常见的机械机构类型及其原理介绍

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：在机械机构中，除前面介绍的平面连杆机构、凸轮机构外，还经常会用到螺旋机构和间歇运动机构等类型繁多、功能各异的机构。主动件做连续运动，从动件做周期性间歇运动的机构称为间歇运动机构，如棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构。按用途和受力情况，螺旋机构又可分为以下3种。曲柄摇杆机构将曲柄的连续转动换成摇杆的往复摆动。齿式棘轮机构有外啮合与内啮合两种形式。矩形齿用于双向转动的棘轮机构。

在机械机构中，除前面介绍的平面连杆机构、凸轮机构外，还经常会用到螺旋机构和间歇运动机构等类型繁多、功能各异的机构。主动件做连续运动，从动件做周期性间歇运动的机构称为间歇运动机构，如棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构。

（1）螺旋机构

螺旋机构由螺杆、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为直线运动，并同时传递运动和动力，是机械设备和仪器仪表中广泛应用的一种传动机构。螺杆与螺母组成低副，粗看似乎有转动和移动两个自由度，但由于转动与移动之间存在必然联系，故仍只能被视为一个自由度。

按用途和受力情况，螺旋机构又可分为以下3种。

①传力螺旋：以传递轴向力为主，如起重螺旋或加压装置的螺旋。这种螺旋一般工作速度不高，且通常要求有自锁能力，如图2－14所示手动起重机构。

②传导螺旋：以传递运动为主，如机床的进给丝杠等。这种螺旋通常速度较高，要求有较高的传动精度，如图2－15所示。

图2－14　手动起重机构

螺旋机构

图2－15　车床进给螺旋丝杠

③调整螺旋：用于调整零件的相对位置，如机床、仪器中的微调机构。图2－16所示为虎钳钳口调节机构，可改变虎钳钳口距离，以夹紧或松开工件。

图2－15　车床进给螺旋丝杠

③调整螺旋：用于调整零件的相对位置，如机床、仪器中的微调机构。图2－16所示为虎钳钳口调节机构，可改变虎钳钳口距离，以夹紧或松开工件。

图2－16　虎钳钳口调节机构

螺旋机构具有结构简单、工作连续平稳、传动比大、承载能力强、传递运动准确，易实现自锁等优点，故应用广泛。

螺旋机构的缺点是摩擦损耗大、传动效率低。随着滚珠螺纹的出现，这些缺点已得到很大的改善。

（2）棘轮机构

图2－17所示的棘轮机构是由棘轮3、棘爪2、摇杆1、弹簧5及止动爪4组成的。曲柄摇杆机构将曲柄的连续转动换成摇杆的往复摆动。当摇杆顺时针摆动时，主动棘爪2啮入棘轮3的齿槽中，从而推动棘轮顺时针转动；当摇杆逆时针摆动时，主动棘爪2插入棘轮3的齿间，推动棘轮转过某一角度。此时，棘轮在止退棘爪的止动下停歇不动，扭簧的作用是将棘爪贴紧在棘轮上。在摇杆做往复摆动时，棘轮做单向时动、时停的间歇运动。因此，棘轮机构是一种间歇运动机构。

图2－16　虎钳钳口调节机构

螺旋机构具有结构简单、工作连续平稳、传动比大、承载能力强、传递运动准确，易实现自锁等优点，故应用广泛。

螺旋机构的缺点是摩擦损耗大、传动效率低。随着滚珠螺纹的出现，这些缺点已得到很大的改善。

（2）棘轮机构

棘轮机构

图2－17　棘轮机构

1—摇杆；2—棘爪；3—棘轮；4—止动爪；5—弹簧

棘轮机构可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构两大类。

齿式棘轮机构有外啮合与内啮合两种形式。按棘轮齿形分，可分为锯齿形齿和矩形齿两种。矩形齿用于双向转动的棘轮机构。

（3）槽轮机构

槽轮机构是利用圆销插入轮槽时拨动槽轮，脱离轮槽槽轮停止转动的一种间歇运动机构，可分为外槽轮机构和内槽轮机构，其结构分别如图2－18（a）和图2－18（b）所示。

图2－17　棘轮机构

1—摇杆；2—棘爪；3—棘轮；4—止动爪；5—弹簧

棘轮机构可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构两大类。

齿式棘轮机构有外啮合与内啮合两种形式。按棘轮齿形分，可分为锯齿形齿和矩形齿两种。矩形齿用于双向转动的棘轮机构。

（3）槽轮机构

槽轮机构

图2－18　槽轮机构

（a）外槽轮机构；（b）内槽轮机构
1—主动拨盘；2—从动槽轮

槽轮机构由带销的主动拨盘1、具有径向槽的从动槽轮2和机架组成。拨盘1为主动件，做连续匀速转动，通过主动拨盘上的圆销与槽的啮入啮出，推动从动槽轮做间歇转动。为防止从动槽轮在生产阻力下运动，拨盘与槽轮之间设有锁止弧。锁止弧是以拨盘中心O1为圆心的圆弧，只允许拨盘带动槽轮转动，不允许槽轮带动拨盘转动。

图2－18　槽轮机构

（a）外槽轮机构；（b）内槽轮机构
1—主动拨盘；2—从动槽轮

图2－19　六角车床刀架

1—拨盘；2—槽轮；3，4—齿轮；5—链轮；6—链条；7—料斗

槽轮机构结构简单，转位方便，工作可靠，传动平稳性较好，能准确控制槽轮转动的角度。但槽轮的转角大小受槽数Z的限制，不能调整，且在槽轮转动的始、末位置存在冲击，因此，槽轮机构一般应用于转速较低，要求间歇地转动一定角度的自动机的转位或分度装置中。图2－19所示的槽轮机构用于六角车床刀架转位上。刀架上装有六把刀具，与刀架一体的是六槽外槽轮2，拨盘1回转一周，槽轮转过60°，使下一道工序所需的刀具转换到工作位置上。图2－19所示为自动机中的自动传送链装置，拨盘1使槽轮2间歇传动，并通过齿轮3、4传至链轮5，从而得到传送链6的间歇运动，以满足自动流水线上装配作业的要求。

（4）不完全齿轮机构

不完全齿轮机构是在一对齿轮传动中的主动齿轮上只保留1个或几个轮齿。不完全齿轮机构是由渐开线齿轮机构演变而成的，与棘轮机构、槽轮机构一样，同属于间歇运动机构。不完全齿轮机构有外啮合和内啮合两种，如图2－20所示。

图2－19　六角车床刀架

1—拨盘；2—槽轮；3，4—齿轮；5—链轮；6—链条；7—料斗

（4）不完全齿轮机构

图2－20　不完全齿轮机构

（a）外啮合；（b）内啮合
1—主动齿轮；2—从动齿轮

图2－20　不完全齿轮机构

（a）外啮合；（b）内啮合
1—主动齿轮；2—从动齿轮

不完全齿轮机构——外啮合

不完全齿轮机构——内啮合

与其他间歇运动机构相比，不完全齿轮机构的结构更简单，操作更可靠，且传递力大，从动轮转动和停歇的次数、时间、转角大小等的变化范围均较大。其缺点是工艺复杂，从动轮运动的开始和结束的瞬间，会造成较大冲击，故多用于低速、轻载场合。例如，在多工位自动、半自动机械中，用作工作台的间歇转位机构及某些间歇进给机构、计数机构等。

不完全齿轮机构——内啮合

常见的机械机构类型及其原理介绍

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