第9章螺旋機(jī)構(gòu)、萬向聯(lián)軸器、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

第9章螺旋機(jī)構(gòu)、萬向聯(lián)軸器、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介圖9-1a中，A為螺旋副，其導(dǎo)程為l；B為轉(zhuǎn)動(dòng)副，C為移動(dòng)副。當(dāng)螺桿1轉(zhuǎn)動(dòng)φ角時(shí)，螺母2的位移s為如果將圖9-1a中的轉(zhuǎn)動(dòng)副B也換成螺旋副，便得到圖9-1b所示的螺旋機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)假設(shè)A、D兩段螺旋的導(dǎo)程分別為lA、lD，當(dāng)螺桿1轉(zhuǎn)動(dòng)φ角時(shí)，螺母2的位移s為Fig.9-1Screwmechanisms(螺旋機(jī)構(gòu))

1—Screw(螺桿)2—Nut(螺母)3—Frame(機(jī)架)A—Screwpair(螺旋副)

B—Turningpair(轉(zhuǎn)動(dòng)副)C—Slidingpair(移動(dòng)副)D—Screwpair(螺旋副)9.1螺旋機(jī)構(gòu)Fig.9-2Rollerscrewmechanism(滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu))根據(jù)螺桿與螺母之間摩擦狀態(tài)的不同，螺旋機(jī)構(gòu)可分為滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)中，螺桿與螺母的螺旋面直接接觸，其摩擦狀態(tài)為滑動(dòng)摩擦。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)中，螺桿與螺母的螺紋滾道間有滾動(dòng)體，稱之為滾珠螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖9-2所示滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，滾珠沿螺旋槽滾動(dòng)，并借助于導(dǎo)向裝置將滾珠導(dǎo)入返回滾道，然后再進(jìn)入工作滾道中，如此循環(huán)往復(fù)，使?jié)L珠形成一個(gè)閉合的循環(huán)回路。滾珠螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有傳動(dòng)效率高、起動(dòng)力矩小、傳動(dòng)靈敏平穩(wěn)、工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。Fig.9-3Singleuniversaljoint(單萬向聯(lián)軸器)9.2萬向聯(lián)軸器1.單萬向聯(lián)軸器

單萬向聯(lián)軸器由兩個(gè)固接于軸Ⅰ和軸Ⅱ端部的叉形接頭、一個(gè)十字形構(gòu)件和機(jī)架組成，如圖9-3a所示。十字形構(gòu)件的中心O與兩軸軸線的交點(diǎn)重合，軸Ⅰ和軸Ⅱ所夾的銳角α稱為萬向聯(lián)軸器的軸角。主動(dòng)軸Ⅰ每轉(zhuǎn)一周，從動(dòng)軸Ⅱ也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)一周，但是兩軸的瞬時(shí)傳動(dòng)比卻因位置的不同而隨時(shí)變動(dòng)。圖9-3b是兩個(gè)叉面球面運(yùn)動(dòng)示意圖。軸Ⅰ的叉面由OD轉(zhuǎn)動(dòng)φ1，到達(dá)OA。軸Ⅱ的叉面轉(zhuǎn)過φ2到達(dá)OB。軸Ⅰ及軸Ⅱ的角速度分別為ω1和ω2。2.雙萬向聯(lián)軸器在雙萬向聯(lián)軸器中，為使主、從動(dòng)軸的角速度始終保持相等，應(yīng)滿足如下條件：1)主、從動(dòng)軸Ⅰ、Ⅱ與中間軸Ⅲ應(yīng)位于同一平面內(nèi)。

2)中間軸兩端的叉面應(yīng)位于同一平面內(nèi)。

3)主動(dòng)軸與中間軸的夾角應(yīng)等于從動(dòng)軸與中間軸的夾角。Fig.9-4Doubleuniversaljoints(雙萬向聯(lián)軸器)9.3棘輪機(jī)構(gòu)圖9-5所示的棘輪機(jī)構(gòu)由主動(dòng)搖桿1、棘爪2、棘輪3、止回棘爪4和機(jī)架等部分組成。彈簧5用來使止回棘爪4和棘輪3保持接觸。主動(dòng)搖桿1空套在與棘輪3固連的從動(dòng)軸O上，并與棘爪2用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連。當(dāng)主動(dòng)搖桿作逆時(shí)針方向擺動(dòng)時(shí)，棘爪2便插入棘輪3的齒槽內(nèi)，推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，此時(shí)止回棘爪4在棘輪的齒背上滑過。當(dāng)主動(dòng)搖桿順時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，止回棘爪阻止棘輪順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，棘爪2在棘輪的齒背上滑過，棘輪3保持靜止不動(dòng)。這樣，當(dāng)主動(dòng)件作連續(xù)的往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪作單向的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。Fig.9-5Ratchetmechanism(棘輪機(jī)構(gòu))

1—drivingrocker(主動(dòng)搖桿)

2—drivingpawl(棘爪)3—ratchet(棘輪)

4—holdingpawl(止回棘爪)5—spring(彈簧)1.棘輪機(jī)構(gòu)的類型及其應(yīng)用(1)齒式棘輪機(jī)構(gòu)齒式棘輪的輪齒一般采用三角形齒、梯形齒或矩形齒，分為外齒棘輪和內(nèi)齒棘輪。圖9-6a為外齒棘輪機(jī)構(gòu)，圖9-6b為棘條機(jī)構(gòu)，圖9-6c為內(nèi)齒棘輪機(jī)構(gòu)。根據(jù)驅(qū)動(dòng)爪的數(shù)目，棘輪機(jī)構(gòu)還可分為單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)和雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)。

Fig.9-6Toothratchetmechanisms(齒式棘輪機(jī)構(gòu))圖9-7a所示的機(jī)構(gòu)為雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)。主動(dòng)搖桿1不是繞棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心O1擺動(dòng)，而是繞O2軸擺動(dòng)，搖桿上分別裝有兩個(gè)棘爪。當(dāng)主動(dòng)搖桿往復(fù)擺動(dòng)一次時(shí)，兩個(gè)棘爪分別推動(dòng)棘輪沿同一方向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)一次。當(dāng)載荷較大，齒數(shù)較少，搖桿擺角小于齒距角時(shí)，需采用雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)。圖9-7b所示雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)中,棘爪拉動(dòng)棘輪實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。單向運(yùn)動(dòng)棘輪一般采用三角形齒或不對(duì)稱梯形齒。Fig.9-7Double-functionratchetmechanisms(雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu))

雙向棘輪機(jī)構(gòu)指棘輪能作正反兩個(gè)方向的間歇運(yùn)動(dòng)。圖9-8a、b所示的機(jī)構(gòu)為擺動(dòng)棘爪雙向棘輪機(jī)構(gòu)。棘爪安放在圖9-8a位置時(shí)，將推動(dòng)棘輪沿逆時(shí)針方向作單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)；棘爪安放在圖9-8b位置時(shí)，推動(dòng)棘輪沿順時(shí)針方向作單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。圖9-8c、d所示的機(jī)構(gòu)為直動(dòng)棘爪雙向棘輪機(jī)構(gòu)。棘爪安放在圖9-8c位置時(shí)，推動(dòng)棘輪沿逆時(shí)針方向作單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。棘爪向上提起，轉(zhuǎn)過180°，如圖9-8d所示位置，推動(dòng)棘輪沿順時(shí)針方向作單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。Fig.9-8Ratchetmechanismsinwhichtherotatingdirectioncanbechanged(雙向棘輪機(jī)構(gòu))Fig.9-9Table-feedmechanismofashaper

(牛頭刨床工作臺(tái)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu))雙向棘輪機(jī)構(gòu)一般采用矩形齒或?qū)ΨQ梯形齒。圖9-9所示牛頭刨床工作臺(tái)的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)中，即采用了圖9-8c、d所示的雙向式棘輪機(jī)構(gòu)以及曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)的組合，從而實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的雙向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。(2)摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)是依靠棘爪和棘輪之間的摩擦力實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)的。Fig.9-10Silentratchetmechanisms(摩擦式棘輪機(jī)構(gòu))圖9-10a所示的摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)中，依靠棘爪2和棘輪3之間的摩擦力，將主動(dòng)搖桿1的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成棘輪3的單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。它克服了齒式棘輪機(jī)構(gòu)中棘爪在棘輪齒面滑行時(shí)引起的噪聲大、傳動(dòng)平穩(wěn)性差以及棘輪每次轉(zhuǎn)過角度的大小不能無級(jí)調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)，但其運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性較差。圖9-10b、c為內(nèi)摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)，其中圖9-10c所示機(jī)構(gòu)中的棘爪2為滾柱形。當(dāng)主動(dòng)星輪1逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于摩擦力的作用，使?jié)L柱2楔緊在主動(dòng)星輪1和套筒3之間的空隙小端，從而帶動(dòng)套筒3隨主動(dòng)星輪1以相同的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)。當(dāng)主動(dòng)星輪1順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，同樣由于摩擦力的作用，使?jié)L柱2滾向主動(dòng)星輪1和套筒3之間的空隙大端，此時(shí)套筒3靜止不動(dòng)，故該機(jī)構(gòu)常用作單向離合器。此外，當(dāng)主動(dòng)星輪1逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如果套筒3的逆時(shí)針轉(zhuǎn)速超過主動(dòng)星輪1的轉(zhuǎn)速時(shí)，星輪1和套筒3脫開，并以各自的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)該機(jī)構(gòu)用作超越離合器。2.棘輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)模數(shù)、齒數(shù)的選擇同齒輪一樣，棘輪有關(guān)尺寸也是以模數(shù)為基本參數(shù)來確定的，模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值可在手冊(cè)中查取。棘輪的齒數(shù)一般根據(jù)所要求的棘輪最小轉(zhuǎn)角θmin來確定，即

Fig.9-11Designofratchetmechanism

(棘輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì))（2）棘輪齒面偏斜角和棘爪軸心位置角的確定如圖9-11所示，棘輪工作齒面AB與徑向線O2A的夾角α稱為齒面偏斜角，棘爪軸心O1與棘齒頂點(diǎn)A的連線O1A與過點(diǎn)A的齒面法線n—n的夾角δ稱為棘爪軸心位置角。Fig.9-12Genevawheelmechanisms1(槽輪機(jī)構(gòu)1)9.4槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)是具有一種分度性質(zhì)的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由具有圓銷的主動(dòng)銷輪1、具有若干徑向槽的從動(dòng)槽輪2及機(jī)架組成，如圖9-12a所示。主動(dòng)銷輪1以等角速度ω1連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)槽輪2便作單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)主動(dòng)銷輪1上的圓銷G進(jìn)入槽輪2的徑向槽時(shí)，銷輪外凸的鎖止nn弧和槽輪內(nèi)凹的鎖止弧mm脫開，圓銷G撥動(dòng)槽輪2作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)圓銷G與槽輪脫開時(shí)，槽輪因其內(nèi)凹的鎖止弧被銷輪外凸的鎖止弧鎖住而靜止。這樣，就把銷輪的連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為槽輪的單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。1.槽輪機(jī)構(gòu)的類型空間槽輪機(jī)構(gòu)用來傳遞相交軸的間歇運(yùn)動(dòng)。圖9-13a為垂直相交軸間的球面槽輪機(jī)構(gòu)，槽輪呈半球形，主動(dòng)銷輪1、球面槽輪3以及圓銷2的軸線都通過球心，當(dāng)主動(dòng)銷輪1連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，球面槽輪3作單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。圖9-13b為移動(dòng)型槽輪機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)圓弧齒條的間歇移動(dòng)。Fig.9-13Genevawheelmechanisms2(槽輪機(jī)構(gòu)2)Fig.9-14Genevawheelmechanismshavingspecialfunctions

(有特殊功能的槽輪機(jī)構(gòu))當(dāng)要求銷輪在轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間內(nèi)槽輪多次停歇時(shí)間互不相等時(shí)，可以將圓銷不均勻地分布在主動(dòng)銷輪的圓周上，如圖9-14a所示。為提高分度過程中的平穩(wěn)性，也可采用圖9-14b所示的曲線槽輪機(jī)構(gòu)。2.槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)如圖9-15所示，從動(dòng)槽輪2作周期性的間歇運(yùn)動(dòng)。

(2)槽輪機(jī)構(gòu)的槽數(shù)為保證銷輪能驅(qū)動(dòng)槽輪，運(yùn)動(dòng)系數(shù)應(yīng)大于零，槽輪徑向槽的數(shù)目應(yīng)大于或等于3，并且總小于0.5。

(3)尺寸設(shè)計(jì)槽輪機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)可參閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。圖9-16為槽輪機(jī)構(gòu)在蜂窩煤機(jī)中的應(yīng)用實(shí)例。Fig.9-15DesignofGenevawheel(槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì))Fig.9-16ApplicationofGenevamechanisms(槽輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用)1.圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

9.5凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖9-17所示，圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪1是帶有曲線溝槽或凸脊的圓柱凸輪，從動(dòng)輪2為帶有柱銷的圓盤。圖9-17a是帶有曲線溝槽的圓柱凸輪，圖9-17b是帶有凸脊的圓柱凸輪。當(dāng)圓柱凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過其曲線溝槽或凸脊撥動(dòng)柱銷，使從動(dòng)圓盤作間歇運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)多用于兩交錯(cuò)軸間的分度運(yùn)動(dòng)。Fig.9-17Cylindricalcamindexmechanisms(圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu))

1—drivingcam(主動(dòng)輪)2—drivenplate(從動(dòng)輪)2.蝸桿形凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)Fig.9-18Worm-camindexmechanisms(蝸桿式凸輪分度機(jī)構(gòu))

1—drivingcam(主動(dòng)輪)2—drivenplate(從動(dòng)輪)如圖9-18所示，蝸桿形凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪1為蝸桿形的凸輪，其上有一條凸脊，就像一個(gè)變螺旋角的蝸桿，從動(dòng)輪2為帶有徑向均布柱銷的圓盤。當(dāng)蝸桿凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過其上的凸脊推動(dòng)轉(zhuǎn)盤上的柱銷，從而使從動(dòng)圓盤作間歇運(yùn)動(dòng)。同圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)類似，蝸桿形凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)也多用于兩交錯(cuò)軸間的分度運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)具有良好的動(dòng)力學(xué)性能，適用于高速精密傳動(dòng)，但加工制造較為困難。9.6不完全齒輪機(jī)構(gòu)在不完全齒輪機(jī)構(gòu)中，主動(dòng)輪1連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)輪齒進(jìn)入嚙合時(shí)，從動(dòng)輪2開始轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)輪齒退出嚙合時(shí)，由于主動(dòng)輪1和從動(dòng)輪2上鎖止弧的密合定位作用，使得從動(dòng)輪2處于停歇位置，從而實(shí)現(xiàn)了從動(dòng)輪2的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。圖9-19為外嚙合不完全齒輪機(jī)構(gòu)示意圖。Fig.9-19Partialexternalgearteeth