棘輪機構精品

1、棘輪機構精品1 棘輪機構精品2 n一、棘輪機構的基本結構和工作原理 棘輪機構基本結構如圖7l所示， 由棘輪3、棘爪2、4與主動擺桿 1、機架5組成。 主動擺桿1空套在與棘輪3固聯 的從動軸上，驅動棘爪2與主動 擺桿1用轉動副O(jiān)1相聯，止動棘 爪4與機架5用轉動副O(jiān)2相聯， 彈簧6可保證棘爪與棘輪嚙合。 棘輪機構精品4 二、棘輪機構的類型二、棘輪機構的類型 n常用棘輪機構可分為輪齒式與摩擦式兩大類： n1、輪齒式棘輪機構、輪齒式棘輪機構 n按嚙合方式可分成外嚙合、內嚙合棘輪機構。 (1) 單向式棘輪機構 單向式棘輪機構的特點是擺桿向一個方向擺動時， 棘輪沿同一方向轉過某一角度；而擺桿向另一個方

2、向擺動時，棘輪靜止不動。 雙動式棘輪機構，擺桿的往復擺動，都能使棘輪沿 單一方向轉動，棘輪轉動方向是不可改變的。 圖7-3 單向式棘輪機構 根據棘輪的運動又可分為兩種情況： 若將棘輪輪齒做成短梯形或矩形時，變 動棘爪的放置位置或方向后，可改變棘 輪的轉動方向。棘輪在正、反兩個轉動 方向上都可實現間歇轉動。 (2)雙向式棘輪機構 (1) 偏心楔塊式棘輪機構 偏心楔塊式棘輪機構的工作原理與輪齒式棘輪機構相 同，只是用偏心扇形楔塊代替棘爪，用摩擦輪代替棘 輪。利用楔塊與摩擦輪間的摩擦力與楔塊偏心的幾何 條件來實現摩擦輪的單向間歇轉動。 圖7-5 a 偏心楔塊式棘輪機構 2 2、摩擦式棘輪機構、摩擦式

3、棘輪機構 圖7-6為常用的摩擦式棘輪機構，構件1逆時針轉動或 構件3順時針轉動時，在摩擦力作用下能使?jié)L子2楔緊 在構件1、3形成的收斂狹隙處，則構件1、3成一體， 一起轉動；運動相反時，構件1、3成脫離狀態(tài)。 圖7-6 滾子楔緊式棘輪機構 (2) 滾子楔緊式棘輪機構 棘輪機構精品9 三、棘輪機構的特點和應用三、棘輪機構的特點和應用 n輪齒式棘輪機構結構簡單，易于制造，運動可 靠，從動棘輪轉角容易實現有級調整，但棘爪 在齒面滑過引起噪聲與沖擊，在高速時尤為嚴 重。故常于低速、輕載的場合用作間歇運動控 制。 n摩擦式棘輪機構傳遞運動較平穩(wěn)，無噪音，從 動件的轉角可作無級調整。但難以避免打滑現 象，

4、因而運動準確性較差，不適合用于精確傳 遞運動的場合。 棘輪機構精品10 圖77所示為牛頭刨床工作臺 橫向進給機構， n當曲柄1轉動時，經連桿2帶動 搖桿4作往復擺動；搖桿4上裝 有圖74b所示的雙向棘輪機 構的棘爪，棘輪3與絲杠5固連， 棘爪帶動棘輪作單方向間歇轉 動，從而使螺母6（工作臺） 作間歇進給運動。 n若改變驅動棘爪擺角，可以調 節(jié)進給量；改變驅動棘爪的位 置（繞自身軸線轉過180o后固 定），可改變進給運動的方向。 圖77 棘輪機構精品11 圖78所示的棘輪機構可以用 來實現快速超越運動。 n運動由蝸桿1傳到蝸輪2，通 過安裝在蝸輪2上的棘爪3驅 動與棘輪4固聯的輸出軸5按 圖示5

5、方向慢速轉動。當需 要輸出軸5快速轉動時，可按 輸出軸5轉動方向快速轉動輸 出軸5上手柄，這時由于手動 轉速大于蝸輪轉速，所以棘 爪在棘輪齒背滑過，從而在 蝸輪繼續(xù)轉動時，可用快速 手動來實現輸出軸超越蝸輪 的運動。 棘輪機構精品12 四、棘輪機構設計中的主要問題四、棘輪機構設計中的主要問題 n1、棘輪齒形的選擇 n最常見的棘輪齒形為不對稱梯形，如圖7-12所示。 n為了便于加工，當棘輪機構承受載荷不大時，可采用三角形 棘輪輪齒（見圖7-1），三角形輪齒的非工作齒面可作成直 線型和圓弧形。 n雙向式棘輪機構，由于需雙向驅動，因此常采用矩形或對稱 梯形作為棘輪齒形(圖7-4)。 圖7-12圖7-

6、1圖7-4 棘輪機構精品13 2、棘輪轉角大小的調整 n(1) 采用棘輪罩 如圖7-9所示。改變 棘輪罩位置，使部 分行程內棘爪沿棘 輪罩表面滑過，從 而實現棘輪轉角大 小的調整。 圖7-9 棘輪機構精品14 (2) 改變擺桿擺角 n圖7-10所示棘輪 機構中，通過改 變曲柄搖桿機構 曲柄長度OA的方 法來改變搖桿擺 角的大小，從而 實現棘輪機構轉 角大小的調整。 圖7-10 棘輪機構精品15 (3) 多爪棘輪機構 圖7-11 要使棘輪每次轉動小于一個輪齒所對的中心角時，可采用棘 爪數為n的多爪棘輪機構。如圖7-11所示為n=3的棘輪機構，三 棘爪位置依次錯開/3，當擺桿轉角1在1/3 范圍內

7、變 化時，三棘爪依次落入齒槽，推動棘輪轉動相應角度2為 2/3 范圍內/3整數倍。 棘輪機構精品16 3、棘輪機構的可靠工作條件 n(1) 棘爪可靠嚙合條件 圖7-12中為棘輪齒工作齒面 與徑向線間的夾角，稱齒面 角，L為棘爪長，O1為棘爪軸 心，O2為棘輪軸心，嚙合力 作用點為P（為簡便起見，設 P點在棘輪齒頂），當傳遞相 同力矩時，O1位于O2P的垂線 上，棘爪軸受力最小。 圖7-12 n當棘爪與棘輪開始在齒頂P嚙合時，棘輪工作齒面對棘爪 的總反力FR相對法向反力FN偏轉一摩擦角。FN對O1點的 矩使棘爪滑入棘輪齒根，而齒面摩擦力fFN有阻止棘爪滑 入棘輪齒根的作用。為使棘爪順利滑入棘輪齒

8、根并嚙緊齒 根，兩力對O1點的矩應滿足 cossinfLFLF NN tantan f 故 即（71） 因此棘爪順利滑入齒根的條件為：棘輪 齒面角大于摩擦角?；蚣唽?總反力FR的作用線必須在棘爪軸心O1和棘 輪軸心O2之間穿過。 當材料的摩擦系數f0.2時，摩擦角180，因此一般取 20O。 n(2) 偏心塊楔緊條件 對于圖7-5b所示的偏心楔塊式棘輪機構，擺桿逆時針 轉動時，輪3對楔塊2在接觸點A作用正壓力FN與摩擦力 fFN（參見圖7-13）。正壓力FN有松開楔塊的作用，要 使楔塊楔緊棘輪3，應使FN與fFN對O2的矩滿足 圖7-5 b 式中，為摩擦角；為 楔塊廓線升角。因此偏 心塊

9、楔緊條件為：楔塊 廓線升角小于摩擦角。 也可用摩擦輪對偏心楔 塊總反力FR的作用線必 須通過兩回轉中心O1和 O2的連接線段來判定。 (3) 滾子楔緊條件 n圖7-6所示滾子楔緊式棘輪機構， 滾子受力情況如圖7-14所示。 圖中當套筒1逆時針方向轉動時， 在摩擦力FA作用下，滾子2有逆 時針滾動的趨勢，因此星輪3在 接觸點B對滾子有圖示摩擦力FB。 摩擦力FA與FB使?jié)L子楔緊，其夾 角為楔緊角，而滾子2在接觸 點A、B的正壓力FNA和FNB欲將 滾子擠向楔形大端而松開。 n因此滾子楔緊條件為：楔緊角 小于兩倍的摩擦角。但角選擇 過小，反向運動時滾子將不易 退出楔緊狀態(tài)。 圖7-13 sin 2

10、 cos 22 d F dd F NAA tan,ffFF NAA 2 代入上式，并整理得 將 （73） n1 1、機構的組成、機構的組成 n通過，可以清楚 地看到槽輪機構 的基本組成。 一、槽輪機構的組成及其工作原理一、槽輪機構的組成及其工作原理 圖7-14 棘輪機構精品21 2 2、工作原理、工作原理 n如上圖所示，主動撥盤上的圓柱銷進入槽輪上的徑向 槽以前，凸鎖止弧將凹鎖止弧鎖住，則槽輪靜止不動。 圓柱銷進入徑向槽時，凸、凹鎖止弧剛好分離，圓柱 銷可以驅動槽輪轉動。當圓柱銷脫離徑向槽時，凸鎖 止弧又將凹鎖止弧鎖住，從而使槽輪靜止不動。因此， 當主動撥盤作連續(xù)轉動時，槽輪被驅動作單向的間歇

11、 轉動。 棘輪機構精品22 二、槽輪機構的基本類型及其應用二、槽輪機構的基本類型及其應用 n1、類型、類型 n常用的槽輪機構有兩種類型：一種是外嚙合槽輪機 構，另一種是內嚙合槽輪機構。 n(1)外嚙合槽輪機構：圖7-14a 為外嚙合槽輪機構。 n(2)內嚙合槽輪機構：圖7-15為內嚙合槽輪機構。 圖7-15 棘輪機構精品23 2 2、應用舉例、應用舉例 n槽輪機構結構簡單，容易制造。但工作時有一 定程度的沖擊，故一般不宜用于高速轉動的場 合。圖7-16為槽輪機構應用于電影放映機的間 歇卷片機構中。 圖7-16 附加圖a 為槽輪兩次停歇時間不等的槽輪機構， 附加圖b 為槽輪兩次停歇時間和運動時間

12、都不等的槽輪機構。 除基本類型的槽輪機構外，尚有其它形式的槽輪機構，當 需在兩相交軸間進行間歇傳動時，可采用球面槽輪機構。 附加圖 c 為球面槽輪機構，通過激活該圖，可觀察到球面 槽輪機構的工作過程。 3、球面槽輪機構、球面槽輪機構 附加圖 c 球面槽輪機構 棘輪機構精品26 三、槽輪機構的運動性質 n1槽輪機構運動系數 n（1）外槽輪機構 如圖714所 示外槽輪機構，為避免槽輪2在 起動和停歇時發(fā)生剛性沖擊，圓 柱銷A進入與脫出徑向槽時，槽 的中心線應與圓柱銷中心的運動 圓周相切。 n若外嚙合槽輪2上均布的徑向槽 數為z，則槽輪轉動22時，主動 撥盤1的轉角21為 2 22 21 z 稱作槽

13、輪運動角。 n在槽輪的一個運動循環(huán)內（只有一個圓柱銷時主 動撥盤回轉一周），槽輪運動時間t2與撥盤1的運 動時間t1之比稱為運動系數。 n當撥盤為等速回轉時，這個時間比可以用轉角比 來表示。 n對于只有一個圓柱銷的槽輪機構，t1和t2分別對 應撥盤1的轉角2和槽輪2運動時對應的撥盤1轉 角21，因此槽輪機構運動系數為 z z z t t2 2 2 2 2 2 2 21 1 2 （7-4） 在一個運動循環(huán)內槽輪停歇時間t2可由值按下式計算 )1 ()1 ( 1 1 2 121 2 t t t tttt （7一5） 要使槽輪2運動，必須使其運動時間t20， 故由式(7-4)可得z2，即徑向槽的數目

14、z應大于2， 這樣槽輪機構的運動系數0.5，也就是說這種 槽輪機構的運動時間總小于其停歇時間。 若撥盤上均布k個圓柱銷，當其轉動一周時，槽輪 將被撥動k次，則運動系數較只有一個圓柱銷時增 加k倍，故 z zk t t k 2 )2( 1 2 （7一6） 由上式知，槽數z3時，圓柱銷數目kl5； 當z45時，kl3；當Z6時，A12。 2 2 z z k 這樣可使，O5，但只有當1時槽 輪2才能出現停歇，所以結合上式得 z zk t t k 2 )2( 1 2 （7一6） （7一7） 棘輪機構精品30 (2) 內槽輪機構內槽輪機構 n內槽輪機構的運動系數為： z 2 2)2(222 221 對于

15、圖715所示內槽輪機 構，圓柱銷A進入與脫出徑向 槽時同樣應與徑向槽相切， 因此槽輪2運動時間所對應的 撥盤1轉角應為 z z z2 21 2 1 2 （78） 當z3時k2，說明這種槽輪機構圓柱銷數量只 能有1個。 1) 2 2 ( z z k 2 2 z z k 由上式知，這種槽輪機構運動系數總大于05。 又因1時槽輪2才能出現停歇，所以 z2， 即徑向槽數目應為z3。 如均布 k個圓柱銷，槽輪 2運動仍應滿足， 即 n一、不完全齒輪機構的基本型式和工作原理一、不完全齒輪機構的基本型式和工作原理 n不完全齒輪機構有三種傳動形式，即不完全內、外 嚙合齒輪傳動及不完全齒輪齒條傳動。 棘輪機構精

16、品33 1、不完全齒輪機構的從動輪在一周轉動中可作多次 停歇。因此，它能在較廣的范圍內得到應用。 二、不完全齒輪機構的嚙合特點二、不完全齒輪機構的嚙合特點 圖7-23 2、主、從動輪進入和 脫離嚙合時速度有突 變，沖擊較大。因此， 一般只適用于低速輕 載的工作條件。 n由于不完全齒輪的前接觸段的 起始點E與從動輪停歇的位置 有關，當兩輪齒頂圓的交點C 在從動輪上第一個正常齒齒頂 點C的右面（參見圖725） 3、主動輪首、末齒齒頂需要修正，以解決 運動干涉。 1212 OCOOOC 主動齒輪的齒頂被從動齒輪的齒頂擋住，不能進 入嚙合，發(fā)生齒頂干涉。 即 時 n為避免干涉發(fā)生，可以將 主動輪齒頂降

17、低，使兩輪 齒頂圓交點正好是C點或 達不到C點。圖725中 C點為主動輪首齒修頂后 的齒頂圓與從動輪齒頂圓 交點。 n不完全齒輪的主動輪除首 齒齒頂修正外，末齒也應 修正，而其他各齒均保持 標準齒高，不作修正。 棘輪機構精品37 3 3從動輪的運動時間和停歇時間從動輪的運動時間和停歇時間 n不完全齒數z1l的主動 輪等速轉動時，主動輪 轉動=(1+2)角度， 從動輪相應轉過角度為 。從動輪的運動時間 t2為： 1 21 2 2 tt (7-15) 從動輪的停歇時間t2為 1 21 2 2 1tt （716） n當主動輪不完全齒數z11時，從動輪的運動時 間與停歇時間只需在上述關系式加上相當于正

18、 常齒輪嚙合的（z1l）個齒的嚙合時間即可， 其公式分別為 式中z1為主動輪假想齒數，即輪齒布滿節(jié)圓時的齒 數。末齒修頂后，將減小2角，從而影響從動輪的 運動時間與停歇時間。 1 1 121 2 ) 1 2 t z z t （ 1 1 121 2 1 2 1t z z t （717） （718） 棘輪機構精品39 為避免從動輪在開始運動和終止運動 時的速度突變所產生的沖擊，可在兩 輪上安裝瞬心線附加桿，使從動輪的 速度平穩(wěn)增加和平穩(wěn)地減小。 三、具有瞬心線附加桿的不完全齒輪機構三、具有瞬心線附加桿的不完全齒輪機構 圖726中K、L為首齒進入嚙合前 的瞬心線附加桿，接觸點C為兩 輪相對瞬心。此時

19、 1 2 1 2 CO CO n傳動中 C點漸漸沿中心線O1O2向二齒輪嚙合 節(jié)點C移動， n如果開始運動時C與O1重合，2可由零逐漸 增大，不發(fā)生沖擊，瞬心線的形狀可根據2的 變化要求設計。 n同樣末齒脫離嚙合時也可以借助另一對瞬心線 附加桿使2平穩(wěn)地減小至零。 n加瞬心線附加桿后，2的變化情況如圖724 中虛線所示。 n從圖中看出，由于從動輪在開始運動時沖擊比 終止運動時的沖擊大，所以經常只在從動輪開 始運動的前接觸段設置瞬心線附加桿。 一、單萬向聯軸節(jié)結構與運動情況一、單萬向聯軸節(jié)結構與運動情況 下圖所示為單萬向聯軸節(jié)結構簡圖，當主動軸轉一周，下圖所示為單萬向聯軸節(jié)結構簡圖，當主動軸轉一周， 從動軸也轉動一周，但主動軸與從動軸的瞬時傳動比不同。從動軸也轉動一周，但主動軸與從動軸的瞬時傳動比不同。 圖圖7-27單萬向聯軸節(jié)單萬向聯軸節(jié) 其傳動比的計算公式為：其傳動比的計算公式為： 1 22 1 3 cossin1 cos （719） 上式說明，主動軸1以等角速度1 輸入運動，從動軸3的輸出角速度是 變化的。兩軸夾角一定，當1 0或180o時