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间歇运动机构及其要求

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：机械中常用的间歇运动机构有凸轮机构、连杆机构、组合机构、液( 气) 压传动控制的机构、棘轮机构、槽轮机构、不完整齿轮机构等。间歇运动机构工作时，一般应满足以下要求: 运转过程中平稳无冲击。

在一些机械中，当某些机构中的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，例如机床和自动机中的送进运动、成品输出运动和分度转位运动等。这种实现从动件周期性间歇运动的机构统称为间歇运动机构。间歇运动机构也广泛地应用在自动化和半自动化的纺织机械中。

机械中常用的间歇运动机构有凸轮机构、连杆机构、组合机构、液( 气) 压传动控制的机构、棘轮机构、槽轮机构、不完整齿轮机构等。这里将介绍常用的槽轮机构、棘轮机构和不完整齿轮机构。

间歇运动机构工作时，一般应满足以下要求:

(1) 运转过程中平稳无冲击。

(2) 定位正确可靠。

(一)槽轮机构

1.槽轮机构的特点及工作原理如图2-41 所示，槽轮机构主要由带有圆销的拨盘1、具有径向槽的槽轮2 和机架组成。当主动拨盘1连续回转时，其上的圆销A 进入槽轮的径向槽带动槽轮一起转动;当圆销A 转过2φ1角度后，圆销从径向槽中脱出，槽轮停止转动，当拨盘继续转过(2π－2φ1) 角度后，圆销4 再次进入槽轮的另一个径向槽，槽轮又开始转动。这样周而复始的循环，使槽轮获得间歇运动。当圆销A脱出径向槽后，为了保持槽轮静止不动，在槽轮上设计有内凹锁住弧β，可被拨盘上的外凸圆弧α 所卡住。

为了避免槽轮在启动和停歇时发生刚性冲击，圆销4 开始进入径向槽或自径向槽脱出时，径向槽的中心线应与圆销中心的运动圆周相切。

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图2-41　槽轮机构

槽轮机构的特点是构造简单，工作可靠，在进入和脱离啮合时运动比较平稳。但在运动过程中的加速度变化较大，冲击较严重，因此一般用在转速不高的场合。在每一个循环中，槽轮转过的角度与其径向槽数和拨盘上的圆销数目有关，每次只能转过一定的角度，而不能任意调节。所以槽轮机构大多数应用在不需要调节转角的自动化和半自动化机械的传送机构和转位机构中。

2.槽轮机构的运动系数在一个运动循环中，槽轮的运动时间td与拨盘的运动时间t 的比值，称为槽轮机构的运动系数，用τ 表示。当拨盘1 等角速转动时，τ 也可用相应的转角比表示。对于仅有一个圆销的槽轮机构，td和t 各对应于拨盘转角2φ1和2π，则:

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式中:2φ1为槽轮运动时主动拨盘1 所转过的角度。如图2-41 所示，圆销开始进入或开始脱出径向槽时，径向槽的中心线与圆销中心的运动圆周相切。设z 为槽轮上均匀分布的径向槽的数目，则:

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故

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由以上公式可得出以下结论:

(1) 因τ 必须大于零，故径向槽数z 必须等于或者大于3。

(2) 单个圆销槽轮机构的τ 值总是小于0.5，即槽轮的运动时间总是小于静止时间。

(3) 如要求槽轮每次转动的时间大于停歇的时间，即τ ＞0.5，可在拨盘上装多个圆销。设n为均匀分布在拨盘上的圆销数目，则:

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由于运动系数τ 应小于1，即:

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则

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由上式得径向槽与圆销之间的关系为:当z=3 时，n=1 ～5;当z=4 或5 时，n=1 ～3;当z≥6 时，n=1 ～2。

(二)棘轮机构

1.棘轮机构的特点和工作原理棘轮机构如图2-42 所示。它主要由主动件、棘爪、棘轮、制动爪以及机架等构件组成。弹簧用来强迫制动爪和棘轮保持接触。当主动件逆时针摆动时，棘爪便插入棘轮的齿间，推动它转过一定角度，这时制动爪在棘轮的齿背上滑过，当主动件作顺时针转动时，制动爪插入棘轮齿间，阻止棘轮顺时针转动，同时棘爪在棘轮的齿背上滑过，故棘轮静止不动。这样，当主动件作连续的往复摆动时，棘轮便作单向的间歇运动。

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图2-42　棘轮机构

1—主动件 2—棘爪 3—棘轮 4—制动爪 5—机架 6—弹簧(https://www.chuimin.cn)

如果要求棘轮作双向间歇运动，则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2-43 所示，当棘爪处于实线位置时，棘轮作逆时针间歇转动，当棘爪处于虚线位置时，棘轮作顺时针间歇转动。

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图2-43　可变向棘轮机构

棘轮机构的特点是结构简单、制造方便，棘轮转角的大小取决于带动它的连杆机构或凸轮机构，因此易于调节。但其传递的动力不大，传动平稳性较差，而且棘爪在棘轮齿面上滑行时，会引起噪声和齿尖磨损，所以用在转速不高的场合。

2.棘爪不滑脱的条件如图2-44 所示，为了使棘爪所受的力最小，棘爪的回转中心O2至棘齿接触点A 的连线O2A 最好与过A 点的半径线OA 互相垂直，即∠OAO2=90°。当棘爪与棘齿齿面开始接触时，棘齿加在棘爪上的正压力N32与摩擦力F32如图2-44 所示。为了保证棘爪能够滑入齿槽并自动压紧齿根不滑脱，则力N32对回转轴线O2的力矩应大于F32对O2的力矩，即:

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式中:α 为棘齿齿面与径向线OA 间的夹角，f 和φ 分别为棘爪与棘齿接触面间的摩擦系数和摩擦角。当f=0.2 时，φ=11°30'，为了安全可靠，通常取α=20°。

(三)不完整齿轮机构

如图2-45 所示的一对齿轮，主动轮仅在一部分圆周上有轮齿，当它连续回转时，从动轮作时转时停的间歇运动。

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图2-44　棘爪的受力分析

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图2-45　不完整齿轮机构

1—主动轮 2—从动轮

不完整齿轮机构的特点是结构简单，加工方便，改变主动轮和从动轮的齿数直接影响从动轮在一个循环内的停歇时间，所以这种机构的间歇运动特性要比其他间歇运动机构灵活。但从动轮在转动开始和终了时有剧烈的冲击，故一般用于低速、轻载的场合。

在不完整齿轮机构中，为了在主动轮转一周时，使从动轮转过相应的整数齿，以及为了避免主、从动轮轮齿间的相互干涉，一般主动轮首、末两齿的轮齿高度应比其他正常的轮齿高度小一些。此外，在从动轮停歇时，通常可依靠主、从动轮上各自的锁住弧α 和β 进行定位。

思考题

1.画出图2-46 所示的机构简图，并计算其自由度。

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图2-46

2.抄画机构简图，计算自由度，若有局部自由度、复合铰链、虚约束，请在图2-47 上明确指出。

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图2-47

3.一对正确安装的标准直齿圆柱齿轮传动，中心距a =120mm，传动比i =3，小齿轮齿数z1=20。试确定这对齿轮模数和小齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。

4.如图2-48 所示，具有空间齿轮机构的定轴轮系，已知z1=15、z2=25、z2'=15、z3=30、z3'=15、z4=30、z4'=2(右旋)、z5=60、z5'=20(m=4mm)，若n1=500r/min，求齿条6 线速度v 的大小和方向。

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图2-48

5.设计一偏置曲柄滑块机构，如图2-49 所示，已知滑块的行程长lC1C2=50mm，偏距e =15mm，行程速比系数K=1.5，求曲柄、连杆的长度lAB、lBC

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图2-49

6.间歇运动机构主要有哪几种形式? 各有什么特点?