机械基础-间歇运动机构特点分析

知识要求：

1．掌握棘轮机构、槽轮机构的组成和工作原理；

2．熟悉棘轮机构、槽轮机构的类型；

3．了解棘轮机构、槽轮机构的特点和应用。

技能要求：

能分辨常见机械中的棘轮机构和槽轮机构。

在常见机械中，有时需要将原动件的等速连续转动变为从动件的周期性停歇间隔单向运动（又称步进运动）或者是时停时动的间歇运动，如自动机床中的刀架转位和进给、成品输送及自动化生产线中运输机构等的运动都是间歇性的。

能实现间歇运动的机构称为间歇运动机构，间歇运动机构种类很多，前面所学的连杆机构和凸轮机构都可实现间歇运动。棘轮机构和槽轮机构如何实现间歇运动？其在常见机械中有哪些应用？下面我们来简单介绍一下。

1．棘轮机构的组成及工作原理

如图1－66所示，棘轮机构是由棘轮、棘爪、摇杆和机架所组成的。当主动曲柄连续转动时，摇杆3做往复摆动。当摇杆逆时针摆动时，驱动棘爪2嵌入棘轮1的齿槽内，推动棘轮沿逆时针方向转过一个角度；当摇杆顺时针摆动时，驱动棘爪2在棘轮的齿背上滑过，所以此时棘轮静止不动。在机架上安装止动棘爪可防止棘轮逆转。驱动棘爪和止动棘爪均利用弹簧5使其余棘轮保持可靠接触。

图1－66　棘轮机构
1—棘轮；2—驱动棘爪；3—摇杆；4—止动棘爪；5—弹簧

2．棘轮机构的分类

按照结构特点分，常用的棘轮机构有以下两大类。

（1）齿式棘轮机构

齿式棘轮机构有内啮合的单动式棘轮机构（图1－67），它的特点是摇杆向一个方向摆动时，棘轮沿同方向转过某一角度，而摇杆反向摆动时，棘轮静止不动；还有双动式棘轮机构（图1－68），当摇杆往复摆动时，可使棘轮沿单一方向转动。

此外，还有可变向棘轮机构（图1－69）、可调转角式棘轮机构（图1－70）等。可调转角式棘轮机构在棘轮上加一遮板，可遮挡部分棘齿，这样，当摇杆逆时针摆动时，棘爪先在遮板上滑过，然后才嵌入棘轮的齿槽中推动其运动，起到调节棘轮转角大小的作用。

（2）摩擦式棘轮机构

图1－71所示为摩擦式棘轮机构，它的工作原理与齿式棘轮机构相同，只不过是用偏心扇形块代替了棘爪、用摩擦轮代替了棘轮。当摇杆1逆时针方向摆动时，扇形块2楔紧摩擦轮3，二者成为一体，使摩擦轮3也一同逆时针方向转动，这时止回扇形块4打滑；当摇杆1顺时针方向转动时，扇形块2在摩擦轮3上打滑，这时止回扇形块4楔紧，以防止摩擦轮3倒转。这样当摇杆1做连续反复摆动时，摩擦轮3便得到单向的间歇运动。

图1－71　摩擦式棘轮机构
1—摇杆；2—扇形块；3—摩擦轮；4—止回扇形块；5—机架

常用的摩擦式棘轮机构如图1－72所示，当星轮1顺时针方向转动时，由于摩擦力的作用使滚子2楔紧在星轮1、滚柱3的狭隙处，从而带动滚柱3一起转动；当星轮1逆时针方向转动时，滚子2松开，滚柱3静止不动。

图1－72　常用摩擦式棘轮机构
1—星轮；2—滚子；3—滚柱；4—弹簧顶杆

3．棘轮机构的特点与应用(www.xing528.com)

棘轮机构结构简单、制造方便、运动可靠，便于调整转动角度。但棘轮机构在工作过程中有噪声和冲击，棘齿易磨损，在高速时尤其严重，所以常用在低速、轻载的场合。

如图1－13所示的自动浇注输送装置利用棘轮机构间歇送料，又如图1－73所示的牛头刨床工作台的横向进给机构即利用棘轮机构实现正反向间歇转动，然后通过丝杠螺母带动工作台做横向间歇送给运动。棘轮还被广泛应用于防止机械逆转的制动器中，这类棘轮制动器常用于卷扬机、提升机、运输机和牵引设备中（图1－74所示为卷扬机中的制动器）。内啮合棘轮机构结构紧凑，并具有从动件可超越主动件转动的特性，因此广泛应用于超越离合器，如自行车后轮轴的棘轮机构中。

1．槽轮机构的组成及工作原理

如图1－75所示，槽轮机构由槽轮2、带有圆销的拨盘1和机架组成。拨盘1以等角速度做连续回转，当拨盘上的圆销3未进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹锁止弧被拨盘1的外凸锁止弧卡住，故槽轮不动。图1－75（a）所示为圆销3刚进入槽轮径向槽时的位置，此时锁止弧也刚开始被松开。此后，槽轮受圆销3的驱动而转动。当圆柱销3在另一边离开径向槽时，锁止弧又被卡住，槽轮又静止不动。直至圆销3再一次进入槽轮的另一个径向槽时，又重复上述运动。所以槽轮2做时而转动时而静止的间歇运动。

图1－75　外啮合槽轮机构
（a）单圆销外啮合槽轮机构；（b）双圆销外啮合槽轮机构1—拨盘；2—槽轮；3—圆销

2．槽轮机构的分类

平面槽轮机构有两种型式，即外啮合槽轮机构（图1－75）和内啮合槽轮机构（图1－76）。

图1－76　内啮合槽轮机构

3．槽轮机构的特点和应用

槽轮机构结构简单，工作可靠，能准确控制转动的角度，常用于要求恒定旋转角的分度机构中。槽轮的制造与装配精度要求较高，且对一个已定的槽轮机构来说，其转角不能调节。在转动始、末，其加速度变化较大，存在冲击。因此，只能用在低速且要求间歇地转动一定角度的自动机转位或分度机构中。

槽轮机构主要应用在转速不高，要求间歇转动的装置中，如在电影放映机中用于间歇地移动影片（图1－12）。又如图1－77所示六角车床刀架的转位槽轮机构，拨盘转动一周驱使槽轮（刀架）转动60°。

图1－77　转塔车床的刀架转位机构

不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮机构演变而成的间歇运动机构，它与普通渐开线齿轮机构的主要区别在于该机构中的主动轮仅有一个或几个齿，如图1－78所示。

图1－78　不完全齿轮机构
（a）外啮合；（b）内啮合1—主动轮；2—从动轮

当主动轮1的有齿部分与从动轮轮齿啮合时，推动从动轮2转动；当主动轮1的有齿部分与从动轮脱离啮合时，从动轮停歇不动。因此，当主动轮连续转动时，从动轮获得时动时停的间歇运动。其中图1－78（a）所示为外啮合不完全齿轮机构，图1－78（b）所示为内啮合不完全齿轮机构。

图1－79所示为自行车后轮轴的棘轮机构，通过该机构可以实现超越运动。试分析自行车在上坡及下坡时该机构的作用。

图1－79　自行车后轮轴的棘轮机构
1，3—链轮；2—链条；4—棘爪；5—后轮轴

1．常见的棘轮机构有哪几种形式？各有什么特点？

2．棘轮机构中调节从动棘轮转角大小的方法有哪几种？各有何运动特点？

3．试比较棘轮机构、槽轮机构在运动平稳性、加工难易程度、制造成本方面所具有的特点，并说明各适用于何种场合。