机械原理 英汉双语 教学课件 ppt 作者 张春林 第9章 螺旋机构、万向联轴器、间歇运动机构

1、第9章 螺旋机构、万向联轴器、间歇运动机构简介,图9-1a中，A为螺旋副，其导程为l；B为转动副，C为移动副。当螺杆1转动角时，螺母2的位移s为 如果将图9-1a中的转动副B也换成螺旋副，便得到图9-1b所示的螺旋机构。现假设A、D两段螺旋的导程分别为lA、lD，当螺杆1转动角时，螺母2的位移s为,Fig.9-1 Screw mechanisms(螺旋机构) 1Screw(螺杆)2Nut(螺母)3Frame(机架)AScrew pair(螺旋副) BTurning pair(转动副)CSliding pair(移动副)DScrew pair(螺旋副),9.1 螺旋机构,Fig.9-2 Roller screw mechanism(滚珠丝杠传动机构),根据螺杆与螺母之间摩擦状态的不同，螺旋机构可分为滑动螺旋机构和滚动螺旋机构。滑动螺旋传动中，螺杆与螺母的螺旋面直接接触，其摩擦状态为滑动摩擦。滚动螺旋传动中，螺杆与螺母的螺纹滚道间有滚动体，称之为滚珠螺旋传动机构。图9-2所示滚珠丝杠传动机构中，滚珠沿螺旋槽滚动，并借助于导向装置将滚珠导入返回滚道，然后再进入工作滚道中，如此循环往复，使滚珠

2、形成一个闭合的循环回路。滚珠螺旋传动机构具有传动效率高、起动力矩小、传动灵敏平稳、工作寿命长等优点。,Fig.9-3 Single universal joint(单万向联轴器),9.2 万向联轴器,1.单万向联轴器,单万向联轴器由两个固接于轴和轴端部的叉形接头、一个十字形构件和机架组成，如图9-3a所示。十字形构件的中心O与两轴轴线的交点重合，轴和轴所夹的锐角称为万向联轴器的轴角。主动轴每转一周，从动轴也随之转动一周，但是两轴的瞬时传动比却因位置的不同而随时变动。 图9-3b是两个叉面球面运动示意图。轴的叉面由OD转动1，到达OA。轴的叉面转过2到达OB。轴及轴的角速度分别为1和2。,2.双万向联轴器,在双万向联轴器中，为使主、从动轴的角速度始终保持相等，应满足如下条件： 1) 主、从动轴、与中间轴应位于同一平面内。 2) 中间轴两端的叉面应位于同一平面内。 3) 主动轴与中间轴的夹角应等于从动轴与中间轴的夹角。,Fig.9-4 Double universal joints(双万向联轴器),9.3 棘轮机构,图9-5所示的棘轮机构由主动摇杆1、棘爪2、棘轮3、止回棘爪4和机架等部分

3、组成。弹簧5用来使止回棘爪4和棘轮3保持接触。主动摇杆1空套在与棘轮3固连的从动轴O上，并与棘爪2用转动副相连。当主动摇杆作逆时针方向摆动时，棘爪2便插入棘轮3的齿槽内，推动棘轮转动一定的角度，此时止回棘爪4在棘轮的齿背上滑过。当主动摇杆顺时针摆动时，止回棘爪阻止棘轮顺时针方向转动，棘爪2在棘轮的齿背上滑过，棘轮3保持静止不动。这样，当主动件作连续的往复摆动时，棘轮作单向的间歇转动。,Fig.9-5 Ratchet mechanism(棘轮机构) 1driving rocker(主动摇杆) 2driving pawl(棘爪)3ratchet(棘轮) 4holding pawl(止回棘爪)5spring(弹簧),1.棘轮机构的类型及其应用,(1)齿式棘轮机构 齿式棘轮的轮齿一般采用三角形齿、梯形齿或矩形齿，分为外齿棘轮和内齿棘轮。图9-6a为外齿棘轮机构，图9-6b为棘条机构，图9-6c为内齿棘轮机构。根据驱动爪的数目，棘轮机构还可分为单动式棘轮机构和双动式棘轮机构。,Fig.9-6 Tooth ratchet mechanisms(齿式棘轮机构),图9-7a所示的机构为双动式棘轮机构。

4、主动摇杆1不是绕棘轮转动中心O1摆动，而是绕O2轴摆动，摇杆上分别装有两个棘爪。当主动摇杆往复摆动一次时，两个棘爪分别推动棘轮沿同一方向间歇转动一次。当载荷较大，齿数较少，摇杆摆角小于齿距角时，需采用双动式棘轮机构。图9-7b所示双动式棘轮机构中, 棘爪拉动棘轮实现间歇运动。单向运动棘轮一般采用三角形齿或不对称梯形齿。,Fig.9-7 Double-function ratchet mechanisms(双动式棘轮机构),双向棘轮机构指棘轮能作正反两个方向的间歇运动。图9-8a、b所示的机构为摆动棘爪双向棘轮机构。棘爪安放在图9-8a位置时，将推动棘轮沿逆时针方向作单向间歇转动；棘爪安放在图9-8b位置时，推动棘轮沿顺时针方向作单向间歇转动。图9-8c、d所示的机构为直动棘爪双向棘轮机构。棘爪安放在图9-8c位置时，推动棘轮沿逆时针方向作单向间歇转动。棘爪向上提起，转过180，如图9-8d所示位置，推动棘轮沿顺时针方向作单向间歇转动。,Fig.9-8 Ratchet mechanisms in which the rotating direction can be changed(双向

5、棘轮机构),Fig.9-9 Table-feed mechanism of a shaper (牛头刨床工作台横向进给机构),双向棘轮机构一般采用矩形齿或对称梯形齿。图9-9所示牛头刨床工作台的横向进给机构中，即采用了图9-8c、d所示的双向式棘轮机构以及曲柄摇杆机构和齿轮机构的组合，从而实现了工作台的双向进给运动。,(2)摩擦式棘轮机构 摩擦式棘轮机构是依靠棘爪和棘轮之间的摩擦力实现间歇运动的。,Fig.9-10 Silent ratchet mechanisms(摩擦式棘轮机构),图9-10a所示的摩擦式棘轮机构中，依靠棘爪2和棘轮3之间的摩擦力，将主动摇杆1的往复摆动转换成棘轮3的单向间歇转动。它克服了齿式棘轮机构中棘爪在棘轮齿面滑行时引起的噪声大、传动平稳性差以及棘轮每次转过角度的大小不能无级调节等缺点，但其运动准确性较差。,图9-10b、c为内摩擦式棘轮机构，其中图9-10c所示机构中的棘爪2为滚柱形。当主动星轮1逆时针方向转动时，由于摩擦力的作用，使滚柱2楔紧在主动星轮1和套筒3之间的空隙小端，从而带动套筒3随主动星轮1以相同的转速回转。当主动星轮1顺时针方向转动时，同样由

6、于摩擦力的作用，使滚柱2滚向主动星轮1和套筒3之间的空隙大端，此时套筒3静止不动，故该机构常用作单向离合器。此外，当主动星轮1逆时针方向转动时，如果套筒3的逆时针转速超过主动星轮1的转速时，星轮1和套筒3脱开，并以各自的速度转动，此时该机构用作超越离合器。,2.棘轮机构的设计要点,(1)模数、齿数的选择 同齿轮一样，棘轮有关尺寸也是以模数为基本参数来确定的，模数的标准值可在手册中查取。棘轮的齿数一般根据所要求的棘轮最小转角min来确定，即,Fig.9-11 Design of ratchet mechanism (棘轮机构 的设计),（2）棘轮齿面偏斜角和棘爪轴心位置角的确定 如图9-11所示，棘轮工作齿面AB与径向线O2A的夹角称为齿面偏斜角，棘爪轴心O1与棘齿顶点A的连线O1A与过点A的齿面法线nn的夹角称为棘爪轴心位置角。,Fig.9-12 Geneva wheel mechanisms 1(槽轮机构1),9.4 槽轮机构,槽轮机构是具有一种分度性质的间歇运动机构，由具有圆销的主动销轮1、具有若干径向槽的从动槽轮2及机架组成，如图9-12a所示。主动销轮1以等角速度1连续转动时，

7、从动槽轮2便作单向间歇转动。当主动销轮1上的圆销G进入槽轮2的径向槽时，销轮外凸的锁止nn弧和槽轮内凹的锁止弧mm脱开，圆销G拨动槽轮2作顺时针转动；当圆销G与槽轮脱开时，槽轮因其内凹的锁止弧被销轮外凸的锁止弧锁住而静止。这样，就把销轮的连续回转运动转换为槽轮的单向间歇转动。,1.槽轮机构的类型,空间槽轮机构用来传递相交轴的间歇运动。图9-13a为垂直相交轴间的球面槽轮机构，槽轮呈半球形，主动销轮1、球面槽轮3以及圆销2的轴线都通过球心，当主动销轮1连续转动时，球面槽轮3作单向间歇转动。图9-13b为移动型槽轮机构，可实现圆弧齿条的间歇移动。,Fig.9-13 Geneva wheel mechanisms 2(槽轮机构2),Fig.9-14 Geneva wheel mechanisms having special functions (有特殊功能的槽轮机构),当要求销轮在转动一周的时间内槽轮多次停歇时间互不相等时，可以将圆销不均匀地分布在主动销轮的圆周上，如图9-14a所示。为提高分度过程中的平稳性，也可采用图9-14b所示的曲线槽轮机构。,2.槽轮机构的设计要点,(1) 槽轮机

8、构的运动系数 如图9-15所示，从动槽轮2作周期性的间歇运动。 (2)槽轮机构的槽数 为保证销轮能驱动槽轮，运动系数应大于零，槽轮径向槽的数目应大于或等于3，并且总小于0.5。 (3)尺寸设计 槽轮机构的尺寸设计可参阅相关设计手册。图9-16为槽轮机构在蜂窝煤机中的应用实例。,Fig.9-15 Design of Geneva wheel(槽轮机构设计),Fig.9-16 Application of Geneva mechanisms(槽轮机构的应用),1.圆柱凸轮间歇运动机构,9.5 凸轮式间歇运动机构,图9-17所示，圆柱凸轮间歇运动机构的主动轮1是带有曲线沟槽或凸脊的圆柱凸轮，从动轮2为带有柱销的圆盘。图9-17a是带有曲线沟槽的圆柱凸轮，图9-17b是带有凸脊的圆柱凸轮。当圆柱凸轮转动时，通过其曲线沟槽或凸脊拨动柱销，使从动圆盘作间歇运动。这种机构多用于两交错轴间的分度运动。,Fig.9-17 Cylindrical cam index mechanisms(圆柱凸轮分度机构) 1driving cam(主动轮)2driven plate(从动轮),2.蜗杆形凸轮间歇运动机构

9、,Fig.9-18 Worm-cam index mechanisms(蜗杆式凸轮分度机构) 1driving cam(主动轮)2driven plate(从动轮),如图9-18所示，蜗杆形凸轮间歇运动机构的主动轮1为蜗杆形的凸轮，其上有一条凸脊，就像一个变螺旋角的蜗杆，从动轮2为带有径向均布柱销的圆盘。当蜗杆凸轮转动时，通过其上的凸脊推动转盘上的柱销，从而使从动圆盘作间歇运动。同圆柱凸轮间歇运动机构类似，蜗杆形凸轮间歇运动机构也多用于两交错轴间的分度运动。这种机构具有良好的动力学性能，适用于高速精密传动，但加工制造较为困难。,9.6 不完全齿轮机构,在不完全齿轮机构中，主动轮1连续转动，当轮齿进入啮合时，从动轮2开始转动；当轮齿退出啮合时，由于主动轮1和从动轮2上锁止弧的密合定位作用，使得从动轮2处于停歇位置，从而实现了从动轮2的间歇转动。图9-19为外啮合不完全齿轮机构示意图。,Fig.9-19 Partial external gear teeth mechanisms(外啮合不完全齿轮机构) 1driving gear(主动轮)2driven gear(从动轮),Fig.9-20 The other intermittent gear mechanisms(其他不完全齿轮机构) 1driving gear(主动轮)2driven gear(从动轮),不完全齿轮机构有外啮合、内啮合及齿轮齿条三种形式，图9-20a为内啮合不完全齿轮机构，图9-20b为齿条型不完全齿轮机构，图9-20c为锥齿轮组成的不完全齿轮机构。,

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