第六章 间歇运动机构
机械设计基础.第六章_间歇运动机构
21 2 2
2
运动关系(运动特性系数τ )：
tm 21 z 2 t 2 2z
讨论：τ >0，z≥3
21 z 2 2 2z
(2)销数 K
在0~0.5 之间，运动时间小于 静止时间。
K ( z 2) 2z
讨论：τ <1 常用K=1
§6-1 棘轮机构
组成：棘轮机构主要由
棘轮2、驱动棘爪3、摇杆1、 止动爪5和机架等组成 。
工作原理： 原动件1逆时针摆动时，棘轮逆时针转动 原动机1顺时针摆动时，棘轮不动
类型1：运动形式来分
单动式棘轮机构（转动、移动） 齿式棘轮机构 双动式棘轮机构 可变向棘轮机构
棘条机构（移动） 钩头双动式棘轮机构
运动；
加工复杂；
刚性冲击，不适于高速。
应用于计数器、电影放映机和某些具 有特殊运动要求的专业机械中。
§ 6-4 凸轮式间歇机构（不讲）
图6-11 圆柱形凸轮间歇运动机构
此机构实质上为一个摆 杆长度为R2、只有推程 和远休止角的摆动从动 件圆柱凸轮机构。
蜗杆凸轮分度机构
凸轮如蜗杆，滚子如涡 轮的齿。
作业：
6-2、6-3
2z K z2
增加径向槽数z可以增加机构运动的平稳性，但是机构尺寸 随之增大，导致惯性力增大。一般取 z = 4～8。
几何尺寸计算，学会参考机械设计手册
§6-3. 不完全齿轮机构
不完全齿轮机构是由普通齿轮机构演化而成。如图 所示，主动轮1为只有一个齿或几个齿的不完全齿轮， 从动轮2由正常齿和带锁止弧的厚齿彼此相间组成。
（2）制动机构
在卷扬机中通过棘轮机构实现制动功能，防止
链条断裂时卷筒逆转。
6章 间歇运动机构Microsoft PowerPoint 演示文稿
2α + 2 β = π
2 β = 2π / Z
2α = π − 2 β = π − (2π / z )
• 槽轮机构的运动系数 τ ：在一个运动循环 时间内，槽轮的运动时间与拨盘1的运动时 间之比。它表示槽轮转动时间占一个运动 循环时间的比率。由于拨盘是等速转动的， ω1 其角速度为
t = 2π / ω1 , t d = 2α / ω1
牛头刨床示意图
超越式棘轮机构
防止逆转的棘轮机构
6.2 槽轮机构
• 6.2.1槽轮机构的工作原理 槽轮机构（又称马氏机构），它由带有圆销A的 拨盘、具有径向槽的槽轮和机架组成。当拨盘作 等速连续转动，其圆销A没有进入槽轮的径向槽 A 时，槽轮的内凹锁止弧 内凹锁止弧被拨盘的外凸圆弧 外凸圆弧卡住， 内凹锁止弧 外凸圆弧 使槽轮静止不动；当圆销A进入槽轮的径向槽时， 锁止弧被松开，槽轮被圆销A带动转动；当圆销A 离开径向槽时，槽轮的内凹锁止弧又被拨盘的外 凸圆弧卡住，使槽轮又静止不动。这样，将主动 件的连续转动转换为从动槽轮的间歇运动。
特点
• 凸轮式间歇运动机构的优点是结构简单、 运转可靠、转位精确、传动平稳无噪声， 适用于高速、中载和高精度分度的场合， 故在轻工机械、冲压机械和其他自动机械 中得到了广泛应用。其缺点是凸轮加工比 较复杂，装配与调整要求也较高，因而使 它的应用受到了限制。
6.1 棘轮机构
6.1.1 棘轮机构的工作原理和基本类型
6.1单动式棘轮机构
6.2双动式棘轮机构 （钩头和直头）
矩形齿双向棘轮机构
回转棘爪双向棘轮机构
6.1.2 棘轮转角的调节方法
• 1 改变摇杆的摆角来调节棘轮转角的大小
2、用遮板来调节棘轮的转角
6.1.3 棘轮机构的特点及应用
第六章间歇运动机构与组合机构.
第六章间歇运动机构与组合机构在机械和仪表中，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。
连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和间歇运动机构是工程中最常用的几种基本机构。
对于比较复杂的运动变换，某种基本机构单独使用往往难以满足实际生产过程的需要，因此，把若干种基本机构用一定的方式联接起来成为组合机构，以便得到单个基本机构所不能具有的运动性能。
在本章最后将介绍几种组合机构。
§6-1 槽轮机构一、槽轮机构的工作原理槽轮机构又称马尔他机构，它是由槽轮、装有圆销的拨盘和机架组成的步进运动机构。
如图6-1所示，它由带圆销A的主动拨盘1，具有径向槽的从动槽轮2和机架组成。
拨盘作匀速转动时，驱动槽轮作时转时停的单向间歇运动。
当拨盘上圆销A未进入槽轮径向槽时，由于槽轮的内凹锁止弧β被拨盘的外凸圆弧α卡住，故槽轮静止。
图示位置是圆销A刚开始进入槽轮径向槽时的情况，这时锁止弧刚被松开，因此槽轮受圆销A的驱动开始沿顺时针方向转动；当圆销A离开径向槽时，槽轮的下一个内凹锁止槽又被拨盘的外锁止槽卡住，致使槽轮静止，直到圆销A在进入槽轮另一径向槽时，两者又重复上述的运动循环。
槽轮机构有两种基本型式：一种是外啮合槽轮机构，如图6-1所示，另一种是内啮合槽轮机构，如图6-2所示。
图6-1 外啮合槽轮机构图6-2 内啮合槽轮机构槽轮机构结构简单，机械效率高，并且运动平稳，因此在自动机床转位机构、电影放映机卷片机构等自动机械中得到广泛的应用。
二、槽轮机构的主要参数槽轮机构的主要参数是槽数z 和拨盘圆销数K 。
如图6-1所示。
为了使槽轮2在开始和终止转动时的瞬时角速度为零，以避免圆销A 与槽轮发生撞击，圆销进入或脱出径向槽的瞬时，径向槽的中线应与圆销中心相切，即O 2A 应与O 1A 垂直。
设z 为均匀分布的径向槽数，当槽轮2转过2ϕ2=2π/z 弧度时，拨盘1相应转过的转角为： z ππϕπα22221-=-= （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．．．．。
第6章 间歇运动机构
外槽轮机构
内槽轮机构
6.2 槽轮机构
6.2.2 槽轮机构的主要参数
• 运动特性系数：在 运动特性系数： 特性系数 一个运动循环内， 一个运动循环内， 槽轮2的运动时间对 槽轮 的运动时间对 拨盘1的运动时间之 拨盘 的运动时间之 比值称为运动特性 系数。 系数。
6.2 槽轮机构
6.2.2 槽轮机构的主要参数
• 作业：6-1，6-2，6-3，6-8 作业： ， ， ，
第6章 间歇运动机构
• 假设槽轮机构中槽数为 销数为K 假设槽轮机构中槽数为Z,销数为 销数为 • 拨盘 一般为匀速转动,所以时间的 拨盘1一般为匀速转动 所以时间的 一般为匀速转动 比值可以用拨盘转角的比值表示. 比值可以用拨盘转角的比值表示 由图可知,与图对应的 与图对应的t 由图可知 与图对应的 m和t 所对应 的拨盘转角分别为2φ 的拨盘转角分别为 1和2π.
第6章 间歇运动机构
本章小结
• 4．凸轮式间歇运动机构是将主动件的连续转动转 ． 化为从动件的间歇运动。 化为从动件的间歇运动。通过合理地设计凸轮廓 可以减少动载荷和避免冲击， 线，可以减少动载荷和避免冲击，适用于高速运 转的场合。凸轮式间歇运动机构结构紧凑、 转的场合。凸轮式间歇运动机构结构紧凑、转位 准确，但加工复杂，安装调试比较困难。 准确，但加工复杂，安装调试比较困难。
第6章 间歇运动机构
第6章 间歇运动机构
• 关键知识点 1．间歇运动机构功能分析； ．间歇运动机构功能分析； 2．间歇运动机构的工作原理、运动特点和适 ．间歇运动机构的工作原理、 用场合。 用场合。 • 难点 棘爪的工作条件分析。 棘爪的工作条件分析。
第6章 间歇运动机构
本章主要内容 • 6.1 棘轮机构 • 6.2 槽轮机构 • 6.3 不完全齿轮机构 • 6.4 凸轮间歇运动机构 • 总结
机械设计基础 第6章间歇运动机构
§6－4 凸轮式间歇运动机构
通常有两种型式： 2
1、圆柱凸轮间歇运动机构
1） 组成：凸轮1；滚子3均匀
分布在转盘2端面；滚子中心
R2
3
与转盘中心的距离等于R2。
2）原理：当凸轮转过δt时，
1
转盘以某种运动规律转过角
度δ2max=2π/z；当凸轮继
滚子数
续转过其余角度（2π-δt）时，转盘静止不动。当凸轮继续转动
轮1的锁住弧(外凸圆弧g)与轮2的边锁住弧(内凹圆弧f)配合，将
轮2锁住，使其停歇在预定位置，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。
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，故用于低速、轻载场合。
故棘轮静止不动。
工作原理：原动件往复摆动，棘爪推动棘轮单向间歇转动。
三、双动式棘轮机构
双动棘轮机构1
双动棘轮机构2
改变原动件可以得到图示双动式棘轮机构。原动件来回摆动时， 使棘轮2沿同一向转动。驱动棘爪3可是直的或带钩的。
四、双向棘轮：棘轮轮齿制成方形时，成为可变向棘轮机构。
特点：图a棘爪1在B位置时，棘轮2将沿逆时针方向作间歇运动；当棘爪1翻转 到A位置时，棘轮2将沿顺时针方向作间歇运动。
规律设计凸轮（ ）。
4、从动件位移与凸轮转角之间的关系可用（ ）线图表示，该线
图取决于（ ）曲线的形状。
5、其他条件不变时，（
）越小，（ ）越大。
6、齿轮传动的基本要求之一是（
）必须保持不变。
7、一对外啮合齿轮的中心距恒等于其（
）半径之和，角速
比恒等于其（ ）半径的反比。
第6章间歇运动机构
6.1.2 棘轮和棘爪的正确位置及主要几何尺寸
1、棘轮和棘爪的正确位置
棘轮在工作时受到棘爪推力的作用，同时，棘爪也受到棘轮 反作用力的作用，由于棘爪可视为二力杆(图37)，所以棘爪 对棘轮的推力作用线通过棘爪的轴心O2，直线O2A即为作用线。 在相同推力下，为了使棘轮获得最大的转矩，应使推力作用 线O2A垂直于O1A，即∠O2AO1＝90°。
Z
21 Z 2 1 1 2 2Z 2 Z
讨论：1、τ=0，槽轮始终不动； τ>0，∴Z≥3 。 2、槽轮的运动时间总小于静止时间。 1 3、要使， 2 须在构件1上安装多个圆销。 设k为均匀分布的圆销数， k ( Z 2)
2Z
由 上式可知：当Z=3时，圆销的数目可为 1～5；当Z=4或5时，圆销的数目可为1～3；而当 Z≥6时，圆销的数目可为1～2。一般情况下 Z=4～8。
第6章 间歇运动机构
间歇运动机构:机器工作时，当主动件作连续运动时， 常需要从动件产生周期性的运动和停歇，实现这种运 动的机构，称间歇运动机构。 类型： 1.主动件往复摆动，从动件间歇运动---棘轮机构 2.主动件连续转动，从动件间歇运动---槽轮机构、 不完全齿轮机构 应用：自行车的飞轮机构、自动机床的进给机构、送 料机构、刀架的转位机构等
2.棘轮机构的类型 （齿式，摩擦式） (1)齿式棘轮机构（利用棘爪与棘轮上的棘齿啮合与分离实现间歇）
1)单动式棘轮机构
外啮合式棘轮机构 内啮合式棘轮机构
外啮合式棘轮机构
第6章 间歇运动机构
tm 21 π 2π / z z 2
t 2π
2π
2z
0 0.5 槽轮运动时间总小于静止时间。
若拨盘1上装有均匀分布的K个圆销，则槽轮在一个运动循环
中的运动时间为一个圆销时的K倍，因此可以得到 > 0.5：
K (z 2)
2z
由于 < 1，所以
槽轮机构结构简单，工作可靠，能准确控制转过的角度。但 槽轮的转角大小不能调节，而且在槽轮转动的始、末位置角 速度变化较大，所以有冲击。槽轮机构一般用在低速场合。
二、槽轮机构的主要参数
图示槽轮机构，为使槽轮开始转动 瞬时和终止转动瞬时的角速度为零， 以避免刚性冲击，圆销开始进入径 向槽或自径向槽脱出时，径向槽的 中心线应切于圆销中心运动的圆周 （O1AO2A）。
设z为均匀分布的径向槽数目，则
槽轮2转过22 = 2/z时，拨盘1的转
角为
21 π 22 π 2π / z
21 π 22 π 2π / z
在一个运动循环内，槽轮2的运动时
间tm与拨盘1的运动时间 t 之比 称为
运动特性系数。当拨盘1等速转动时， 该时间之比可用转角之比来表示。
对于只有一个圆销的槽轮机构，tm和t
不完全齿轮机构的应用实例
§6－4 凸轮间歇运动机构
1. 圆柱形凸轮间歇运动机构——凸轮1呈圆柱形状，滚子3 均布在转盘2的端面。
当主动凸轮1转过曲线槽所对应的角度t时，凸轮曲线槽
推动滚子，使从动转盘2转过相邻两滚子所夹的中心角 2/z，其中z为滚子数；
当凸轮继续转过其余角度(2t)时，转盘静止不动，并
自行车后轴上装设的内啮合齿式棘轮机构：
当踏板带动链轮3顺时针转动时，链轮3上的 棘轮齿推动棘爪4、棘爪4推动后轮5，使后 轮5顺时针转动，从而驱使自行车前进。
第六章 间歇运动机构
槽轮机构适用于中速的场合。
3．凸轮式间歇运动机构
将主动凸轮的连续转动转化为从动转盘的间歇转动。此机构最突出的优点是
通过合理地设计凸轮廓线，可以减小其动载荷和避免冲击。因此，它适用于高速
运转的场合。凸轮式间歇运动机构结构紧凑、转位准确，但对凸轮加工精度要求
θmin=120。试求：1)棘轮的da，df，p；2)棘爪的长度L。
2) 装配自动机的工作台有6 个转动工位，为完成装配工序，要求每个工位
机械设计基础学习指导
4
停歇时间为tt=10s。当采用单销外槽轮机构时，试求：1)槽轮的运动系数τ；
2)销轮的转速n1；3)槽轮的运动时间td。
较高，加工较复杂，安装调整比较困难。
机械设计基础学习指导
2
. . tan . 1 f . tan . 1 0 . 15 . 8 . 5 .
4．不完全齿轮机构
将主动轮的连续转动转化为从动轮的间歇运动。其中，主动轮上只有一个或
几个轮齿。不完全齿轮机构很容易实现一个周期内多次动、停时间不等的间歇运
棘轮的最小转角Biblioteka min 为 θmin=s/l×360o=12o
所以z =360o/12o=30
（3）确定da，df 及p
da=mz=6×30mm=180mm
df=da-2h=(180-2×0.75×6)mm=171mm
p=兀m=3.14×6mm=18.85 mm
（4）确定棘爪长度L
传动平稳、无噪声，可实现动程的无级调节；但其运动准确性较差。棘轮机构通
常只适用于低速、轻载的场合。
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第六章间歇运动机构
在机器工作时，当主动件作连续运动时，常需要从动件产生周期性的运动和停歇，实现这种运动的机构，称为间歇运动机构。
最常见的间歇运动机构有棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮式间歇机构等，它们广泛用于自动机床的进给机构、送料机构、刀架的转位机构、精纺机的成形机构等。
本章将扼要介绍这几类间歇运动机构的组成和运动特点。
一、教学要求
1.了解间歇运动机构在设计中对从动件的动、停时间和位置的要求及对其动力性能的要求。
2.掌握棘轮机构、槽轮机构的工作原理、运动特点、功能和适用场合。
3.了解凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构的工作原理、特点、功能及适用场合。
二、教学重点与难点
本章学习的重点是掌握常用的一些间歇运动机构的工作原理、运动特点和功能，并了解其适用场合。
在进行机械系统方案设计时，能够根据工作要求，正确选择间歇机构的类型。
6.1 棘轮机构
6.1.1 棘轮机构的工作原理
图6.1所示为棘轮机构，它主要由摇杆l、驱动棘爪2、棘轮3、制动爪4和机架5等组成。
弹簧6用来使制动爪4和棘轮3保持接触。
摇杆1和棘轮3的回转轴线重合。
当摇杆1逆时针摆动时，驱动棘爪2插入棘轮3的齿槽中，推动棘轮转过—定角度，而制动爪4则在棘轮的齿背上滑过。
当摇杆顺时针摆动时，驱动棘爪2在棘轮的齿背上滑过，而制动爪4则阻止棘轮作顺时针转动，使棘轮静止不动。
因此，当摇杆作连续的往复摆动时，棘轮将作单向间歇转动。
图6.2所示为双动式棘轮机构，可使棘轮在摇杆往复摆动时都能作同一方向转动。
驱动棘爪可做成钩头(图6.2a)或直头(图6.2b)。
图6.3所示为双向棘轮机构，可使棘轮作双向间歇运动。
图6.3a采用具有矩形齿的棘轮，当棘爪1处于实线位置时，棘轮2作逆时针间歇转动；当棘爪1处于虚线位置时，棘轮则作顺时针间歇运动。
图6.3b采用回转棘爪，当棘爪1按图示位置放置时，棘轮2将作逆时针间歇转动。
若将棘爪提起，并绕本身轴线转180°后再插入棘轮齿槽时，棘轮将作顺时针间歇转动。
若将棘爪提起并绕本身轴线转动90°，棘爪将被架在壳体顶部的平台上，使轮与爪脱开，此时棘轮将静止不动。
6.1.2 棘轮转角的调节
1.调节摇杆摆动角度的大小，控制棘轮的转角（图6.4）
2.用遮板调节棘轮转角（图6.5）
6.1.2 棘轮机构的特点与应用
棘轮机构结构简单、制造容易、运动可靠，而且棘轮的转角可在很大范围内调节。
但工作时
有较大的冲击与噪声、运动精度不高，所以常用于低速轻载的场合。
棘轮机构还常用作防止机构逆转的停止器。
这类停止器广泛用于卷扬机、提升机以及运输机中。
图6.6所示为提升机中的棘轮停止器。
图6.6 提升机的棘轮停止器
6.2 槽轮机构
6.2.1槽轮机构的工作原理
图6.7所示为槽轮机构(又称马氏机构)，它由主动拨盘1、从动槽轮2及机架3等组成。
拨盘1以等角速度ω1作连续回转，槽轮2作间歇运动。
当拔盘上的圆柱销A没有进入槽轮的径向槽时，槽轮2的内凹锁止弧面被拨盘1的外凸锁止弧面卡住，槽轮2静止不动。
当圆柱销A进人槽轮的径向槽时，锁止弧面被松开，则圆柱销A驱动槽轮2转动。
当拨盘上的圆柱销离开径向槽时，下一个锁止弧面又被卡住，槽轮又静止不动。
由此将主动件的连续转动转换为从动槽轮的间歇转动。
图6.7 槽轮机构
6.2.1槽轮机构的类型
平面槽轮机构：
1.外啮合槽轮机构（图6.7）：拨盘与槽轮转向相反
2.内啮合槽轮机构（图6.8）：拨盘与槽轮转向相同
空间槽轮机构（图6.9）：不讨论
图6.8 内啮合槽轮机构 图6.9 空间槽轮机构
6.2.1槽轮机构的运动系数
槽轮槽数z 和拨盘圆柱销数k 是槽轮机构的主要参数。
如图6.7所示，为了使槽轮在开始转动和终止转动时的瞬时角速度为零，以避免刚性冲击，在圆柱销开始进入径向槽及自径向槽脱出时，槽的中心线O 2A 应垂直于O 1A 。
设z 为均匀分布的径向槽数目，则由图6.7可见，当槽轮2转过22ϕ时，拨盘1的转角12ϕ为
z
ππϕπϕ22221-=-= 在一个运动循环内，槽轮2的运动时间t m 与拨盘1的运动时间t 之比称为运动系数，用τ表示。
当拨盘l 作等速运动时，τ也可用转角之比来表示。
对于只有一个圆柱销的槽轮机构来说，t m 和t 分别为拨盘1转过角度12ϕ和π2所用的时间，因此这种槽轮机构的运动系数τ为
z
z z t t m 2222221-=-===
ππππϕτ 分析：
1）0>τ，∴3≥z 2）单圆柱销槽轮：⇒-
=z
15.0τ运动时间小于静止时间 3）要使5.0>τ，需在拨盘上安装多个圆柱销，此时 z
z k 2)2(-=τ 由于1<τ，∴22-<z z k 6.2.1槽轮机构的特点和应用
优点：结构简单，工作可靠，能准确控制转动的角度。
常用于要求恒定旋转角的分度机构中。
缺点：①对一个已定的槽轮机构来说，其转角不能调节。
②在转动始、末，加速度变化较大，有冲击。
应用：应用在转速不高，要求间歇转动的装置中。
如六角车床上用来间歇的转动刀架的槽轮机构（图6.10）
电影放映机中，用以间歇地移动影片。
自动机中的自动传送链装置。
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
实际上不完全齿轮机构是由普通齿轮机构转化而成的一种间歇运动机构。
它与普通齿轮的不同之处是轮齿不布满整个圆周。
不完全齿轮机构的主动轮上只有一个或几个轮齿，并根据运动时间与停歇时间的要求，在从动轮上有与主动轮轮齿相啮合的齿间。
两轮轮缘上各有锁止弧，在从动轮停歇期间，用来防止从动轮游动，并起定位作用。
特点及用途：
不完全齿轮机构结构简单、制造方便，从动轮的运动时间和静止时间的比例不受机构结构的限制。
但因为从动轮在转动开始及终止时速度有突变，冲击较大，一般仅用于低速、轻载场合，如计数机构及在自动机、半自动机中用作工作台间歇转动的转位机构等。
图6.11 不完全齿轮机构
6.3.2凸轮式间歇运动机构
凸轮式间歇运动机构是利用凸轮的轮廓曲线，推动转盘上的滚子，将凸轮的连续转动变换为从动转盘的间歇转动的—种间歇运动机构。
它主要用于传递轴线互相垂直交错的两部件间的间歇转动。
图6.12为凸轮式间歇运动机构的一种型式。
图6.12 凸轮式间歇运动机构。