第十二章 其他常用机构
一．学习指导与提示
1．概述
许多机械和仪表中需要间歇地传递运动和动力。本章主要介绍棘轮机构、槽轮机构，读者应掌握其组成、工作原理、运用场合、运动特点和设计要点。还需注意这两者均为实现间歇回转的基本机构，如需间歇移动或工作中阶段停歇，可将它们与其他机构组合或创意新的机构。
2．棘轮机构
（1）齿式外啮合棘轮机构是由摇杆、棘爪、棘轮、止逆爪和机架组成，可将主动摇杆连续往复摆动变换为从动棘轮的单向间歇转动。其棘轮轴的动程转角可以在较大范围内调节，且具有结构简单、加工方便、运动可靠等特点，但冲击、噪声大，且运动精度低，多用于速度较低、载荷不大、需单向或双向间歇送进的场合。此外，棘轮机构也常用作防止重物自行下坠的自锁机构。
（2）常用棘轮转角的调节方法有：①改变摇杆摆角；②利用棘轮罩遮盖部分棘齿。 （3）为了使棘轮机构可靠地工作，棘爪能顺利进入棘轮齿底面不致滑脱，应使棘轮齿顶和棘爪的摆动中心的连线垂直于棘轮半径，棘轮齿的工作面相对于棘轮半径必须向齿体内偏斜一个工作面偏角?，且?>?，?为棘轮齿与棘爪之间的摩擦角。
3．槽轮机构
（1）槽轮机构是由主动拨盘、从动槽轮及机架组成，可将主动拨盘的连续转动变换为槽轮的间歇转动，具有结构简单、尺寸小、机构效率高、能够较平稳地间歇转位等特点，但槽轮每次转角的大小一经设计制成就不能改变。 （2）单销外槽轮机构的运动系数?为主动拨盘回转一周时，从动槽轮运动时间td与主动拨盘转一周的总时间t之比，??td/t?0.5?1/z,z为槽数，读者应注意0
如果拨盘上均匀分布有n个圆销，则该槽轮的运动系数为，??n(0.5?1/z)，读者应注意0
4．差动螺旋机构
螺杆与螺母的相对移动量l和相对转角φ(rad)的关系式为：l?s?/2?，s为螺纹导程。要特别注意如何根据螺纹旋向和螺旋副相对转动方向正确判断螺旋副相对移动方向。图12.1所示差动螺旋传动，螺杆3转动时，螺母2相对机架的移动量l的关系式为l??s1?s2??/2?，s1、s2分别为右段和左段螺纹的导程，“－”和“＋”分别用于左、右两段螺纹旋向相同或相反的情况。读者应按相对运动合成机理掌握差动螺旋传动移动量和方向的确定，以及微动和反向快速移动的应用。
图12.1
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二、复习思考题
12-1．槽轮机构运动特性系数的取值范围是 。
12-2．在齿式棘轮机构中，为保证棘爪能顺利进入棘轮轮齿的根部，应满足的条件是 。
12-3．棘轮的标准模数m等于棘轮的 直径与齿数z之比。 12-4．棘轮机构中，止动爪的作用是 。
12-5．槽轮机构是由 、 、 组成的。对于原动件转一周，槽轮只运动一次的单销槽轮机构来说，槽轮的槽数应不小于 ；槽轮机构的运动特性系数总小于 。
12-6．槽轮机构中，为避免刚性冲击，设计时应保证 。 12-7．一外槽轮机构，槽数z=4，拨盘上有一个拨销，则该机构的运动系数τ= ？
12-8．在单万向节机构中，主、从动轴传动比i31??3/?1的变化范围是 ，其变化幅度与 有关。 12-9．欲将一主动件的匀速回转运动转换成从动件的单向间歇回转运动，可采用 、 、 机构。
12-10．槽轮机构在运动中传动比是 。
12-11．在外槽轮机构中，已知圆销数n?1，运动系数??0.25，则槽数z= 。 A．4 B．5 C．6
12-12．单销外槽轮机构槽轮的运动时间总是 静止时间。 A．大于 B．等于 C．小于
12-13．棘轮机构中采用了止回棘爪主要是为了 。 A．防止棘轮反转 B．对棘轮进行双向定位 C．保证棘轮每次转过相同的角度 12-14．双万向铰链机构(联轴节)要实现瞬时角速比恒定不变，除必须使中间轴两端的叉面位于同一平面之外，还应使主动轴与中间轴的夹角 被动轴与中间轴的夹角。
A．大于 B．等于 C．小于
12-15．在间歇机构中，棘轮机构的传动平稳性比槽轮机构的 。 A．传动平稳性好 B．传动平稳性差 C．传动平稳性相同
12-16．在实际使用中，为防止从动轴的速度波动幅度过大，单万向铰链机构中两轴的夹角一般不能超过 度。
A．20 B．30 C．40 D．50 12-17．为了使单销槽轮机构的槽轮运动系数?大于零，槽轮的槽数z应大于或等于 。 A．2 B．3 C．4 D．5
12-18．在单向间歇运动机构中，棘轮机构常用于 场合。
A．低速轻载 B．高速轻载 C．低速重载 D．高速重载
12-19．在单向间歇运动机构中， 的间歇回转角可以在较大的范围内调节。 A．槽轮机构 B．棘轮机构
C．不完全齿轮机构 D．蜗杆凸轮式间歇运动机构
12-20．在单向间歇运动机构中， 可以获得不同转向的间歇运动。 A．不完全齿轮机构 B．圆柱凸轮间歇运动机构 C．棘轮机构 D．槽轮机构
12-21．在单向间歇运动机构中， 既可以避免柔性冲击，又可以避免刚性冲击。 A．不完全齿轮机构 B．圆柱凸轮间歇运动机构
2
C．棘轮机构 D．槽轮机构
12-22．有一外啮合槽轮机构，槽轮的槽数z=6，槽轮运动时间和停歇时间分别为2s和1s。求该机构运动特性系数及所需的圆销数目。
12-23．某装配工作台有六个工位，每个工位在工作静止时间tj?10s内完成装配工序。转位机构采用单销外槽轮机构。试求：
(1) 该槽轮机构的运动系数?； (2) 主动件拨盘的转速?1； (3) 槽轮的转位时间td。
12-24．某牛头刨床工作台的横向进给丝杆，其导程为l?5mm，与丝杆轴联动的棘轮齿数z=40，问棘轮的最小转动角度和该刨床的最小横向进给量各为多少?
12-25．图示螺旋机构中，螺旋A、B、C均为右旋，导程分别为lA?6mm，lB?4mm，
lC?24mm。试求当构件1按图示方向转一圈时，构件2的轴向位移S2及转角?2？
12-26．图示为一微动调节的差动螺旋机构，构件1与机架3组成螺旋副A，其导程
lA?2.8mm，右旋。构件2与机架3组成移动副C，2与1还组成螺旋副B，现要求当构件
1转一圈时，构件2向右移动0.2mm，问螺旋副B的导程lB?? 右旋还是左旋?
题12-25 图 题12-26 图
三、例题精选与解答
例12.1 图示为连杆-棘轮带动导程为6mm的螺杆作为驱动牛头刨床工作台进给的传动，要求曲柄AB转一周，工作台(与螺母固联)移动1.5mm。已知AD＝300mm，CD＝70mm。试求：①摇杆CD的摆角；②曲柄AB及连杆BC的长度；③选择棘轮齿数。
解：本题为连机、棘轮、螺旋机构之组合，应从实现工作要求按顺序求解。
①根据螺杆导程s＝6mm，可知螺杆转动1／4周可使工作台移动1.5mm；亦即摇杆的摆角?＝90?。
②取长度比例尺从＝3mm／mm。已知各杆长度及摆角?，作AD、C1D及C2D(假定?被过D点的AD的垂线平分，但亦可不平分)；连接AC1、AC2；以(lAC2一lACl)／2为半径，以A为圆心作圆，交AC2于B2和AC1延长线于Bl；由图上量得AB＝16.2mm，BC＝100．8mm，所以曲柄长lAB＝16.2? 3=48.6mm，连杆长lBC＝302.4mm。
③棘轮的齿数必须为4的整倍数，现取z＝4? 6＝24。符合齿数在(12～75)范围的要求。
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例12.1解图
例12.2 试分析单销6槽外啮合槽轮传动，从圆销刚进入轮槽，槽轮开始转动到圆销脱离该槽，槽轮停止转动的过程中，槽轮角速度?2的变化情况，设主动圆销以?1等角速回转。
解： 本例有一定难度，考核综合知识和能力。
以中心距L作机构图，分析圆销进入槽中任意位置A的情况，如图所示，由图中几何关系，得：Rsin?1＝rxsin?2；Rcos?1+ rxcos?2＝L。
由以上两式消去rx ，得
Rcos?1?另设
Rsin?1cos?2?L
sin?2R??，经整理后得 Ltan?2??sin?1?sin?1或?2?arctan
1??sin?11??sin?1上式表明槽轮转角?2是拨盘转角?1的函数。现规定
?1，?2在圆销进入轮槽区(圆销向槽轮中心运动)时为正，反之为负。
将槽轮转角?2对时间求导数，即为槽轮的角速度?2，即
例12.2图
??d?2?sin?1?(cos?1??)d?(arctan)??1 dtdt1??sin?11?2?cos???2读者可自己分析槽轮的角加速度?2。
四、思考题答案
12-1．槽轮机构运动特性系数的取值范围是 0＜τ＜ 1 。 12-2．在齿式棘轮机构中，为保证棘爪能顺利进入棘轮轮齿的根部，应满足的条件是 齿面倾斜角大于摩擦角α＞φ 。
12-3．棘轮的标准模数m等于棘轮的 齿顶圆 直径与齿数z之比。 12-4．棘轮机构中，止动爪的作用是 阻止棘轮反转 。
12-5．槽轮机构是由 拨盘 、 槽轮 、 机架 组成的。对于原动件转一周，槽轮只运动一次的单销槽轮机构来说，槽轮的槽数应不小于 3 ；槽轮机构的运动特性系数总小
4
于 0.5 。
12-6．槽轮机构中，为避免刚性冲击，设计时应保证 拨销在入槽与出槽时速度方向与槽中心线重合 。
12-7．一外槽轮机构，槽数z=4，拨盘上有一个拨销，则该机构的运动系数τ= 0.25 。
12-8．在单万向节机构中，主、从动轴传动比i31??3/?1的变化范围是
cos?~1/cos? ，其变化幅度与 两轴夹角α 有关。
12-9．欲将一主动件的匀速回转运动转换成从动件的单向间歇回转运动，可采用 棘轮 、 槽轮 、 不完全齿轮（或凸论） 机构。
12-10．槽轮机构在运动中传动比是 变化的 。
12-11． A 12-12． C 12-13． A 12-14． B 12-15． B 12-16． A
12-17． B 12-18．A 12-19． A 12-20． C 12-21． B
12-22．??td2? t3 ??n(1/2?1/z) n=2
12-23．(1) 因有六个工位，所以槽轮槽数z=6， 运动系数??td/t?1/2?1/z?1/3； (2) ??1/3，tj?10s，td?5s ，t=15s
所以主动件拨盘的转速?1?2?/t?0.419rad/s；
(3) 槽轮的转位时间td?t?tj?5s
12-24．棘轮的最小转动角度??360/z?360/40?9
该刨床的最小横向进给量s?l??????0.125mm 2???lA?lB，12-25． 因螺旋副均为右旋，构件1转一圈时，若构件2不转动，其相对位移s2方向向右；构件2同时还有转动，转动方向应与构件1转动方向相反，设转角为?2，其相对机架的位移s2?lC?2/2?，方向向左；转角?2引起构件2相对构件1的位移为lB?2/2?，方向向左。所以：
s2?lC?2/2??(lA?lB)?lB?2/2?
?2?2?(lA?lB)/(lC?lB)??/5，与n1反向
s2?lC?2/2??2.4mm，方向向左
12-26．因 s2?lB?lA?0.2mm，所以lB?3mm，螺旋副B为右旋。
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