机械原理棘轮及其他机构

超越离合器
利用主、从动部分的速度变化或旋转方向 的变换，具有自行离合功能的离合器。
为了改变棘轮每次转过角度大小，可以加装一个棘轮罩，被遮住的齿越多，棘轮每次转过的角度就越小
棘轮机构设计要点
棘轮机构的设计主要应考虑：棘轮齿形的选择 、模数齿数的确定 、齿面倾斜角的确定 、 行程和动停比的调节方法
1. 棘轮齿面倾斜角的设计
2 0.6 12
②但随着转角增大， 角加速度值迅速下 降并趋于零； ③曲线呈单调变化而不 象外槽轮那样有两个 峰值。
α
45˚ 90˚ 135˚
-135˚ -90˚ -45˚ 0
④内槽轮机构的动力性能比外槽轮机构要好得多。
a=1
螺旋机构
螺旋机构的组成及工作特点
螺旋机构，由螺杆轴、螺母、机架组成
棘轮机构
机制141 温家鑫
棘轮机构的组成及工作特点
组成：摇杆、棘爪、棘轮、止动爪和机架 棘轮轮齿通常用单向齿，棘爪铰接于摇杆上，当摇杆逆时针
方向摆动时，驱动棘爪便插入棘轮齿以推动棘轮同向 转动；当摇杆顺时针方向摆动时，棘爪在棘轮上滑 过，棘轮停止转动。
优点：结构简单，制造方便，运动可靠，每次转过的角度的大小可以在较大的范围内调节； 缺点：工作时有较大的冲击和噪声，运动精度较差，所以，棘轮机构常用于速度较低和载荷
i21
2 1
(cos ) 6 i21 1 2 cos 2 5 (2 1) sin k 2 2 ( 1 2 cos ) 1 4
a=1 3
槽轮运动的前半段，槽轮的 角速度ω 2是增加的，角加速 度α2>0后半段正好相反。
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
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。
代入上式
ω1
2α1 90° 90° 2φ2
ω2
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) ∵
螺旋机构的类型
万向铰链机构
单万向铰链机构
双万向铰链机构
end
正压力－Pn
摩擦力－F
要求在工作时，棘爪在Pn和F的作用下，能自动滑入棘轮齿槽。 条件是两者对O2的力矩要满足 如下条件：
Mpn>MF
将两个力分解成切向和径向分量
Pn sinα L
∵ F= Pn f
> Fcosα L
代入得：
tgα> f =tgφ
通常取α＝20°
∴
α >φ
当 f=0.2 时，φ＝11°30’
A
α
α 1 -α 1
L
φ B
φ2
O2
-φ2
ω2
槽轮的运动是靠圆销的拨动来实现的，在一个运 动循环内，槽轮经历了从静止→运动→静止的过 程，因此，槽轮的角速度是变化的，从而具有角 加速度。
令λ＝ R / L，并代入上式得： sin 1 ＝tg 1 cos
分别对时间求一阶导数、和二阶导数，得：
2.运动特性 (1)外啮合槽轮机构
图示槽轮在运动的任一瞬时，设拨盘位置角用α来表示，槽轮位置角用φ表示。
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
R
o1
－α1≤α≤α1 －φ2≤φ≤φ2 在△ABO2中有如下关系：
AB R sin tg O2 B L R cos
不大的场合。
棘轮机构的类型及应用
内接棘轮机构
外接棘轮机构
棘条机构
钩头双动式棘轮机构
直推双动式棘轮机构
可变向棘轮机构
摩擦式棘轮机构
外摩擦式接棘轮机构
外摩擦式接棘轮机构
滚子内接摩擦式棘条机构
棘轮机构的应用
牛头刨床
工作面
为了切削工件，刨刀需作连续往复直线运动，工作台作间歇移动。当曲柄转动时，经连杆带动摇杆作 往复摆动；摇杆上装有双向棘轮机构的棘爪，棘轮与丝杠固连，棘爪带动棘轮作单方向间歇转动， 从而使螺母（即工作台）作间歇进给运动。若改变驱动棘爪的摆角，可以调节进给量；改变驱动棘爪的 位置（绕自身轴线转过180°后固定），可改变进给运动的方向。
槽轮机构
槽轮机构的组成及工作特点
槽轮机构（geneva mechanism）由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构，又称马尔 他机构。常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。 槽轮机构有外啮合和内啮合以及球面槽轮等。外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反, 而内啮合则相同，球面槽轮可在两相交轴之间进行间歇传动。槽轮机构典型结构如图 所示，它由主动转盘、从动槽轮和机架组成。
(cos ) 1 其中： dα/dt =ω1 2 2 dt 1 1 2 cos
d
2
2
d dt2
2
1
(2 1) sin 2 1 其中：dω1 /dt = 0 2 2 (1 2 cos1 )
令i21=ω 2/ω 1 (传动比) ,kα =α2/ω 21 得：
(cos ) (2 1) sin k i21 2 2 2 ( 1 2 cos ) 1 2 cos 1
将上述i21、kα随α的变化绘制成曲线，称为槽 轮机构的 运动特性曲线。
上式说明，当拨盘以等角速度运动时，槽轮随位置的变化而变化。因为λ随槽 数z的不同而变化，因此，不仅随机构位置变化，而且随槽数变化。
运动特性曲线
(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
0.8 0.4 0.2
2 1 2 1
z=4
特性分析：
①存在柔性冲击。a=1
1.0 圆销进入或退出径向 槽时，角速度有突变， 0.75 且值与外槽轮相等。 0.5 0 -0.25 -0.5 -0.75 -1.0 0.25
槽轮机构的类型及应用
外槽轮机构
槽轮与拨盘转向相轮机构的应用
电影放映机的拨片机构
球面槽轮机构
三、槽轮机构的运动系数及运动特性 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 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
kα =α2/ 8
ω 21
z=3 z=4
-50˚ -30˚ -10˚
6 4 2
10˚ 30˚ 50˚
α
z=3
z=6
2
z=4
α
-4
z=6
1
-6
-8
-60˚ -40˚ -20˚ 0 20˚ 40˚ 60˚ -50˚ -30˚ -10˚ 10˚ 30˚ 50˚
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。 圆销进入或退出径向槽时，角速度有突变，