽轮静止不动。
因此，当主动拨盘作连续转动时，槽轮被驱动作单向的间歇转动。
外接式槽轮机构的主动拨盘１与槽轮２转向相反；内接式槽轮机构的主动拨盘１与槽轮２转向相同，且传动平稳、占空间小，槽轮停歇时间较短。
机械设计基础第5章
5.4 螺 旋 机 构
5.4.1 螺纹的参数、类型和应用 1.螺旋线、螺纹的形成 在直径为d2的圆柱面上，绕一底边长为πd2的 直角三角形，底边与圆柱体的底面重合，则斜边 在圆柱表面上将形成一条螺旋线，如图5.18（a） 所示。取一平面图形(如图5.18（b）所示)，使其 一边与圆柱体的母线贴合，并沿螺旋线移动，移 动时保持此平面图形始终通过圆柱体的轴线，此 平面图形在空间形成的轨迹构成螺纹。
按从动件的间歇运动方式分类，它又有以下 几种形式。 (1) 单向间歇转动如图5.1、图5.2所示，从动 件均作单向间歇转动。 （2) 单向间歇移动如图5.3所示，当主动件1 往复摆动时，棘爪2推动棘齿条3作单向间 歇移动。 （3) 双动式棘轮机构如图5.4所示，主动摇杆 1上装有主动棘爪2和2′，摇杆1绕O1轴来回 摆动都能使棘轮3沿同一方向间歇转动，摇 杆往复摆动一次，棘轮间歇转动两次。
2. 棘轮机构的类型 根据工作原理，棘轮机构可分为齿式棘 轮机构和摩擦式棘轮机构两大类。 1) 齿式棘轮机构 齿式棘轮机构的工作原理为啮合原理。 按啮合方式分类，它有外啮合(如图5.1所示) 和内啮合(如图5.2所示)两种型式。内啮合棘 轮机构由轴1、驱动棘爪2与止回棘爪4、棘 轮3以及弹簧5组成。
2) 摩擦式棘轮机构 摩擦式棘轮机构的工作原理为摩擦原理。在 图5.6所示的机构中，当摇杆往复摆动时， 主动棘爪2靠摩擦力驱动棘轮3作逆时针单 向间歇转动，止回棘爪4靠摩擦力阻止棘轮 反转。由于棘轮的廓面是光滑的，所以又 称为无棘齿棘轮机构。该类机构棘轮的转 角可以无级调节，噪声小，但棘爪与棘轮 的接触面间容易发生相对滑动，故运动的 可靠性和准确性较差。
1. 间歇式送进 图5.8所示为浇注流水线的送进装置，棘轮与带轮固连 在同一根轴上，当活塞1在汽缸内往复移动时，输送带2间 歇移动，输送带静止时进行自动浇注。 2. 超越运动 图5.9所示为自行车后轴上的内啮合棘轮机构，飞轮1 即是内齿棘轮，它用滚动轴承支承在后轮轮毂2上，两者 可相对转动。轮毂2上铰接着两个棘爪4，棘爪用弹簧丝压 在棘轮的内齿上。当链轮比后轮转的快时(顺时针)，棘轮 通过棘爪带动后轮同步转动，即脚蹬得快，后轮就转得快。 当链轮比后轮转的慢时，如自行车下坡或脚不蹬时，后轮 由于惯性仍按原转向转动，此时，棘爪4将沿棘轮齿背滑 过，后轮与飞轮脱开，从而实现了从动件转速超越主动件 转速的作用。按此原理工作的离合器称为超越离合器。
认识不完全齿轮机构
不完全齿轮机构
在自动化生产线中采用了大量的间歇机构，有棘
轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构，那什么是不完
全齿轮机构呢？
1
2 轮机构的类型
三、不完全齿轮机构的特点及应用
一、不完全齿轮机构的组成及其工作原理
◆ 由普通齿轮机构演变而成的间歇运动机构。 ◆ 与齿轮机构区别：主动轮仅有一个或几个齿。从动轮被分
成几个区间，各区间内有与主动轮相应数目的齿槽。
1、机构的组成
•从动轮
•主动轮 •锁止弧
•机架 锁止弧
2、工作原理： 主动轮在有齿部位啮合时 带动从动轮转动，无齿时从动
轮停歇。从动轮停歇时，主动
轮上的锁止弧与从动轮上的锁 止弧互相配合锁住，以保证从
动轮停歇在预定位置上。
二、常用类型：
1、单齿与多齿不完全齿轮机构
例不受机构结构的限制
缺点：从动轮在转动开始及终止时速度突变，冲击较大，一般
仅用于低速、轻载场合
三、特点及应用：
2、应用：
只用于低速、轻载的场合
例1：周期性往复回转机构 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
三、特点及应用：
例2：蜂窝煤机工作台间歇转动机构
蜂窝煤机
蜂窝煤机工作台间歇转动机构
单齿不完全齿轮机构
多齿不完全齿轮机构
二、常用类型：
2、外啮合与内啮合不完全齿轮机构
外啮合不完全齿轮机构
主动轮与从动轮转向相反
内啮合不完全齿轮机构
主动轮与从动轮转向相同
二、常用类型：
3、齿轮、齿条不完全啮合机构
主动轮连续转动时，从动齿条作时动时停的往复移动。
不完全齿轮机构和凸轮式间歇机构
外啮合不完全齿轮机构
内啮合不完全齿轮机构
常用外啮合的形式
二、凸轮式间歇机构ห้องสมุดไป่ตู้
图4-14所示是一种圆柱凸轮式间歇运动机构。这种机构的主动 轮l为具有曲线沟槽的圆柱凸轮，从动件2则为均布有柱销3的圆 盘。当主动轮1转动时，拨动柱销3，使从动圆盘2作间歇运动。 这种机构常用在轻载情况下的间歇运动(如火柴包装机)，间歇 运动的频率每分钟可高达1500次左右。
机械中的间歇运动机构简介
7．6 间歇运动机构设计的基本要求
1．动力性能的要求 间歇运动机构的从动机构在一个很短的时间
内要经过启动、加速、减速、停止的过程，会产 生较大的加速度，从而来带来载荷产生冲击。设 计中为了尽量保证间歇运动机构动作平稳，特别 要注意合理选择从动件运动规律。
2．对从动件动、停时间的要求 间歇运动机构中，从动件停歇的时间往往是机
外棘轮动画演示 内棘轮动画演示
棘轮机构的工作原理：当主动摇杆逆时针摆动 时，棘爪便插入棘轮的齿间，推动棘轮转过一 定的角度。当摇杆顺时针摆动时，止动爪阻止 棘轮逆时针转动，同时棘爪在棘轮的齿背上滑 过，棘轮便得到单向的间歇运动。
2、棘轮机构的类型和特点
（1）按结构分类
齿式棘轮机构： 结构简单、制造方便；转角准确、运动可靠；
（3）按运动形式分类
从动件作单向间歇转动； 从动件作单向间歇移动； 双动式棘轮机构； 双向式棘轮机构。
棘轮机构示例 ◆外接齿式棘轮机构 ◆端面棘轮机构
◆内接齿式棘轮机构
◆双动式棘轮机构 钩头棘爪
直推棘爪
运动特点：摇杆来回摆动都能使棘轮向同一方向转动。
◆双向式棘轮机构
动画
动画
棘爪可翻转的矩形棘齿可以获得不同转向的间歇运动。
机械中的间歇运动机构简介
本章基本要求
◆掌握槽轮机构、棘轮机构的工作原理、运 动特点、应用情况； ◆了解凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机 构和其他常用机构的工作原理、运动特点及 应用情况。
本章重点 槽轮机构和棘轮机构的工作原理和运动特性。
7.1 棘 轮 机 构
1、棘轮机构的组成及工作原理 棘轮机构的组成：由主动摆杆、棘爪、棘轮、 止动爪和机架等组成。
动程可在较大范围内调节，动停时间可通过选 择合适的驱动机构来实现。但动程只能作有级 调节；棘爪在齿背上的滑行引起噪音、冲击和 磨损，故不宜用于高速。
第五章___其他常用机构——螺旋机构、棘轮机构、槽轮机构、不完全齿机构的结构、工作原理、特点及其使用等
期性间歇运动的机构，棘轮机构与槽轮机构是机械中
最常用的间歇运动机构。 此外，在现代机械中，还广泛应用着利用液、气、 声、光、电、磁等工作原理的机构，它们统称为广义 机构。
第二节 螺旋机构
螺旋机构是由螺杆、螺母和机架组成（一般把螺杆和螺母之 一作成机架），其主要功用是将旋转运动变换成直线运动，并同
时传递运动和动力，是机械设备和仪表中广泛应用的一种传动机
2）小径（ d 1 、D1 ）螺纹的最小直径，螺纹强度计算时最危
险的截面直径。 3）中径（ d2、D2 ）介于大、小径圆柱体之间、螺纹的牙厚
与牙间宽相等的假想圆柱体直径。它是确定螺纹几何参数和配合
性质的直径。 4）线数n 螺纹的螺旋线数目，也称头数，可分为单线、双线、 三线等。 5）螺距P 相邻两牙在中径上对应点间的轴向距离。 6）导程L 同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应点间的轴 向距离。L=nP
7）螺旋升角ψ 中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线
平面之间的夹角。
8）牙形角α 在轴向平面内螺纹牙形两侧边的夹角。
常用的牙形有：三角形、矩形、梯形和锯齿形。
二、螺旋机构的传动效率与自锁 1、传动效率
讲解书中公式
2、自锁条件 螺纹副被拧紧后，如不加反向外力矩，则不论轴向载荷多大，
也不会自动松开，此现象称为螺纹副的自锁性能。其自锁条件：
构。 螺杆与螺母组成低副，粗看似乎有转动和移动两个自由度， 但转动与移动之间存在必然联系，故它仍只能视为一个自由度。 按运动和受力情况分：传递运动、传递动力和调整三种。 按螺旋副的摩擦性质分：滑动螺旋机构、滚动螺旋机构和静 压螺旋机构三种。
优点：结构简单、工作连续平稳、传动比大、承载能力强、
传递运动准确、易实现自锁。 缺点：摩擦损耗大、传动效率低。随着滚珠螺纹的出现，这 些缺点已得到很大改善。
不完全齿轮——精选推荐
5.3不完全齿轮机构不完全渐开线齿轮机构能将主动轮的等速连续转动转换为从动轮的间歇运动。
其动停时间比不受机构结构的限制，制造方便，但是从动轮在每次间歇运动的始末有剧烈冲击，故一般只用于低速，轻载及机构冲击不影响正常工作的场所。
若设置缓冲结构可改善机构的动力性能。
5.3.1基本型式与啮合特性不完全齿轮机构分外啮合与内啮合两类（图4-2-82、4-2-83）。
机构由三部分组成：主动轮1与2；一对锁止弧3，主动轮上的凸弧和从动轮上的凹弧可以直接切出或装配而成，也可单独制成一对锁止弧；缓冲结构，用以缓和或消除间歇涌动始.末时的剧烈冲击，改善机构的动力性能。
本节只讨论没有缓冲结构的运动分析与尺寸设计。
不完全齿轮的啮合特性：每一次简谐运动，可以只由一对齿啮合来完成，也可以由若干对齿来完成。
不完全齿轮机构首.末二对齿的啮合过程与完全齿轮机构不同，而中间各对齿的啮合过程与完全齿轮相同。
首对齿：从动轮所处的静止位置，应使主动轮旋转时其首齿S能顺利地通过二轮顶圆右侧交点G，从动轮具有锁止弧的齿K啮合（图4-2-84a、b）。
首啮点E由从动轮的静止位置决定，它可能位于从动轮齿顶圆弧GB1上（图b）或啮合线段B1P上（图a）。
首齿开始推动从动轮.锁止弧恰好脱开。
轮齿在GB1段啮合时，从动轮变速转动；E点离B1点越远，则开始啮合时冲击越大；齿轮在B1B2段啮合时，从动轮匀速转动。
如所选参数满足连续传动条件，则第一对齿到B2点终止啮合时，第二对齿已进入啮合。
末对齿：末对齿啮合至B2点时，因无后续齿所以并不立即脱齿，而以主动齿顶尖角与从动末齿根部啮合，经圆弧B2F，最终于二顶圆左侧交点F处分离。
在B2F段啮合过程中，从动轮角速度逐渐降低。
在F点终止啮合时，锁止弧恰好锁住，从动轮突然停止。
中间各对齿开始啮合与B1点，终止啮合于B2点。
仅由一对齿啮合来完成一次间歇运动时，啮合轨迹的前半段EB1P（或EP）与首对齿的前半段相同；后半段PB2F与末对齿的后半段相同。
其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮合时,与齿轮传动一样
外啮合不完全齿轮机构
内啮合不完全齿轮机构
铣刀 8
9
6 7
2
球拍
靠模凸轮
不完全齿轮1 不完全齿轮1
5
1
34
乒乓球拍专用靠模铣床
退煤饼
压制
不完全齿轮
锁止弧
填料
填料
锁止弧
蜂窝煤饼压制机
使运动平稳
瞬心线附加杆
§6-4 凸轮式间歇运动机构
1.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
槽顶半径s 槽深h
拨盘轴径d1 槽轮轴径d2 槽顶侧壁厚b
计算公式或依据
由工作要求确定 R
由安装空间确定 R=Lsinφ=Lsin(π /z) r
由受力大小确定 r≈R/6
s=Lcosφ=Lcos(π /z)
s
h≥s-(L-R-r)
d1≤2(L-s) d2≤2(L-R-r)
b=3~5 mm 经验确定
如果想得到k≥0.5的槽轮机构，则可在拨盘上多装几个圆 销，设装有n个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮 被拨动n次。故运动系数是单圆柱销的n倍，即:
k= n(1/2-1/z) ∵ k≤1 得：n≤2z/ (z -2)
提问：why k≤1？ 事实上，当k=1时，槽轮机构已经不具备间歇运动特性了。
槽数z
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。
2.类型及应用 类型：圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆凸轮间歇运动机构
R2
圆柱凸轮间歇运动机构
封口
灌浆
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卸料工位
间歇转动
装料工位
军械学院专用
B
A
§5－2 槽轮机构（马尔它机构）
一、槽轮机构的组成及其工作特点
拨盘
锁止弧
组成：带圆销的拨盘、带有径向 圆销 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。 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。
二、棘轮机构的类型与应用 按轮齿分布： 外缘、 内缘、 端面棘轮机构。 按工作方式： 单动式、 双动式棘轮机构。 棘轮 按棘轮转向是否可调: 单向、双向运动棘轮机构。 类型 按转角是否可调: 固定转角、可调转角 调杆长摆角、加滑 动罩 按工作原理分 :
军械学院专用
轮齿棘轮、 摩擦棘轮
演示模型
双动棘轮机构
r
s=Lcosφ=Lcos(π /z) h≥s-(L-R-r) d1≤2(L-s) d2≤2(L-R-r) b=3~5 mm 经验确定 r0=R-r-b
2 h
b
锁止弧半径r0
§5－3 不完全齿轮机构
1.工作原理及特点 工作原理：在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运 动时间和停歇时间的要求在从动轮上做出与主动轮相 啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮 合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止弧定位使从 动轮静止。 优点：结构简单、制造容易、工作可靠、从动轮运动 时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。 缺点：从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大 冲击，故一般只用于低速、轻载场合。 2.类型及应用 类型：外啮合不完全齿轮机构、内啮合不完全齿轮机构
第5章
间歇运动机构
§5－1 棘轮机构 §5－2 槽轮机构 §5－3 不完全齿机构 §5－4 凸轮式间隙运动机构
军械学院专用
§5－1 棘轮机构
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。 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。
轴线相交
应用实例： 电影放映机、 自动摄影机、六角车床转塔。
o1
ω 1 2φ
ω2
o2
内啮合槽轮机构 外啮合槽轮机构
军械学院专用
球面槽轮机构
三、槽轮机构的运动系数 1.运动系数 拨盘等速回转，在一个运动循 环内，总的运动时间为： t＝ 2 π / ω 1 槽轮的运动时间为： td＝2α1/ω 1 定义： k=td / t 为运动系数，即： k=td / t =2α1/2π
军械学院专用
R2
圆柱凸轮间歇运动机构 封口
灌浆
蜗杆凸轮间歇运动机构
牙膏灌浆机
军械学院专用
应用： 适用于高速、高精度的分 度转位机械制瓶机、纸烟、包装机、 拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机 等机械。
A B B’
棘轮可双向运动
军械学院专用
可调转角的棘轮
牛头刨床进给调整机构 通过调整杆长来调摆角
军械学院专用
1 2 3
摩擦棘轮
军械学院专用
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。 实例：止动器、牛头刨床、冲床转 位、超越离合器（单车飞轮）。
ω1
o1
o2 ω2
槽轮
作用：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 ，不适合高速运动场合。
军械学院专用
二、槽轮机构的类型与应用 外啮合槽轮机构 槽轮 机构 内啮合槽轮机构 类型 球面槽轮机构
放映机的反应用
轴线平行
军械学院专用
四、槽轮机构的几何尺寸计算
参数 槽数z 圆销数n 中心距L 回转半径R 圆销半径r 槽顶半径s 槽深h 拨盘轴径d1 槽轮轴径d2 槽顶侧壁厚b
军械学院专用
计算公式或依据 由工作要求确定 R 由安装空间确定 R=Lsinφ=Lsin(π /z)
由受力大小确定 r≈R/6
d1 1 r0 L s d2
ω1
2α1 90° 90° 2φ2
ω2
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： 2α1=π －2φ2 =π －(2π /z) = 2π (z-2)/2z 代入上式
军械学院专用
k =1/2-1/z ∵ 将2α1代入得：
k>0 ∴ 槽数 z≥3
可知：当只有一个圆销时，k=1/2-1/z < 0.5 即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。 如果想得到k≥0.5的槽轮机构，则可在拨盘上多装几个 圆销，设装有n个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，槽 轮被拨动n次。故运动系数是单圆柱销的n倍，即: k= n(1/2-1/z) ∵
军械学院专用
应用：适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。 如乒乓球拍周缘铣削加工机床、蜂窝煤饼压制机等。
外啮合不完全齿轮机构
内啮合不完全齿轮机构
军械学院止弧 填料 填料
锁止弧
使运动平稳
蜂窝煤饼压制机
军械学院专用
瞬心线附加杆
§5－4 凸轮式间歇运动机构
1.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。 2.类型及应用
类型：圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆凸轮间歇运动机构
槽数z 圆销数n 3 1~6 1/6~1
k≤1 得：n≤2z/ (z -2)
4
1~4 0.25~1 5 、6 1~3 ≥7
提问：why k≤1？ 事实上，当k=1时，槽轮机构已经不具备间歇运动特性了。
1~2
0.36~1
运动系数k
0.3~1
当z=4及n=2时 k=n(1/2－1/z) = 0.5 说明此时槽轮的运动时间和静止时间相等。