任务引领通过观察与操作回答以下问题：1.螺旋传动有哪些特点？1）单螺旋传动如图3.2所示为单螺旋传动。螺旋传动具有增力性。主要用于增力的螺旋传动，也称传力螺旋。此时，螺旋传动主要用于转换运动形式，传递运动，故称传导螺旋。这种螺旋传动称为复式螺旋传动。......
2023-06-30
滚动螺旋机构的应用及优势
【摘要】：有螺旋副连接的机构称为螺旋机构，用来传递运动和动力。当两螺旋副的旋向相同时，两螺母的运动位移变化很慢，称为差动螺旋机构，如图4－57 所示。当螺杆或螺母转动时，滚动体在螺纹滚道内滚动，摩擦状态为滚动摩擦，其摩擦损失比滑动螺旋机构小，故传动效率也比滑动螺旋机构高。在数控机床、直线电机、汽车转向、飞机起落架等机构中，滚动螺旋机构有着广泛应用。
1.螺旋机构的组成和工作原理
有关螺纹连接基础知识详见项目五 任务二中常用连接零（部）件识别中螺纹连接部分。
有螺旋副连接的机构称为螺旋机构，用来传递运动和动力。
图4－54 所示为最基本的螺旋机构，它是由螺杆1、螺母2 和机架3 组成的，螺杆与螺母组成螺旋副B，螺杆与机架组成转动副A，螺母与机架组成移动副C。通常，螺杆为主动件做匀速转动，螺母为从动件做轴向匀速直线移动，螺杆转动一周，螺母的轴向位移为一个螺纹导程。有时也可以使螺母不动，螺杆在旋转时轴向移动。
图4-54 螺旋机构
1—螺杆；2—螺母；3—机架
4-2-06 螺旋机构
按螺旋副摩擦性质不同，螺旋机构可分为滑动螺旋机构和滚动螺旋机构。
2.滑动螺旋机构的特点
滑动螺旋机构具有结构简单、工作连续、传动精度高、易于实现自锁等优点，在工程中应用广泛。但由于螺旋副之间是滑动摩擦，工作时磨损大、效率低，故不能用于传递大功率动力。
3.把旋转运动转化为直线运动
（1）单螺旋副传动机构
单螺旋副传动机构常用来传递动力，可以制成螺杆同时旋转和轴向移动，而螺母固定不动的增力机构，如图4－55 所示的螺旋千斤顶和压力机；也可以制成螺杆旋转、螺母轴向移动的传力机构，如图4－56 所示的车床丝杠进给机构，等等。
图4-55 螺旋增力机构
（a）螺旋千斤顶；（b）压力机
图4-56 车床丝杠进给机构
（2）双螺旋副传动机构
双螺旋副传动机构中有两个螺旋副，常用来传递运动。当两螺旋副的旋向相同时，两螺母的运动位移变化很慢，称为差动螺旋机构，如图4－57 所示。
如图4－58 所示的镗刀微调机构，就是差动螺旋机构的一种应用。
当两螺旋副的旋向相反时，两螺母的运动位移变化很快，称为复式螺旋机构，如图4－59 所示的螺旋拉紧装置。
4.把直线运动转化为旋转运动
当螺旋副的导程角较大时，其反行程不能自锁，能将移动变为转动。如图4－60 所示的手压螺丝刀是将螺母的直线移动转化为螺杆旋转运动的应用实例。
图4-57 双螺母机构
1—螺杆；2—可动螺母；3—固定螺母
图4-58 镗刀微调机构
1—固定螺母；2—螺杆；3—镗刀头（可动螺母）
图4-59 螺旋拉紧装置
图4-60 螺丝刀
1—螺丝刀头；2—刀头夹紧器；3—螺丝刀杆；4—空心手柄；5—旋向控制钮
在图4－60 中，1 是螺丝刀头；2 是刀头夹紧器；3 是开有左右大导程角的螺丝刀杆；4 是装有左、右旋螺母的空心手柄，分别与3 组成螺旋副；5 是旋向控制钮，可控制左、右螺旋副分别作用。工作时在手柄上施加压力，手柄在轴线方向做直线运动，螺丝刀头便会产生左旋或右旋运动，用以装拆螺钉。
5.滚动螺旋机构
滚动螺旋机构是把旋转运动转化为直线运动且应用非常广泛的一种传动装置，它在螺杆与螺母的螺纹滚道间装上了滚动体（常为滚珠，也有少数用滚子），因而提高了螺旋机构的传动效率，如图4－61 所示。当螺杆或螺母转动时，滚动体在螺纹滚道内滚动，摩擦状态为滚动摩擦，其摩擦损失比滑动螺旋机构小，故传动效率也比滑动螺旋机构高。
在数控机床、直线电机、汽车转向、飞机起落架等机构中，滚动螺旋机构有着广泛应用。
图4-61 滚动螺旋机构
知识拓展
间歇运动机构简介
一、概述
在生产中，某些机器当主动件做连续运动时，常常需要从动件做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。间歇运动机构广泛应用于自动机床的进给机构、送料机构、刀架的转位机构、电影放映机中胶片的驱动机构等。间歇运动机构的类型很多，常用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运动机构。
二、棘轮机构
1.棘轮机构的组成和工作原理
棘轮机构是利用主动件做往复摆动，实现从动件的间歇转动，有外啮合（见图4－62）和内啮合两种形式。在图4－62 中，棘轮机构一般由主动件、驱动棘爪、棘轮、止动爪，以及机架等构件组成，主动件和棘轮可分别以O3 点为中心转动。为保证棘爪、止动爪工作可靠，常利用弹簧使其紧压齿面。在图中当主动件逆时针摆动时，主动件上铰接的棘爪插入棘轮的齿内，推动棘轮同向转动一定角度。当主动件顺时针摆动时，止动爪阻止棘轮反向转动，此时棘爪在棘轮的齿背上滑过并落入棘轮的另一齿内，棘轮静止不动。当主动件连续往复摆动时，棘轮便得到单向的间歇运动。
2.棘轮机构的特点
棘轮机构的特点是：结构简单，制造容易，运动可靠；棘轮的转角在很大范围内可调；工作时，有较大的冲击和噪声，运动精度不高，常用于低速场合；棘轮机构还常用作防止机构逆转的停止器。
3.棘轮机构的类型和应用
根据棘轮机构的棘爪和棘轮结构，将其分为齿式（见图4－62）和摩擦式（见图4－63）两大类。根据工作需要，还有双动式棘轮机构（见图4－64）和可变向棘轮机构（见图4－65）。
图4-62 齿轮棘轮机构
1—机架；2—棘轮；3—驱动棘爪；4—主动件；5—弹簧；6—止动爪
图4-63 摩擦式棘轮机构
1—棘爪；2—传动轴；3—止退棘爪；4—机架；5—棘轮
（1）齿式棘轮机构
齿式棘轮机构结构简单，棘轮的转角容易实现有级调节。但这种机构在回程时，棘爪在棘轮齿背上滑过时有噪声；在运动开始和终止时，速度骤变而产生冲击，传动平稳性较差，棘轮齿易磨损，故常用于低速、轻载等场合实现间歇运动。
图4-64 双动式几轮机构
1，2—棘爪；3—摇杆；4—棘轮
图4-65 可变向棘轮机构
1—棘轮；2—棘爪；3—摇杆
（2）摩擦式棘轮机构
摩擦式棘轮机构传递运动较平稳，无噪声，棘轮的转角可做无级调节，但运动准确性差，不宜用于运动精度要求高的场合。
棘轮机构常用于送进、制动和超越等工作中，如图4－66 所示。
图4-66 棘轮机构的应用举例
（a）制动；（b）超越
1—小链轮；2—链条；3—棘爪；4—大链轮；5—传动轴
三、槽轮机构
1.槽轮机构的组成和工作原理
如图4－67 所示，槽轮机构是由带有圆柱销A 的主动拨盘1 和具有径向槽的从动槽轮2 及机架组成。当主动拨盘1 顺时针做等速连续回转时，其上圆柱销A 未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁止弧ββ 被拨盘外凸锁止弧αα 锁住，则槽轮静止不动。当圆柱销A 开始进入槽轮的径向槽，即图4－67 所示位置时，αα 弧和ββ弧脱开，圆柱销A 驱动槽轮沿逆时针方向转动。当圆柱销A 开始脱出槽轮径向槽时，槽轮的另一内凹锁止弧β′β′又被锁住，致使槽轮静止不动，直到圆柱销再次进入槽轮的另一径向槽，又重复以上运动循环，从而实现从动槽轮的单向间歇转动。
2.槽轮机构的特点
图4-67 外啮合槽轮机构
槽轮机构优点是：结构简单、工作可靠、机械效率高，能较平稳、间歇地进行转位。缺点是：圆柱销突然进入与脱离径向槽，传动存在柔性冲击，不适合高速场合，转角不可调节，只能用在定角场合。
3.槽轮机构的类型和应用
槽轮机构有平面槽轮机构（主动拨盘轴线与槽轮轴线平行）和空间槽轮机构（主动拨盘轴线与槽轮轴线相交）两大类。平面槽轮机构可分为外啮合槽轮机构和内啮合槽轮机构。图4－67 所示为外啮合槽轮机构，其主动拨盘和从动槽轮的转向相反。图4－68 所示为内啮合槽轮机构，其主动拨盘和从动拨盘的转向相同。
图4－69 所示为空间槽轮机构，从动槽轮呈半球形，槽和锁止弧均分布在球面上，主动件的轴线、销的轴线都与槽轮的回转轴线汇交于槽轮球心O，故又称为球面槽轮机构。当主动件连续回转时，槽轮做间歇转动。
图4-68 内啮合槽轮机构
1—从动槽轮；2—主动拨盘
图4-69 空间槽轮机构
1—圆销；2—主动拨盘；3—从动槽轮
槽轮机构结构简单、工作可靠，但在运动过程中的加速度变化较大、冲击较严重。同时在每一个运动循环中，槽轮转角与其径向槽数和拨盘上的圆柱销数有关，每次转角一定，无法任意调节。所以槽轮机构不适用于高速传动，一般用于转速不是很高、转角不需要调节的自动机械和仪器仪表中。图4－70 所示为槽轮机构在电影放映机中用作送片的应用实例，图4－71 所示为槽轮机构在转塔车床刀架转位的应用实例。
图4-70 放映机上的槽轮机构
1—从动槽轮；2—圆销；3—主动拨盘
图4-71 转塔车床刀架转位的棘轮机构
1—刀架；2—槽轮；3—圆销；4—拨盘
四、其他间歇运动机构
1.不完全齿轮机构
不完全齿轮机构由普通渐开线齿轮机构演化而成，其基本结构分内啮合不完全齿轮机构和外啮合不完全齿轮机构两种，如图4－72 所示。不完全齿轮机构的主动轮只有一个或几个齿，从动轮具有若干个与主动轮相啮合的轮齿和锁止弧，可实现主动轮的连续转动和从动轮的有停歇转动。
其优点是结构简单、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；缺点是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。
2.凸轮式间歇运动机构
图4－73 所示为凸轮式间歇运动机构。凸轮式间歇运动机构的优点是结构简单、运转可靠、传动平稳、无噪声，适用于高速、中载和高精度分度的场合；缺点是凸轮加工比较复杂，装配与调整要求也较高。凸轮式间歇运动机构主要用于垂直交错轴间的传动。
图4-72 不完全齿轮机构
（a）内啮合；（b）外啮合
图4-73 凸轮式间歇运动机构
1—从动圆盘；2—圆柱销；3—主动凸轮
知识归纳整理
一、知识点梳理
通过前面课程学习，我们了解平面机构运动副的表示方法、如何绘制运动简图及平面机构自由度的简单计算，基本掌握了工程常用机构，如平面连杆机构、凸轮机构、螺旋机构的相关概念、结构、参数及各部分名称。为了大家对所学知识能有更好的理解和掌握，利用树图形式归纳如下，仅供参考。
二、自我反思
1.学习中的收获或体会
2.你碰到的工程上的典型机构描述
自测题
任务一 平面机构的知识储备
简答题
1.什么是运动副？ 平面高副与平面低副各有什么特点？
2.平面机构具有确定运动的条件是什么？
任务二 工程常用机构的识别
一、填空题
1.机器中的构件是指相互之间能做________运动的物体。
2.杠杆传动不宜做________的往复运动。
二、选择题
1.做等速运动的凸轮机构，一般适用于凸轮做（ ）和从动杆质量不大的场合。
A.低速运动
B.中速运动
C.变速运动
D.高速运动
2.为保证机构正常工作，摆动杆凸轮的许用升程压力角α＜（ ）。
A.25°
B.35°
C.45°
D.55°
3.凸轮等速运动曲线采用（ ）画线比较精确。
A.圆弧画线法
B.逐点画线法
C.分段画线法 D.箱体画线法
三、判断题
1.机构是由构件组成的。 （ ）
2.从动件做简谐运动时，其加速度按余弦规律变化，故又称余弦加速度规律。（ ）
3.杠杆传动的作用原理是力矩作用原理。 （ ）
4.两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。 （ ）
5.构件是机械的运动单元。 （ ）
6.把一组协同工作的零件组成的独立制造或独立装配的组合体称为部件。（ ）
7.组成运动副的两构件只能做相对转动，这种运动副称为移动副。 （ ）
8.机构的原动件数等于机构自由度，是机构具有确定运动的条件。 （ ）
9.若干构件用低副连接，且所有构件间的相对运动均为平面运动的机构，称为平面连杆机构。 （ ）
10.一个构件在平面内自由运动时，有两个独立运动。 （ ）
11.使两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。 （ ）
12.构件独立运动的数目称为构件的自由度。 （ ）
13.运动副限制构件运动的作用称为约束。 （ ）
14.组成运动副的两个构件只能做相对直线移动，这种运动副称为转动副。（ ）
15.构件都在同一平面或相互平行的平面内运动称为空间机构。 （ ）
16.若铰链四杆机构的两连架杆均为摇杆，则此四杆机构称为双摇杆机构。（ ）
17.与凸轮不保持直接接触的构件称为从动件。 （ ）
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