湖南理工学院专用 作者,潘存云教授第十二章 其它常用机构及其设计
§ 12－ 1 棘轮机构
§ 12－ 2 槽轮机构
§ 12－ 3 擒纵轮机构
§ 12－ 4 凸轮式间隙运动机构
§ 12－ 6 非圆齿轮机构
§ 12－ 5 不完全齿机构
§ 12－ 7 螺旋机构
§ 12－ 8 万向铰链机构湖南理工学院专用 作者,潘存云教授一,棘轮机构的组成及其工作原理组成,摆杆,棘爪,棘轮,止动爪 。
§ 12－ 1 棘轮机构工作原理,摆杆往复摆动,
棘爪推动棘轮间歇转动 。
优点,结构简单,制造方便,
运动可靠,转角可调 。
缺点,工作时有较大的冲击和噪音,
运动精度较差 。 适用于速度较低和载荷不大的场合 。
作者：潘存云教授棘轮摆杆棘爪止动爪湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授外缘棘轮类型按轮齿分布,外缘,内缘,端面 棘轮机构。
二,棘轮机构的类型与应用作者：潘存云教授端面作者：潘存云教授内缘湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授单动式按轮齿分布,外缘,内缘,端面 棘轮机构。
二,棘轮机构的类型与应用按工作方式,单动式,双动式 棘轮机构。
双动式棘轮机构棘轮类型湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授按轮齿分布,外缘,内缘,端面 棘轮机构。
二,棘轮机构的类型与应用按工作方式,单动式,双动式 棘轮机构。
单向,双向运动 棘轮机构。按棘轮转向是否可调,
A
B’B
棘轮双向运动 1 棘轮双向运动 2
棘轮类型湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授按轮齿分布,外缘,内缘,端面 棘轮机构。
二,棘轮机构的类型与应用按工作方式,单动式,双动式 棘轮机构。
单向、双向运动 棘轮机构。按棘轮转向是否可调,
按转角是否可调,固定转角,可调转角牛头刨床进给调整机构通过调整杆长来调摆角
0
2
3
4
5
1
φφ
通过调滑动罩来调角度棘轮类型湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授棘轮类型按轮齿分布,外缘,内缘,端面 棘轮机构。
二,棘轮机构的类型与应用按工作方式,单动式,双动式 棘轮机构。
单向、双向运动 棘轮机构。按棘轮转向是否可调,
按转角是否可调,固定转角,可调转角轮齿棘轮,摩擦棘轮 演示模型按工作原理分,
摩擦棘轮 超越离合器
1
3
2
1
3
2
2
1
3
4
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
AB
C D
运动特点：
轮齿式棘轮工作时噪音大且转角为步进可调,但运动准确 。 而摩擦棘轮正好相反 。
应用,在各类机床中实现进给、转位、或分度。
实例,止动器,牛头刨床,冲床转位、超越离合器（单车飞轮）。
间歇转动作者：潘存云教授冲头卸料工位装料工位冲压工位湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
da
o1
Ao2
Σ =90°
L
pr
Pn
F
三、设计要点要求在工作时，棘爪在 Pn和 F的作用下，能自动滑入棘轮齿槽。
Pn sinα
∵ F= Pn f 代入得：
tgα > f
∴ α >φ
当 f=0.2 时,φ ＝ 11° 30’ 通常取 α ＝ 20°
α
Ft
Fr
正压力 － Pn 摩擦力 － F
条件是两者对 O2的力矩要满足如下条件：
Mpn>MF
将力分解成切向和径向分量
M
=tgφ
齿偏角
α
α
Fcosα>L L
pt
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授棘轮几何尺寸计算公式模数 m 1,1.5,2,2.5,3、3.5,4,5,6,8,10
顶圆直径 da da =mz 与齿轮不同齿间距 p P=π m
齿高 h h=0.75m
齿顶弦长 a a=m
棘爪工作面长度 a1 a1=(0.5~0.7)a
齿偏角 α α ＝ 20°
棘轮宽 b b=(1~4)m
棘爪斜高 h1,齿斜高 h’ h1=h’≈ h/cosα
棘轮齿根圆角半径 rf rf =1.5 mm
棘爪尖端圆角半径 r1 r1 =2 mm
棘爪长度 L 一般取 L=2p
a1
L p
60° ~80
°
a
da
α
o1
o2
齿数 z 12~25
作者：潘存云教授棘轮参数 计算公式或取值
h’
h1
rf
r1
齿槽角
h
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
o2
ω 1
ω2
§ 12－ 2 槽轮机构 （ 马尔它机构 ）
一,槽轮机构 的组成及其工作特点作用,将连续回转变换为间歇转动。
组成,带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮。拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上的凸圆弧，起锁定作用。
特点,结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，
能平稳地、间歇地进行转位。因槽轮运动过程中角速度有变化,不适合高速运动场合。
o1
工作过程,拨盘连续回转，当两锁止弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动。
锁止弧槽轮拨盘圆销湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授二、槽轮机构的类型与应用球面槽轮机构应用实例,电影放映机,自动摄影机,六角车床转塔 。
外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构槽轮机构类型轴线平行轴线相交放映机的反应用外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构 球面槽轮机构
o1
o2
ω1 2φ
ω2
设计：潘存云湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授六槽内槽轮拨盘六角车床转塔圆销车螺纹 4
1装牙膏筒
2车帽口
6卸牙膏筒
5切尾
3空闲湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
1.运动系数拨盘等速回转，在一个运动循环内，总的运动时间为：
t＝ 2π /ω1
定义,k=td / t 为运动系数，即：
k=td / t
为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与拨销中心连线成 90° 角。故有：
2α 1
2φ 2
td＝ 2α 1/ω1
槽轮的运动时间为：
=2α 1/2π
2α 1=π － 2φ 2 =π － (2π/z)
= 2π (z-2)/2z 代入上式
ω1
ω2
90°90°
三、槽轮机构的运动系数及运动特性湖南理工学院专用 作者,潘存云教授将 2α 1代入得,∵ k>0
可知：当只有一个圆销时,k=1/2-1/z
如果想得到 k≥0.5 的槽轮机构，则可在 拨盘上多装几个圆销，设装有 n个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮被拨动 n次。故运动系数是单圆柱销的 n倍，即,
k= n(1/2-1/z) ∵ k≤1
∴ 槽数 z≥3
得,n≤2z/ (z -2)
提问,why k≤1？ 事实上，当 k=1时，槽轮机构已经不具备间歇运动特性了。
k =1/2-1/z
≥ 7
1~2
0.36~1
槽数 z
圆销数 n
运动系数 k
3
1~6
1/6~1
4
1~4
0.25~1
5,6
1~3
0.3~1
即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。
< 0.5
当 z=4及 n=2时说明此时槽轮的 运动时间 和 静止时间 相等。
k=n(1/2－ 1/z) = 0.5
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
ω 2
ω 1
o1
2.运动特性
(1)外啮合槽轮机构规定,和在圆销进入区为正，在圆销离开区为负，变化区间为：
－ α 1≤ α ≤ α 1
在△ ABO2中有如下关系：
BO
ABtg
2
c o s1
s in1
tg＝
－ φ 2≤ φ ≤ φ 2
c o s
s in
RL
R
令 λ＝ R / L,并代入上式得：
-φ 2
-α 1
图示槽轮在运动的任一瞬时，设拨盘位置角用 α 来表示，槽轮位置角用 φ 表示。
R
槽轮的运动是靠圆销的拨动来实现的，在一个运动循环内，槽轮经历了从静止 → 运动 → 静止的过程，因此，槽轮的角速度是变化的，从而具有角加速度，以下将分析槽轮运动的变化规律。
O2
A B
α 1
α
φ
φ 2
L
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授分别对时间求一阶导数、和二阶导数，得：
1
2 dt
d
令 i21=ω2/ω1 (传动比 ),kα =α 2/ω21 得：
221 c o s21
)( c o s
i
将上述 i21,kα随 α 的变化绘制成曲线，称为槽轮机构的其中,dα /dt =ω 1
2
1
2
2
2 dt
d
12c o s21
)( c o s?
2
122
1
2
)c os21(
s in)1(?
22
1
2
)c os21(
s in)1(
k
其中,dω 1 /dt = 0
运动特性曲线。
上式说明，当拨盘以等角速度运动时，槽轮随位置的变化而变化。因为 λ 随槽数 z的不同而变化，因此，不仅随机构位置变化，而且随槽数变化。
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授槽轮运动的前半段，槽轮的角速度 ω 2是增加的，角加速度 α 2>0后半段正好相反。
运动特性曲线
z=3
z=3
z=4
z=6
z=4
z=6
运动特性分析：
① 槽轮运动的 ωmax,amax随 槽数 z的增多而减小。
a=1 作者：潘存云教授
kα =α 2/ ω21
-60? -40? -20? 0 20? 40? 60?
-50? -30? -10? 10? 30? 50?
8
6
4
2
-4
-6
-8
α
221 c o s21
)( c o s
i
22
1
2
)c os21(
s in)1(
k
作者：潘存云教授 α
5
4
3
2
1
-60? -40? -20? 0 20? 40? 60?
-50? -30? -10? 10? 30? 50?
1
221i 6
圆销进入或退出径向槽时，角速度有突变，
② 存在柔性冲击。 Z愈少，冲击愈大。
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
1.0
0.75
0.5
0.25
0
-0.25
-0.5
-0.75
-1.0
212?
212?
z=412
0.8
0.6
0.4
0.2
1
2
-135? -90? -45? 0 45? 90? 135?
α
(2)内啮合槽轮机构用同样方法可求得内啮合槽轮机构的运动曲线如图所示。
③ 曲线呈单调变化而不象外槽轮那样有两个峰值。
特性分析：
① 存在柔性冲击。 a=1
圆销进入或退出径向槽时，
角速度有突变，且值与外槽轮相等。
② 但随着转角增大，
角加速度值迅速下降并趋于零； a=1
④ 内槽轮机构的动力性能比外槽轮机构要好得多。
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授四、槽轮机构的几何尺寸计算圆销半径 r 由受力大小确定 r≈ R/6
中心距 L 由安装空间确定回转半径 R R=Lsinφ =Lsin(π /z)
槽顶半径 s s=Lcosφ =Lcos(π /z)
槽深 h h≥ s-(L-R-r)
拨盘轴径 d1 d1≤ 2(L-s)
槽轮轴径 d2 d2≤ 2(L-R-r)
参 数 计算公式或依据槽数 z 由工作要求确定圆销数 n
s
d2
r
槽顶侧壁厚 b b=3~5 mm 经验确定
b
锁止弧半径 r0 r0=R-r-b
R
L
h
1
2
d1
r0
φ
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
5
64
1
2
1‘
33’
8
游丝摆轮擒纵轮擒纵叉
§ 12－ 3 擒纵轮机构一,擒纵轮机构的组成及其工作原理组成,擒纵轮,擒纵叉,游丝摆轮 。
工作原理：
擒纵轮受发条力矩的驱动,游丝摆轮系统往复摆动,带动擒纵叉往复摆动,卡住或释放擒纵轮,并使它间歇转动 。
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授二,擒纵轮轮机构的类型与应用固有振动系统型擒纵轮轮机构无固有振动系统型擒纵轮轮机构
3
1
4
2 1 2
4
3
----计时精度高,
用于钟表 。
----结构简单,成本低,计时精度不高,用于自动记录仪,时间继电器,计数器,定时器,测速器,照相机快门和自拍器等 。
5
64
1
2
1‘
33’
8
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授
§ 12－ 4 凸轮式 间歇运动机构
1.工作原理及特点圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间歇转动。
特点,从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状。
优点,可通过选择适当的运动规律来减小动载荷、避免冲击、适应高速运转的要求。定位精确、且结构紧凑。
缺点,凸轮加工较复杂、安装调整要求严格。
2.类型及应用类型,圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆凸轮间歇运动机构湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
R2
圆柱凸轮间歇运动机构 蜗杆凸轮间歇运动机构牙膏灌浆机应用,适用于高速、高精度的分度转位机械制瓶机、纸烟、包装机、
拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机等机械。
作者：潘存云教授封口 灌浆湖南理工学院专用 作者,潘存云教授
§ 12－ 5 不完全齿轮机构
1.工作原理及特点工作原理,在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间和停歇时间的要求在从动轮上做出与主动轮相啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止弧定位使从动轮静止。
优点,结构简单、制造容易、工作可靠、从动轮运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。
2.类型及应用类型,外啮合不完全齿轮机构、内啮合不完全齿轮机构缺点,从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大冲击，故一般只用于低速、轻载场合。
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授外啮合不完全齿轮机构 内啮合不完全齿轮机构应用,适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。
如乒乓球拍周缘 铣削加工机床,蜂窝煤饼压制机 等。
作者：潘存云教授作者：潘存云教授湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授铣刀不完全齿轮 1
乒乓球拍专用靠模铣床
1
2
3 4
5
8
9
7
6
球拍靠模凸轮不完全齿轮 1
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授瞬心线附加杆蜂窝煤饼压制机退煤饼填料填料锁止弧锁止弧 使运动平稳压制不完全齿轮湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授
§ 12－ 6 非圆齿轮机构应用实例,滚筒式平板印刷机、压力机、机床转位机构、非线性函数电位机构、流量计、书心脊背加工联动机构等。
非圆齿轮机构是一种用于变传动比传动的齿轮机构。其节线不是圆，常用的有椭圆形、心形和螺旋线形曲线等。 有专门书籍介绍
2
ω 2
1
ω 1
椭圆齿轮作者：潘存云教授湖南理工学院专用 作者,潘存云教授滚筒式平板印刷机压力机 自动机床转位机构湖南理工学院专用 作者,潘存云教授非圆齿轮非线性函数电位机构椭圆齿轮书心脊背加工联动机构椭圆齿轮流量计湖南理工学院专用 作者,潘存云教授
§ 12－ 7 螺旋机构组成,螺杆、螺母、机架。
运动特点,一般情况下是螺杆连续回转，螺母轴向移动。
优点,获得很大的减速比和力的增益。
缺点,机械效率较低。
应用,螺旋压力机、千斤顶、机床进给装置、微调机构等。 肥皂输送机构
1,螺旋机构 及其应用在 γ >φ v时,也可以螺母为作轴向移动，迫使螺杆转动。 如修理摩托车用的起子湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
2.运动分析导程 l－－螺旋转一圈 (2π )，螺母前进的距离。
螺旋转过任意 φ 角时，螺母的位移 s为：
s / rφ =l /r2π
l
r2π
s
s=lφ /2π
螺距 p－－ 相邻螺纹牙齿同侧齿面之间 的距离。
两者的关系为,l = z p,z为螺纹的头数。 强调 Z=1
rφ
将螺纹在中径圆柱处展开得一斜三角形，于是：
21
3
K
K向作者：潘存云教授湖南理工学院专用 作者,潘存云教授
B
作者：潘存云教授作者：潘存云教授
2A
3
B且,l
A≠ lB
s =( lA－ lB)φ /2π
当差 (lA－ lB)很小时,s将很小。
这种螺旋机构称为 微 (差 )动螺旋 机构，用于测微计（千分尺）、分度机构、调节机构（ 镗刀微调机构 ）中。
s1=lAφ /2π
螺母 2相对于螺杆 1的位移为：
s2=－ lBφ /2π
螺母 2相对于机架 3的位移为：
K
K向
lB
lA-lB
lA
图示螺旋机构中，螺母 A固定，螺母 2可沿轴向移动，
当 A,B段螺纹 旋向相同 时，
螺杆 1相对于机架 3的位移为：
lA lB
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授
2A
3
B
当 A,B段螺纹旋向相反时，
螺母 2的位移为：
s =( lA＋ lB)φ /2π
lA
LA+lB
lB
l1=1.25 mm(右 )
镗刀进给量调整微动螺旋机构
FE
称为 复式螺旋 机构，用于车辆的快速靠近或离开、电杆拉线机构等。
差动螺旋应实例：
复式螺旋机构
l2=1 mm(右 )
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作用,用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。 共轴,有夹角应用,广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。
作者：潘存云教授
α
单万向联轴器
§ 12－ 8 万向铰链机构湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授
A
ω '2
A
α
ω 1
B
vA1 = rω1
结构特点,两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的“十字形”构件相联，“十字形”构件的中心位于两轴交点处，
运动分析：
α
α
两轴平均传动比为 1，但瞬时传动比是动态变化的。
在图示位置 I,以轴 1为参考系，对 A点有,
以轴 2为参考系，对 A点有,
vA2 = r’ω’2
r
r’
= r cosα ω’ 2
显然有,vA1 = vA2
α =0~45?
轴间角为,
ω 2＝ ω 1＋ ω 21
ω 2
ω 1
ω 21
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
r”
其它位置：
代入得：
α
α
ω 1
B
B
A
ω "2在图示位置 II,以轴 2为参考系，对 B点有,
vB2 = rω”2
以轴 1为参考系，对 B点有,
vB1 = r”ω1 = ω1 r cosα
同样有,vB1 = vB2
r
代入得,ω’’2=ω1 cosα
ω’2 〉 ω1
=>ω”2 <ω1
ω1
cosαω 1cos α ≤ ω 2 ≤
ω1 =cosα ω’2
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
2.双万向铰链机构将两个单万向铰链机构串联使用，构成双万向铰链机构。
安装要求：
① 主动、从动、中间三轴共面；
② 主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等；
③ 中间轴两端的叉面应在同一平面内。
αα
C
2 α
α 1
21
C
为了消除从动轴变速转动的缺点，常湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
3,小型双万向联轴器结构如图所示，通常采用合金钢制造。
A
A
作者：潘存云教授
A--A
α
α αα
动画演示
§ 12－ 1 棘轮机构
§ 12－ 2 槽轮机构
§ 12－ 3 擒纵轮机构
§ 12－ 4 凸轮式间隙运动机构
§ 12－ 6 非圆齿轮机构
§ 12－ 5 不完全齿机构
§ 12－ 7 螺旋机构
§ 12－ 8 万向铰链机构湖南理工学院专用 作者,潘存云教授一,棘轮机构的组成及其工作原理组成,摆杆,棘爪,棘轮,止动爪 。
§ 12－ 1 棘轮机构工作原理,摆杆往复摆动,
棘爪推动棘轮间歇转动 。
优点,结构简单,制造方便,
运动可靠,转角可调 。
缺点,工作时有较大的冲击和噪音,
运动精度较差 。 适用于速度较低和载荷不大的场合 。
作者：潘存云教授棘轮摆杆棘爪止动爪湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授外缘棘轮类型按轮齿分布,外缘,内缘,端面 棘轮机构。
二,棘轮机构的类型与应用作者：潘存云教授端面作者：潘存云教授内缘湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授单动式按轮齿分布,外缘,内缘,端面 棘轮机构。
二,棘轮机构的类型与应用按工作方式,单动式,双动式 棘轮机构。
双动式棘轮机构棘轮类型湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授按轮齿分布,外缘,内缘,端面 棘轮机构。
二,棘轮机构的类型与应用按工作方式,单动式,双动式 棘轮机构。
单向,双向运动 棘轮机构。按棘轮转向是否可调,
A
B’B
棘轮双向运动 1 棘轮双向运动 2
棘轮类型湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授按轮齿分布,外缘,内缘,端面 棘轮机构。
二,棘轮机构的类型与应用按工作方式,单动式,双动式 棘轮机构。
单向、双向运动 棘轮机构。按棘轮转向是否可调,
按转角是否可调,固定转角,可调转角牛头刨床进给调整机构通过调整杆长来调摆角
0
2
3
4
5
1
φφ
通过调滑动罩来调角度棘轮类型湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授棘轮类型按轮齿分布,外缘,内缘,端面 棘轮机构。
二,棘轮机构的类型与应用按工作方式,单动式,双动式 棘轮机构。
单向、双向运动 棘轮机构。按棘轮转向是否可调,
按转角是否可调,固定转角,可调转角轮齿棘轮,摩擦棘轮 演示模型按工作原理分,
摩擦棘轮 超越离合器
1
3
2
1
3
2
2
1
3
4
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
AB
C D
运动特点：
轮齿式棘轮工作时噪音大且转角为步进可调,但运动准确 。 而摩擦棘轮正好相反 。
应用,在各类机床中实现进给、转位、或分度。
实例,止动器,牛头刨床,冲床转位、超越离合器（单车飞轮）。
间歇转动作者：潘存云教授冲头卸料工位装料工位冲压工位湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
da
o1
Ao2
Σ =90°
L
pr
Pn
F
三、设计要点要求在工作时，棘爪在 Pn和 F的作用下，能自动滑入棘轮齿槽。
Pn sinα
∵ F= Pn f 代入得：
tgα > f
∴ α >φ
当 f=0.2 时,φ ＝ 11° 30’ 通常取 α ＝ 20°
α
Ft
Fr
正压力 － Pn 摩擦力 － F
条件是两者对 O2的力矩要满足如下条件：
Mpn>MF
将力分解成切向和径向分量
M
=tgφ
齿偏角
α
α
Fcosα>L L
pt
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授棘轮几何尺寸计算公式模数 m 1,1.5,2,2.5,3、3.5,4,5,6,8,10
顶圆直径 da da =mz 与齿轮不同齿间距 p P=π m
齿高 h h=0.75m
齿顶弦长 a a=m
棘爪工作面长度 a1 a1=(0.5~0.7)a
齿偏角 α α ＝ 20°
棘轮宽 b b=(1~4)m
棘爪斜高 h1,齿斜高 h’ h1=h’≈ h/cosα
棘轮齿根圆角半径 rf rf =1.5 mm
棘爪尖端圆角半径 r1 r1 =2 mm
棘爪长度 L 一般取 L=2p
a1
L p
60° ~80
°
a
da
α
o1
o2
齿数 z 12~25
作者：潘存云教授棘轮参数 计算公式或取值
h’
h1
rf
r1
齿槽角
h
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
o2
ω 1
ω2
§ 12－ 2 槽轮机构 （ 马尔它机构 ）
一,槽轮机构 的组成及其工作特点作用,将连续回转变换为间歇转动。
组成,带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮。拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上的凸圆弧，起锁定作用。
特点,结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，
能平稳地、间歇地进行转位。因槽轮运动过程中角速度有变化,不适合高速运动场合。
o1
工作过程,拨盘连续回转，当两锁止弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动。
锁止弧槽轮拨盘圆销湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授二、槽轮机构的类型与应用球面槽轮机构应用实例,电影放映机,自动摄影机,六角车床转塔 。
外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构槽轮机构类型轴线平行轴线相交放映机的反应用外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构 球面槽轮机构
o1
o2
ω1 2φ
ω2
设计：潘存云湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授六槽内槽轮拨盘六角车床转塔圆销车螺纹 4
1装牙膏筒
2车帽口
6卸牙膏筒
5切尾
3空闲湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
1.运动系数拨盘等速回转，在一个运动循环内，总的运动时间为：
t＝ 2π /ω1
定义,k=td / t 为运动系数，即：
k=td / t
为减少冲击，进入或退出啮合时，槽中心线与拨销中心连线成 90° 角。故有：
2α 1
2φ 2
td＝ 2α 1/ω1
槽轮的运动时间为：
=2α 1/2π
2α 1=π － 2φ 2 =π － (2π/z)
= 2π (z-2)/2z 代入上式
ω1
ω2
90°90°
三、槽轮机构的运动系数及运动特性湖南理工学院专用 作者,潘存云教授将 2α 1代入得,∵ k>0
可知：当只有一个圆销时,k=1/2-1/z
如果想得到 k≥0.5 的槽轮机构，则可在 拨盘上多装几个圆销，设装有 n个均匀分布的圆销，则拨盘转一圈，槽轮被拨动 n次。故运动系数是单圆柱销的 n倍，即,
k= n(1/2-1/z) ∵ k≤1
∴ 槽数 z≥3
得,n≤2z/ (z -2)
提问,why k≤1？ 事实上，当 k=1时，槽轮机构已经不具备间歇运动特性了。
k =1/2-1/z
≥ 7
1~2
0.36~1
槽数 z
圆销数 n
运动系数 k
3
1~6
1/6~1
4
1~4
0.25~1
5,6
1~3
0.3~1
即槽轮的运动时间总是小于其静止时间。
< 0.5
当 z=4及 n=2时说明此时槽轮的 运动时间 和 静止时间 相等。
k=n(1/2－ 1/z) = 0.5
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
ω 2
ω 1
o1
2.运动特性
(1)外啮合槽轮机构规定,和在圆销进入区为正，在圆销离开区为负，变化区间为：
－ α 1≤ α ≤ α 1
在△ ABO2中有如下关系：
BO
ABtg
2
c o s1
s in1
tg＝
－ φ 2≤ φ ≤ φ 2
c o s
s in
RL
R
令 λ＝ R / L,并代入上式得：
-φ 2
-α 1
图示槽轮在运动的任一瞬时，设拨盘位置角用 α 来表示，槽轮位置角用 φ 表示。
R
槽轮的运动是靠圆销的拨动来实现的，在一个运动循环内，槽轮经历了从静止 → 运动 → 静止的过程，因此，槽轮的角速度是变化的，从而具有角加速度，以下将分析槽轮运动的变化规律。
O2
A B
α 1
α
φ
φ 2
L
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授分别对时间求一阶导数、和二阶导数，得：
1
2 dt
d
令 i21=ω2/ω1 (传动比 ),kα =α 2/ω21 得：
221 c o s21
)( c o s
i
将上述 i21,kα随 α 的变化绘制成曲线，称为槽轮机构的其中,dα /dt =ω 1
2
1
2
2
2 dt
d
12c o s21
)( c o s?
2
122
1
2
)c os21(
s in)1(?
22
1
2
)c os21(
s in)1(
k
其中,dω 1 /dt = 0
运动特性曲线。
上式说明，当拨盘以等角速度运动时，槽轮随位置的变化而变化。因为 λ 随槽数 z的不同而变化，因此，不仅随机构位置变化，而且随槽数变化。
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授槽轮运动的前半段，槽轮的角速度 ω 2是增加的，角加速度 α 2>0后半段正好相反。
运动特性曲线
z=3
z=3
z=4
z=6
z=4
z=6
运动特性分析：
① 槽轮运动的 ωmax,amax随 槽数 z的增多而减小。
a=1 作者：潘存云教授
kα =α 2/ ω21
-60? -40? -20? 0 20? 40? 60?
-50? -30? -10? 10? 30? 50?
8
6
4
2
-4
-6
-8
α
221 c o s21
)( c o s
i
22
1
2
)c os21(
s in)1(
k
作者：潘存云教授 α
5
4
3
2
1
-60? -40? -20? 0 20? 40? 60?
-50? -30? -10? 10? 30? 50?
1
221i 6
圆销进入或退出径向槽时，角速度有突变，
② 存在柔性冲击。 Z愈少，冲击愈大。
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
1.0
0.75
0.5
0.25
0
-0.25
-0.5
-0.75
-1.0
212?
212?
z=412
0.8
0.6
0.4
0.2
1
2
-135? -90? -45? 0 45? 90? 135?
α
(2)内啮合槽轮机构用同样方法可求得内啮合槽轮机构的运动曲线如图所示。
③ 曲线呈单调变化而不象外槽轮那样有两个峰值。
特性分析：
① 存在柔性冲击。 a=1
圆销进入或退出径向槽时，
角速度有突变，且值与外槽轮相等。
② 但随着转角增大，
角加速度值迅速下降并趋于零； a=1
④ 内槽轮机构的动力性能比外槽轮机构要好得多。
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授四、槽轮机构的几何尺寸计算圆销半径 r 由受力大小确定 r≈ R/6
中心距 L 由安装空间确定回转半径 R R=Lsinφ =Lsin(π /z)
槽顶半径 s s=Lcosφ =Lcos(π /z)
槽深 h h≥ s-(L-R-r)
拨盘轴径 d1 d1≤ 2(L-s)
槽轮轴径 d2 d2≤ 2(L-R-r)
参 数 计算公式或依据槽数 z 由工作要求确定圆销数 n
s
d2
r
槽顶侧壁厚 b b=3~5 mm 经验确定
b
锁止弧半径 r0 r0=R-r-b
R
L
h
1
2
d1
r0
φ
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
5
64
1
2
1‘
33’
8
游丝摆轮擒纵轮擒纵叉
§ 12－ 3 擒纵轮机构一,擒纵轮机构的组成及其工作原理组成,擒纵轮,擒纵叉,游丝摆轮 。
工作原理：
擒纵轮受发条力矩的驱动,游丝摆轮系统往复摆动,带动擒纵叉往复摆动,卡住或释放擒纵轮,并使它间歇转动 。
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授二,擒纵轮轮机构的类型与应用固有振动系统型擒纵轮轮机构无固有振动系统型擒纵轮轮机构
3
1
4
2 1 2
4
3
----计时精度高,
用于钟表 。
----结构简单,成本低,计时精度不高,用于自动记录仪,时间继电器,计数器,定时器,测速器,照相机快门和自拍器等 。
5
64
1
2
1‘
33’
8
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授
§ 12－ 4 凸轮式 间歇运动机构
1.工作原理及特点圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间歇转动。
特点,从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状。
优点,可通过选择适当的运动规律来减小动载荷、避免冲击、适应高速运转的要求。定位精确、且结构紧凑。
缺点,凸轮加工较复杂、安装调整要求严格。
2.类型及应用类型,圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆凸轮间歇运动机构湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
R2
圆柱凸轮间歇运动机构 蜗杆凸轮间歇运动机构牙膏灌浆机应用,适用于高速、高精度的分度转位机械制瓶机、纸烟、包装机、
拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机等机械。
作者：潘存云教授封口 灌浆湖南理工学院专用 作者,潘存云教授
§ 12－ 5 不完全齿轮机构
1.工作原理及特点工作原理,在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间和停歇时间的要求在从动轮上做出与主动轮相啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止弧定位使从动轮静止。
优点,结构简单、制造容易、工作可靠、从动轮运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。
2.类型及应用类型,外啮合不完全齿轮机构、内啮合不完全齿轮机构缺点,从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大冲击，故一般只用于低速、轻载场合。
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授外啮合不完全齿轮机构 内啮合不完全齿轮机构应用,适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。
如乒乓球拍周缘 铣削加工机床,蜂窝煤饼压制机 等。
作者：潘存云教授作者：潘存云教授湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授铣刀不完全齿轮 1
乒乓球拍专用靠模铣床
1
2
3 4
5
8
9
7
6
球拍靠模凸轮不完全齿轮 1
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授瞬心线附加杆蜂窝煤饼压制机退煤饼填料填料锁止弧锁止弧 使运动平稳压制不完全齿轮湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授
§ 12－ 6 非圆齿轮机构应用实例,滚筒式平板印刷机、压力机、机床转位机构、非线性函数电位机构、流量计、书心脊背加工联动机构等。
非圆齿轮机构是一种用于变传动比传动的齿轮机构。其节线不是圆，常用的有椭圆形、心形和螺旋线形曲线等。 有专门书籍介绍
2
ω 2
1
ω 1
椭圆齿轮作者：潘存云教授湖南理工学院专用 作者,潘存云教授滚筒式平板印刷机压力机 自动机床转位机构湖南理工学院专用 作者,潘存云教授非圆齿轮非线性函数电位机构椭圆齿轮书心脊背加工联动机构椭圆齿轮流量计湖南理工学院专用 作者,潘存云教授
§ 12－ 7 螺旋机构组成,螺杆、螺母、机架。
运动特点,一般情况下是螺杆连续回转，螺母轴向移动。
优点,获得很大的减速比和力的增益。
缺点,机械效率较低。
应用,螺旋压力机、千斤顶、机床进给装置、微调机构等。 肥皂输送机构
1,螺旋机构 及其应用在 γ >φ v时,也可以螺母为作轴向移动，迫使螺杆转动。 如修理摩托车用的起子湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
2.运动分析导程 l－－螺旋转一圈 (2π )，螺母前进的距离。
螺旋转过任意 φ 角时，螺母的位移 s为：
s / rφ =l /r2π
l
r2π
s
s=lφ /2π
螺距 p－－ 相邻螺纹牙齿同侧齿面之间 的距离。
两者的关系为,l = z p,z为螺纹的头数。 强调 Z=1
rφ
将螺纹在中径圆柱处展开得一斜三角形，于是：
21
3
K
K向作者：潘存云教授湖南理工学院专用 作者,潘存云教授
B
作者：潘存云教授作者：潘存云教授
2A
3
B且,l
A≠ lB
s =( lA－ lB)φ /2π
当差 (lA－ lB)很小时,s将很小。
这种螺旋机构称为 微 (差 )动螺旋 机构，用于测微计（千分尺）、分度机构、调节机构（ 镗刀微调机构 ）中。
s1=lAφ /2π
螺母 2相对于螺杆 1的位移为：
s2=－ lBφ /2π
螺母 2相对于机架 3的位移为：
K
K向
lB
lA-lB
lA
图示螺旋机构中，螺母 A固定，螺母 2可沿轴向移动，
当 A,B段螺纹 旋向相同 时，
螺杆 1相对于机架 3的位移为：
lA lB
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授
2A
3
B
当 A,B段螺纹旋向相反时，
螺母 2的位移为：
s =( lA＋ lB)φ /2π
lA
LA+lB
lB
l1=1.25 mm(右 )
镗刀进给量调整微动螺旋机构
FE
称为 复式螺旋 机构，用于车辆的快速靠近或离开、电杆拉线机构等。
差动螺旋应实例：
复式螺旋机构
l2=1 mm(右 )
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作用,用于传递两相交轴之间的动力和运动，而且在传动过程中，两轴之间的夹角还可以改变。 共轴,有夹角应用,广泛应用于汽车、机床等机械传动系统中。
作者：潘存云教授
α
单万向联轴器
§ 12－ 8 万向铰链机构湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授
A
ω '2
A
α
ω 1
B
vA1 = rω1
结构特点,两传动轴末端各有一个叉形支架，用铰链与中间的“十字形”构件相联，“十字形”构件的中心位于两轴交点处，
运动分析：
α
α
两轴平均传动比为 1，但瞬时传动比是动态变化的。
在图示位置 I,以轴 1为参考系，对 A点有,
以轴 2为参考系，对 A点有,
vA2 = r’ω’2
r
r’
= r cosα ω’ 2
显然有,vA1 = vA2
α =0~45?
轴间角为,
ω 2＝ ω 1＋ ω 21
ω 2
ω 1
ω 21
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
r”
其它位置：
代入得：
α
α
ω 1
B
B
A
ω "2在图示位置 II,以轴 2为参考系，对 B点有,
vB2 = rω”2
以轴 1为参考系，对 B点有,
vB1 = r”ω1 = ω1 r cosα
同样有,vB1 = vB2
r
代入得,ω’’2=ω1 cosα
ω’2 〉 ω1
=>ω”2 <ω1
ω1
cosαω 1cos α ≤ ω 2 ≤
ω1 =cosα ω’2
湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
2.双万向铰链机构将两个单万向铰链机构串联使用，构成双万向铰链机构。
安装要求：
① 主动、从动、中间三轴共面；
② 主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等；
③ 中间轴两端的叉面应在同一平面内。
αα
C
2 α
α 1
21
C
为了消除从动轴变速转动的缺点，常湖南理工学院专用 作者,潘存云教授作者：潘存云教授
3,小型双万向联轴器结构如图所示，通常采用合金钢制造。
A
A
作者：潘存云教授
A--A
α
α αα
动画演示
