机械设计4.凸轮机构与其他常见机构.ppt

在一个运动循环内，槽轮2的运动时间 t? 与主动拨盘转一周的总时间t 之比，称为槽轮机构的运动系数。用? 表示。槽轮停止时间 t?与主动拨盘转一周的总时间t之比，称为槽轮的静止系数，用??表示。当拨盘匀速转动时，时间之比可用槽轮与拨盘相应的转角之比来表示。如图4-22所示，只有一个圆销的槽轮机构，t?、t?、t分别对应于拨盘的转角为2?1、（2?-2?1）、2?。 图4-22 因此，该槽轮机构的运动系数和静止系数分别为： （4-7） （4-8） 为保证槽轮运动，其运动系数应大于零。由式（4-7）可知，槽轮的径向槽数z 应等于或大于3。由式（4-8）还可以看出，这种槽轮机构的运动系数? 恒小于0.5，即槽轮的运动时间 t?总小于静止时间t?。 欲使槽轮机构的运动系数? 大于0.5，可在拨盘上装数个圆销。设拨盘上均匀分布的圆销数为K，当拨盘转一整周时，槽轮将被拨动K次。因此，槽轮的运动时间为单圆销时的K倍。即： （4-9） 运动系数 ? 还应当小于1（?=1表示槽轮 2与拨盘1一样作连续转动，不能实现间歇运动），故由上式得： 即 由上式可知，当 z =3时，圆销的数目可为1~5，当z=4 或 5 时，圆销数目可为1~3，而当 z 6时，圆销的数目为1或2。从提高生产效率观点看，希望槽数z小些为好，因为此时 ?也相应减小，槽轮静止时间（一般为工作行程时间）增大，故可提高生产效率。但从动力特性考虑，槽数 z 适当增大较好，因为此时槽轮角速度减小，可减小震动和冲击，有利于机构正常工作。但槽数z 9的槽轮机构比较少见。因为槽数过多，则槽轮机构尺寸较大，且转动时惯性力矩也增大。另外，由式（4-9）可知，当z 9时，槽数虽增加，运动系数?的变化却不大，故z 常取为4~8。 图4-23所示为外啮合棘轮机构。它由摆杆1、棘爪2、棘轮3、止回爪4和机架5组成。通常以摆杆为主动件、棘轮为从动件。当摆杆1连同棘爪2顺时针转动时，棘爪进入棘轮的相应齿槽，并推动棘轮转过相应的角度；当摆杆逆时针转动时，棘爪在棘轮齿顶上滑过。为了防止棘轮跟随摆杆反转，设置止回爪4。这样，摆杆不断地作往复摆动，棘轮便得到单向的间歇运动。 4.5.2 棘轮机构 4.5.2.1 棘轮机构的工作原理及应用 图4-23 外啮合棘轮机构 棘轮机构还可以作成内啮合形式（图4-24） 图4-24 内啮合棘轮机构 图4-25 棘条机构 移动棘轮（即棘条）形式（图4-25），其工作原理和外啮合棘轮机构类似。 如图4-26所示为摩擦式棘轮机构，当摆杆1作逆时针转动时，利用楔块2与摩擦轮3之间的摩擦产生自锁，从而带动摩擦轮3和摆杆一起转动；当摆杆作顺时针转动时，楔块2与摩擦轮3之间产生滑动。这时由于楔块4的自锁作用能阻止摩擦轮反转。这样，在摆杆不断作往复运动时，摩擦轮3便作单向的间歇运动。 图4-26 摩擦棘轮机构 棘轮机构除了常用于实现间歇运动外，还能实现超越运动。如图4-27所示为自行车后轮轴上的棘轮机构。当脚蹬踏板时，经链轮1和链条2带动内圈具有棘齿的链轮3顺时针转动，再通过棘爪4的作用，使后轮轴5顺时针转动，从而驱使自行车前进。当自行车前进时，如果令踏板不动，后轮轴5便会超越链轮3而转动，让棘爪4在棘轮齿背上划过，从而实现不蹬踏板的自由滑行。 图4-27 超越式棘轮机构 如图4-28，为使棘爪受力最小，应使棘轮齿顶A和棘爪的转动中心O2的连线垂直与棘轮半径。作用力有：正压力Fn和摩擦力F?。Fn可分为圆周力Ft和径向力Fr。力Fr使棘爪落到齿根，力F?阻止棘爪落向齿根，为了保证正常工作，须使棘爪落到齿根而又不致于与齿脱开。这就要求轮齿工作面相对棘轮半径朝齿体内偏斜一角度?，称为棘齿的偏斜角。 4.5.2.2棘爪工作条件 图4-28 偏斜角? 的大小由下列关系求出： （4-10） 因为 （4-11） 有 （4-12） 即 式中，?为齿与爪间的摩擦角，?=arctan?。当?=0.2时，??11.5?。为安全起见，通常取?=20?。 选定齿数z和按强度要求确定模数m后，棘轮棘爪的主要几何尺寸可按以下经验公式计算： 顶圆直径 D=mz 齿高 h=0.75m 齿顶厚 a=m 齿槽夹角 ?=60?或50? 棘爪长度 L=2?m 其他结构尺寸可参阅机械设计手册。 由于棘轮是在动棘爪的突然撞击下启动的，接触瞬间，理论上是刚性冲击。