6.1. 棘轮机构
6.1.1 棘轮机构的工作原理和类型
棘轮机构的工作原理。外啮合齿式棘轮机构由摇杆、棘轮、驱动棘爪、止回棘爪和机架组成。通常以摇杆为主动件，棘轮为从动件，当摇杆联通驱动棘爪逆时针转动，驱动棘爪进入棘轮的相应齿槽，并推动棘轮转过相应角度，此时止回棘爪在棘轮的齿背部划过，当摇杆顺时针转动时，驱动棘爪在棘轮齿顶上滑过，止回棘爪阻止棘轮发生顺时针转动，此时棘轮静止不动。这样，摇杆做连续的往复摆动时，棘轮便得到单向的间歇运动。摇杆的摆动可由凸轮机构、连杆机构或电磁装置得到，止回棘爪可由簧片或弹簧保持与棘轮接触。
棘轮结构的分类 按照结构的特点，常用的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：外缘、内缘或端面具有刚性的轮齿。
按啮合方式分类：外啮合和内啮合两种形式，当棘轮直径变为无穷大时，变为棘条，棘轮的单向转动变为棘条的单向移动。
按运动形式分类：
单向式棘轮机构，又分为单动式和双动式两种。单动式摇杆反向摆动时，棘轮静止不动。双动式摇杆上有两个驱动棘爪，摇杆向两个方向往复摆动，分别带动两个棘爪，以此推动棘轮做单向间歇转动两次，即棘轮均沿单一方向转动。双动式棘轮机构用于载荷较大、棘轮尺寸受限、齿数较少，而主动摆杆的摆角小于棘轮齿距的场合，它可使棘轮转速增加一倍。单向式棘轮采用的是不对称齿形，如锯齿形、直线型三角齿及圆弧三角齿等。驱动棘爪可以制成直的或带钩的。
双向式棘轮机构，轮齿一般制成矩形。棘轮可以做双向的间歇运动。
齿式棘轮机构在回程时，棘爪在齿面上划过，有噪声，平稳性差，棘轮的步进转角较小，可以改变棘爪的摆角或改变拨过棘轮齿数的多少。
摩擦式棘轮机构，是一种无棘齿的棘轮，靠摩擦力推动棘轮转动和止动。如摇杆做逆时针转动时，利用偏心楔块与摩擦轮之间的摩擦产生自锁，从而带动摩擦轮和摇杆一起转动；当摇杆顺时针转动，偏心楔块与摩擦轮之间产生滑动，由于楔块的自锁作用能阻止摩擦轮反转，这样在摇杆不断做往复运动时，摩擦轮便做单向的间歇运动。
6.1.2 棘轮机构的特点及应用
棘轮机构结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调。但齿式棘轮机构的转角都是相邻齿所夹中心角的倍数，即棘轮的转角是有级性改变的，因此其工作时有较大的冲击和噪声，棘齿易磨损，在高速时尤其严重，所以适用于低速、轻载的场合。摩擦式棘轮机构克服了齿式棘轮机构冲击噪声大、棘轮每次转角的大小不能无级调节的缺点，在各种机构中实现进给或传递运动、超越运动，但其接触表面间容易发生滑动，故运动准确性差，不适合运动精度要求高的场合。
棘轮机构可用于机床中的间歇送进功能。
棘轮机构可起到制动作用。在一些起重、绞盘等机械装置或牵引设备中，常用棘轮机构使提升的重物能停止在任何位置上，以防止机构逆转或因停电等原因造成的事故。
棘轮机构可用于实现快速超越运动。自行车不蹬踏板的自由滑行。
棘轮机构还可以用于实现转位运动、分度功能。
摩擦式棘轮机构运动原理，可用于单向离合器和超越离合器。所谓单向离合器，即当主动件向某一方向转动时，主从动件结合，当主动件向另一方向转动时，主从动件分离。所谓超越离合器，即当主动轮逆时针转动时，如果套筒逆时针转动的速度更高，两者便自动分离，套筒可以以较高的速度自由转动。
6.1.3 棘轮机构的棘爪工作条件
为了保证棘轮正常工作，使棘爪啮紧齿根，必须使tan φ > tan ρ，即φ > ρ，ρ为齿与爪之间的摩擦角，φ为棘齿的偏斜角。当摩擦因素为f=0.2时，ρ约为11°30′，为可靠起见，通常取φ=20°。
6.1.4 棘轮、棘爪的几何尺寸计算及棘轮齿形的画法
当选定齿数z和按照强度要求确定模数m之后，棘轮和棘爪的主要几何尺寸计算公式为：顶圆直径D = mz；齿高h = 0.75m；齿顶厚a = m；齿槽夹角θ = 60°或55°；棘爪长度L = 2Πm。
计算出棘轮的主要尺寸后，可按下述方法画出齿形：根据D和h先画出齿顶圆和齿根圆；按照齿数等分齿顶圆，得到A'，C等点，并由任一等分点A'作弦A'B = a = m；再由B到第二等分点C作弦BC；自B,C点作角度∠O'BC = ∠O'CB = 90°-θ，得O'点；以O'为圆心，O'B为半径画圆交齿根圆于E点，连CE得轮齿工作面，连BE得到全部齿形。
6.2 槽轮机构
6.2.1 槽轮机构的工作原理和类型
槽轮机构又称马耳他机构，由具有径向槽的槽轮、装有圆销拨盘和机架组成。拨盘做匀速转动时，驱动槽轮做时转时停的间歇运动。拨盘上的圆销未进入槽轮的径向轮槽时，由于槽轮的内凹锁住弧被拨盘的外占圆弧卡住，槽轮静止不动。圆销开始进入轮槽的径向槽时，锁止弧被松开，槽轮受回销的驱使沿逆时针转动，当圆销离开径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被拨盘的外占圆弧卡住，致使槽轮又静止不动，直到圆销再进入槽轮的另一径向槽，二者又重复上述运动循环。
平面槽轮机构有两种形式。一种是外槽轮机构，槽轮径向槽的开口是自圆心向外，主动构件与槽轮转向相反；另一种是内槽轮机构，槽轮上径向槽的开口是向着圆心的，主动构件与槽轮的转向相同。这两种都是用于传递平行轴的运动，外槽轮机构应用比较广泛。
6.2.2 槽轮机构的特点及应用
槽轮机构构造简单，机械效率高，并且运动平稳，因此在自动机床转位机构、电影放映机卷片机构等自动机械中得到广泛应用。
6.2.3 槽轮机构的主要参数
槽轮机构的主要参数是槽数z和拨盘圆销数K。
槽轮的径向槽的数目应大于等于3，但z=3的槽轮机构，由于角速度变化很大，圆销进入或脱出径向槽的瞬间，槽轮的角加速度也会很大，会引起较大的振动和冲击，所以很少应用。
欲使槽轮机构的运动特性系数大于0.5，可在拨盘上装数个圆销。当z=3时，圆销的数目可为1~5，当z=4或5时，圆销数目为1~3，当z大于等于6时，圆销的数目可为1~2。
从提高生产效率的观点看，z小些好，槽轮静止时间（一般为工作行程时间）增大，可提高生产效率。但从动力特性考虑，z适当增大较好，此时槽轮角速度减小，可减小振动和冲击，有利于机构正常工作。但z>9的比较少，槽数过多。槽轮尺寸较大，转动时惯性力矩也增大。故z常取为4~8。
6.3 不完全齿轮机构
6.3.1 不完全齿轮机构的工作原理和类型
不完全齿轮机构是由齿轮机构演变而来的一种间歇运动机构。在主动轮上只做出一部分齿，从动轮上做出与主动轮轮齿相啮合的轮齿。
主动轮只有一个齿或几个齿，从动轮可以是普通的完整轮，也可以是由正常齿和带锁止弧的厚齿彼此相间的组成。
机构类型有外啮合和内啮合两种。
6.3.2 不完全齿轮机构的特点及应用
与槽轮相比，其从动轮每转一周的停歇时间、运动时间及角度变化范围都比较大，设计较灵活，但加工工艺较复杂，而且从动轮在运动的开始与终止会产生刚性冲击，所以一般用于低速、轻载的场合。
不完全齿轮机构在开始运动和终止运动的瞬时都存在刚性冲击，不适用于高速传动。为了克服此缺点，可在两轮上加装瞬心线附加杆。作用是从动轮在开始运动阶段，由静止状态按某种预定的运动规律（取决于附加杆上瞬心线的形状）逐渐加速到正常速度，终止时，借助另一对附加杆，逐渐减速到静止。
在不完全齿轮机构中，为了保证主动轮的首齿能顺利进入啮合状态而不与从动轮的齿顶相碰，需要将首齿齿顶高做适当地削减。同时，为保证从动轮停歇在预定位置，主动轮的末齿齿顶高也需要适当修正。
6.4 凸轮间歇运动机构
6.4.1 凸轮间歇运动机构的工作原理和类型
工作原理。由主动凸轮、从动转盘和机架组成。利用凸轮与转位拨销的相互作用，将凸轮的连续运动转换成转盘的间歇运动。
类型。通常有如下三种形式。
圆柱凸轮间歇运动机构，这种机构实质上是一个摆杆长度为转盘半径，只有推程和远休止角的摆动从动件圆柱凸轮机构。常取凸轮槽数为1，柱销数一般大于等于6。在轻载的情况下间歇运动的频率每分钟可高达1500次左右。
蜗杆凸轮间歇运动机构。设计时，蜗杆凸轮通常也采用单头，从动盘上的柱销数一般大于等于6。这种机构能在高速下承受较大的载荷，在要求高速、高精度的分度转位机械中，应用日益广泛。能实现每分钟1200次左右的间歇动作，分度精度可达30''。
共轭凸轮式间歇运动机构。两个共轭凸轮分别与从动盘两侧的滚子接触，在一个运动周期内，两凸轮相继推动从动盘转动，并保持机构的几何封闭。这种机构具有较好的动力特性，较高的分度精度（15''~30''）及较低的加工成本，因而在自动分度机构、机床的换刀机构、机械手的工作机构、X光医疗诊断台中得到广泛应用。
6.4.2 凸轮间歇运动机构的特点及应用
优点是运转可靠，无刚性冲击和柔性冲击、传动平稳，定位精度高，适于高速传动。转盘可以实现任何运动规律，还可以用改变凸轮推程运动角来得到所需要的转盘转动与停歇时间的比值。缺点是加工较复杂、安装调整要求较为严格。多用于高速、高精度的分度转位机械中，如制瓶机、包装机、牙膏灌浆机、高速冲床和多色印刷机等机构中。
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