棘轮、槽轮、凸轮、不完全齿轮机构图例
第5章 间歇运动机构
图5-1 棘轮机构工作原理第5章 间歇运动机构在许多机械中，有时需要将原动件的等速连续转动变为从动件的周期性停歇间隔单向运动（又称步进运动）或者是时停时动的间歇运动，如自动机床中的刀架转位和进给，成品输送及自动化生产线中的运输机构等的运动都是间歇性的。
能够将主动件的连续运动转换为从动件有规律的间歇运动的机构，称为间歇运动机构。
实现间歇运动的机构很多，最常见的有棘轮机构、槽轮机构、凸轮机构、不完全齿轮机构和恰当设计的连杆机构等。
本章将简要介绍这几种间歇运动机构的组成和运动特点。
5.1 棘轮机构5.1.1 棘轮机构的工作原理和基本类型1.棘轮机构的工作原理 （1）.组成棘轮机构主要由棘轮、主动棘爪、止回棘爪和机架组成。
（2）。
工作原理如图5-1所示，当主动摆杆逆时针摆动时，摆杆上铰接的主动棘爪插入棘轮的齿内，推动棘轮同向转动一定角度。
当主动摆杆顺时针摆动时，此时主动棘爪在棘轮的齿背上滑回原位，止回棘爪阻止棘轮反向转动，棘轮静止不动。
此机构将主动件的往复摆动转换为从动棘轮的单向间歇转动。
利用弹簧使止回棘爪紧压齿面，保证止回棘爪工作可靠。
2.常用棘轮机构的分类（1）.按结构分齿式棘轮机构（如图5-2所示）： 这种棘轮机构靠棘爪和棘轮啮合传动。
棘轮的转角可在一定范围内调节，但 棘爪在棘轮齿背上滑行时容易产生噪 音、冲击和磨损，适用于低速、轻载 和转角精度要求不高的场合。
图5 - 2 齿式棘轮机构摩擦式棘轮机构（如图5-3所示）：这种棘轮机构靠棘爪和棘轮之间的摩擦力传动。
棘轮转角可作无级调节，传动平稳、噪音小，但由于靠摩擦力传动，会出现打滑现象，一方面可起到过载保护，另一方面也使传动精度降低。
适用于低速、轻载的场合。
图 5 - 3 摩擦式棘轮机构（2）.按啮合方式分外啮合式：外啮合式棘轮机构的棘爪或楔块安装在棘轮的外部，应用较广，其缺点是占用空间较大。
如图5 - 4所示为外啮合式棘轮机构。
图5 - 4 外啮合式棘轮机构内啮合式：内啮合式棘轮机构的棘爪或楔块安装在棘轮的内部，其特点是结构紧凑，外形尺寸小。
机械制造常用机构
规定: 和在圆销进入区为正，在圆 销离开区为负，变化区间为：
ω1
o1
R
α
α1 -α1
L
－α1≤α≤α1 －φ2≤φ≤φ2
A
φ B
φ2
O2 -φ2
在△ABO2中有如下关系：
AB R sin tg O2 B L R cos
ω2
令λ＝ R / L，并代入上式得： sin 1 ＝ tg 1 cos
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。
运动特性分析： ①槽轮运动的ω max、amax随槽数z的增多而减小。 ②存在柔性冲击。Z愈少，冲击愈大。
参赛专用版
运动特性曲线
圆销进入或退出径向槽时，角速度有突变，
国防科大潘存云教授研制
(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。
2 12
1.0 0.75 0.5 0.25 0 -0.25 -0.5 -0.75 0.8 0.6 0.4 0.2
∵
F= Pn f 代入得： tgα> f =tgφ ∴ α >φ
da
o1
当 f=0.2 时，φ＝11°30’
参赛专用版
通常取α＝20°
国防科大潘存云教授研制
棘轮几何尺寸计算公式 棘轮参数 齿数z 模数m 计算公式或取值 12~25
间歇运动机构(棘轮结构)详解
5.1 棘轮机构 5.1.1、 棘轮机构的工作 原理
棘轮机构是一种
常用的间歇机构, 主要 由棘轮、 棘爪和机架组
成。
棘轮机构是一种常用的间歇机构, 其工作原理见 图5- 1。棘轮3与轴用键连接, 弹簧5用来使制动棘爪4 和棘轮3保持接触， 驱动棘爪2与连杆机构的摇杆1组 成回转副N。摇杆空套在轴上, 可自由摆动。 当摇杆 逆时针摆动时, 驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中, 推动棘 轮转过一定角度, 而制动棘爪则在棘轮的齿上滑过； 当摇杆顺时针摆动时， 驱动棘爪在棘轮的齿上滑过, 而制动棘爪将阻止棘轮作顺时针转动, 故棘轮静止不 动。 因此, 摇杆作连续的往复摆动时, 棘轮作单向间 歇转动。
图 5 - 14 刀架转位槽轮机构
图 5 - 8 提升机棘轮停止器
图 5 - 8 提升机棘轮停止器模型
图5 - 9所示为自行车后轮轴上的棘轮机构。 当 脚蹬踏板时, 经链轮1和链条2带动内圈具有棘齿的小 链轮3顺时针转动, 再经过棘爪推动后轮轴顺时针转动, 从而驱使自行车前进。
图 5 - 9 自行车后轴上的棘轮机构
图 5 - 9 自行车后轴上的棘轮机构模型
图 5 - 13 卷片槽轮机构
图 5 - 13 卷片槽轮机构模型
又如图5 - 14所示的六角车床刀架的转 位槽轮机构, 刀架3上可装六把刀具并与具 有相应的径向槽的槽轮2固连, 拨盘上装有 一个圆销A。 拨盘每转一周, 圆销A进入槽轮 一次, 驱使槽轮(即刀架)转60°, 从而将下一 工序的刀具转换到工作位置
运动开始和终止时, 棘轮和棘爪间都产生冲击, 因此不宜用在具有很大质量的轴上。
图5 - 7所示的牛头刨床工作台的横向进给机构利用 棘轮机构实现正反间歇转动, 然后通过丝杠螺母带动工作 台作横向间歇送进运动。
棘轮机构
图7－7
10
图7—8所示的棘轮机构可以用来 实现快速超越运动。
运动由蜗杆1传到蜗轮2，通 过安装在蜗轮2上的棘爪3驱 动与棘轮4固联的输出轴5按 图示ω 5 方向慢速转动。当需 要输出轴5快速转动时，可按 输出轴5转动方向快速转动输 出轴5上手柄，这时由于手动 转速大于蜗轮转速，所以棘 爪在棘轮齿背滑过，从而在 蜗轮继续转动时，可用快速 手动来实现输出轴超越蜗轮 的运动。
图7-12
图7-1
图7-4
12
2、棘轮转角大小的调整
(1) 采用棘轮罩 如图7-9所示。改 变棘轮罩位置，使 部分行程内棘爪沿 棘轮罩表面滑过， 从而实现棘轮转角 大小的调整。
图7-9
13
(2) 改变摆杆摆角
图7-10所示棘轮 机构中，通过改 变曲柄摇杆机构 曲柄长度OA的方 法来改变摇杆摆 角的大小，从而 实现棘轮机构转 角大小的调整。
3、主动轮首、末齿齿顶需要修正，以解决 运动干涉。
由于不完全齿轮的前接触段的 起始点E与从动轮停歇的位置 有关，当两轮齿顶圆的交点C’ 在从动轮上第一个正常齿齿顶 点C的右面（参见图7—25）
时
即 C' O2O1 CO2O1
主动齿轮的齿顶被从动齿轮的齿顶挡住，不能进 入啮合，发生齿顶干涉。
9
图7－7所示为牛头刨床工作台 横向进给机构，
当曲柄1转动时，经连杆2带动 摇杆4作往复摆动；摇杆4上装 有图7—4b 所示的 双向棘 轮机 构的棘爪，棘轮3与丝杠5固连， 棘爪带动棘轮作单方向间歇转 动，从而使螺母6（工作台） 作间歇进给运动。 若改变驱动棘爪摆角，可以调 节进给量；改变驱动棘爪的位 置（绕自身轴线转过180o后固 定），可改变进给运动的方向。
第9章 其它常用机构
③ 分别计算出各传动路线的传动比为：
1/2 1 2 4 其中不难看出：我们得到的四个传动比是以倍数2递 增的，形成等比数列，故把具有此特点的机构称为倍 增变速机构。 *注意图中的固定齿轮、滑移齿轮和空套齿轮的工作 特点以及它们的识别标记。
（4）拉键变速机构
如图所示：齿轮Z1,Z3,Z5,Z7 固定在主动轴3上；齿轮 Z2,Z4,Z6,Z8
空套在从动套筒轴2上，中间用垫圈分隔。插入套筒轴孔 中的手柄轴4的前端设有弹簧键1，可由套筒轴的穿通的长 槽中弹出，嵌入任一个空套齿轮的键槽中（图示位置键嵌 入齿轮Z8内孔的键槽），从而可将主动轴的运动通过齿轮 副和弹簧键传给从动轴。图示位置中，运动的传递是通过 齿轮Z7与Z8实现。此时空套齿轮Z2、Z4、Z6因与齿轮Z1、 Z3、Z5啮合，所以也在转动，且转速各不相同，但它们 的转动与从动轴的回转无关。
二、无级变速机构
1．滚子——平盘式无级变速器 2．钢球无级变速器
3．菱锥无级变速器
4．宽Ⅴ带无级变速器
各式机械式无级变速器
§9-2换向机构
一、三星轮换向机构
二、离合器锥齿轮换向机构
§9—3 间歇机构
一、棘轮机构 1、棘轮机构的工作原理
摆杆1左右摆动，当摆杆左摆时，棘爪4 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4滑过棘轮3，而棘轮 静止不动，往复循环。制动爪5——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。
3、棘轮机构的特点及应用
有齿的棘轮机构运动可靠，从动棘轮容易实现有级调节， 但是有噪声、冲击，轮齿易摩损，高速时尤其严重，常 用于低速、轻载的间歇传动。
机械基础教程全集7章
4)按从动件与凸轮保持接触的方式，分为力锁合和形锁合两种凸轮机构。力锁合是靠 重力、弹簧力或其他外力，使从动件与凸轮保持接触(图6-2、图6-3)。这种结构简单、 易制造，因而被广泛采用；形锁合是依靠凸轮上的沟槽等特殊结构形式，使从动件与 凸轮保持接触(图6-4、图6-5)，它避免了使用弹簧产生的附加力，但结构与设计较复
机械基础
第6章 其他常用机构
学习目的与要求 主要内容：本章主要介绍凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构、不完全齿 轮机构和螺旋机构的工作原理、类型和应用。 学习目的与要求：了解凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮 机构和螺旋机构的工作原理、结构、类型和在生产实践中的应用。
在机械中，特别在各种自动和半自动机械中，除了前面讨论过的平面 连杆机构外，还经常会遇到诸如凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构、不 完全齿轮机构、螺旋机构等各种类型繁多、功能各异的机构。本章将 着重介绍这些常用机构的工作原理、类型特点及应用场合。
杂。 3.凸轮的结构与材料 凸轮的结构形式及与轴的固定方式有整体式(图6-7)、键联接式(图68)、销联接式(图6-9)、弹性开口锥套螺母联接式(图6-10，多用于凸 轮与轴的角度需要经常调整的场合)等。
图6-7 凸轮轴
图6-8 用平键联接
图6-9 用圆锥销联接
图6-10 用弹性锥套和螺母联接
用。如图6-26a所示的不完全齿轮机构中，主动轮1上只有一个齿，从动轮2上有八个齿 间，故主动轮每转一周，从动轮只转1/8周。如图6-26b所示的主动轮1上有四个齿，从 动轮2的圆周上有四个运动段和四个停歇段，而每个运动段有四个齿间与主动轮轮齿相 啮合，主动轮转一周，从动轮转1/4周，从而实现当主动轮连续转动时，从动轮作转向 相反的间歇转动。如图6-26c所示为不完全齿轮机构的简图。
机械设计手册-常用机构(共32张PPT)
结束
§ 12 - 1 棘轮机构
三 、棘轮机构的功能
1、间歇送进
结束
§ 12 - 1 棘轮机构
三 、棘轮机构的功能
2、制动
结束
§ 12 - 1 棘轮机构
三 、棘轮机构的功能
3、转位、分度
结束
§ 12 - 1 棘轮机构
三 、棘轮机构的功能
4、超越离合
结束
§ 12 - 1
四 、动程和动停比的调整
一、槽轮机构的组成及工作特点
1、组成： 主动拨盘、从动槽轮、机架
2、工作特点
将主动拨盘的连续转动转换为槽轮的 单向间歇转动
结构简单、尺寸小，传动平稳、效率高
；柔性冲击 中低速场合
槽轮
拨盘
结束
§ 12 - 2 槽轮机构
一、槽轮机构的组成及工作特点
1、组成：
主动拨盘、从动槽轮、机架 2、工作特点
将主动拨盘的连续转动转换 为槽轮的单向间歇转动
kn(1/21/z) 又 k 1 n 2 z /z ( 2 ) 结束
§ 12 - 2 槽轮机构
四 、普通槽轮机构的设计要点
1、槽数 z 和圆销数 n 的选取
运动系数 k： k td /t
td —— 拨盘转一周，槽轮的运动时间
t —— 拨盘转一周的总时间
拨盘1匀速转动
k
21 2
外槽轮机构 21槽数2 与圆2销数的关系
td —— 拨盘转一周，槽轮的运动时间 t —— 拨盘转一周的总时间
拨盘1匀速转动
k
21 2
外槽轮机构 2122
k2 2 1 2 2 2 2 2 /z 1 2 1 z
由上式可见： k 0 z 3 且 k 0 .5
齿轮机构
146第十一章 间歇运动机构第一节 棘轮机构一、棘轮机构的工作原理、特点和应用典型的棘轮机构由棘爪1、棘轮2、摇杆3、机架4等组成（图11-1）。
摇杆及铰接于其上的棘爪为主动件，棘轮为从动件。
图11-2所示为外啮合曲柄摇杆式棘轮机构。
当主动曲柄连续转动时，摇杆3往复摆动。
当摇杆逆时针摆动时，棘爪2嵌入棘轮1的齿槽内，推动棘轮沿逆时针方向转过一个角度；当摇杆顺时针摆动时，棘爪4在棘轮齿背上滑过，棘轮静止不动。
在机架上安装止动棘爪可防止棘轮逆转。
工作棘爪和止动棘爪均利用弹簧5使其与棘轮保持可靠接触。
这样，当曲柄连续回转时，棘轮作单向的间歇运动。
如果要求摇杆往复运动时都能使棘轮向同一方向转动，则可采用图11-3所示的双动式棘轮机构。
驱动棘爪可制成钩头（图11-3a ）或直头（图11-3b ）。
如果要求棘轮作双向间歇运动时，可采用具有矩形齿的棘轮以及与之相适应的双向棘爪。
如图11-4所示为矩形齿双向棘轮机构。
图11-4a)的驱动棘爪在实线位置时，棘轮图11-1 棘轮机构的组成 图11-2 外啮合式棘轮机构a) b) a) b)图11-3 双动式驱动棘爪 图11-4 矩形齿双向棘轮机构147作逆时针间歇转动；将驱动棘爪绕A 点翻转成虚线位置时，棘轮作顺时针间歇转动。
如图11-4b ）所示为回转棘爪双向棘轮机构，当棘爪1按图示位置放置时，棘轮2作逆时针间歇转动。
若将棘爪提起，并绕本身轴线转动180°后再插入棘轮齿槽时，棘轮作顺时针方向间歇转动。
若将棘爪提起绕本身轴线转动90°，棘爪将被架在壳体的平面上，使轮与爪脱开，当棘爪往复摆动时，棘轮静止不动。
除外啮合棘轮机构外，还有内啮合棘轮机构（如图11-5）和棘条机构等。
棘轮机构结构简单，但不能传递大的动力，而且传动平稳性较差，不适宜于高速传动。
一般用作机床及自动机械的进给机构，送料机构、刀架的转位机构、精纺机的成型机构、牛头刨床的送进机构等，也广泛用于卷杨机、提升机及牵引设备中，用它作为防止机械逆转的止动器。
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45个棘轮机构动图，直观易懂，看到就是赚到编者按今天分享来自越南的设计师Nguyen Duc Thang使用Inventor 绘制了大量经典的棘轮机械结构，直观易懂，看到就是赚到。
1.棘轮机构1将驱动轴的连续旋转直接转换成驱动轴的间断性旋转的设备。
2.棘轮机构2此机制直接将驱动轴的连续旋转转换成驱动轴的间断性旋转。
通过下移蓝色棘爪无需改变输入的运动方向即可改变被驱动轴的运动方向。
3.钣金棘轮传动11）适用于轻负载2）低成本3）适用于大规模生产4）棘爪与棘轮的永久性接触由棘爪的重量维持4.钣金棘轮传动21）适用于轻负载2）低成本3）适用于大规模生产4）棘爪与棘轮的永久性接触由棘爪的重量维持5.棘轮机构3通过调整粉色后盖的位置可以得到绿色轮的不同旋转角度。
拉动橙色棘爪并使其旋转180°可以改变绿色轮的旋转方向。
此机制用于成形器。
6.棘轮机构4棘轮有内齿。
7.棘轮机构5自行车自由轮。
蓝色链轮从脚踏自行车接收运动。
黄色轮毂仅在蓝色链轮顺时针旋转时旋转。
黄色轮毂顺时针旋转对蓝色链轮没有影响。
由于弹簧的作用，红色棘爪总是压向链轮的内齿。
现实中使用了两个棘爪。
8.棘轮机构8绿色输入圆盘通过蓝色棘爪使得输出棘轮间断性旋转。
粉色和黄色销控制棘轮的停止时间。
每一个销使得棘轮在输入圆盘旋转1/8周期间停止。
由于弹簧（未显示）的作用，蓝色棘爪总是压向棘轮齿。
9.棘轮机构9有两个棘爪。
粉色棘爪推动棘轮。
绿色棘爪在粉色棘爪反向运动时维持棘轮静止。
10.棘轮机构12有两个棘爪。
绿色棘爪推动粉色齿轮，且不是一直与其接触（不同于普通棘轮机构）。
蓝色棘爪在绿色棘爪不推动齿轮时维持棘轮静止。
11.销齿轮棘轮机构1输入：粉色曲柄持续性旋转。
输出：黄色销齿轮。
重力维持蓝色棘爪和销齿轮的接触。
12.棘轮机构13黄色输入圆盘通过橙色棘爪使得绿色输出棘轮间断性旋转。
蓝色凸轮的长度调节棘轮的运动时间。
13.棘轮机构15有两个棘爪。
粉色棘爪推动棘轮。
图10内啮合不完全齿轮机构
A
L
2
O2
h
2
d2
s
b
2
2 2 1 2 2 z
图6-1
（6-1）
在一个运动循环内，槽 轮2的运动时间 t 与主动拨盘 转一周的总时间t 之比，称为 槽轮机构的运动系数。用 表 示。槽轮停止时间 t与主动 拨盘转一周的总时间t之比， 称为槽轮的静止系数，用 表示。当拨盘匀速转动时， 时间之比可用槽轮与拨盘相 应的转角之比来表示。如图 6-1所示，只有一个圆销的槽 轮机构，t、t、t分别对应于 拨盘的转角为21、（221）、2。
6.2 棘轮机构
6.2.1 棘轮机构的工作原理及应用
图 6-3 所示为外啮合棘轮机 构。它由摆杆 1、棘爪 2、棘轮3、 止回爪 4 和机架 5 组成。通常以 摆杆为主动件、棘轮为从动件。 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 棘轮齿顶上滑过。为了防止棘 轮跟随摆杆反转，设置止回爪 4。 这样，摆杆不断地作往复摆动， 棘轮便得到单向的间歇运动。
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6-6.swf (单击打开)
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 3 为自行车后轮轴上的棘轮 2 机构。当脚蹬踏板时，经 3 链轮1和链条2带动内圈具 有棘齿的链轮3顺时针转动， 5 再通过棘爪4的作用，使后 4 轮轴5顺时针转动，从而驱 使自行车前进。当自行车 前进时，如果令踏板不动， 图6-7 超越式棘轮机构 后轮轴5便会超越链轮3而 转动，让棘爪4在棘轮齿背 上划过，从而实现不蹬踏 板的自由滑行。
K ( z 2) 2z
（6-4）
运动系数 还应当小于1（=1表示槽轮 2与拨盘 1一样作连续转动，不能实现间歇运动），故由上式 得： 即