浅析机械原理中各种机构

[摘 要]机械原理课程是一门技术基础课程，一方面它较物理、理论力学等课程更加结合工程实际；另一方面，它又与讲授专业机械的课程有所不同，它不具体研究某种机械，而是对各种机械中的一些共性问题和常用的机构进行较为深入的探讨。为了学好本课程，在学习过程中，我们应当注意搞清基本概念，理解基本原理，掌握机构分析和综合的基本方法。

中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0339-01

一、棘轮机构

（一）棘轮机构的结构、原理和类型

棘轮机构，主要由5部分构成，分别是棘轮、驱动棘爪、止回棘爪、摇杆和机架。弹簧的作用是让使止回棘爪与棘轮一直接触。棘轮用键将其和轴连接起来。驱动棘爪和摇杆铰接在一起，并且摇杆可以绕棘轮轴实现左右摆动。当杆按照顺时针方向运动时，驱动棘爪从棘轮的齿顶擦过，止回棘爪起作用，让棘轮静止不动；若摇杆在逆时针方向转动时，驱动棘爪顶住棘轮的齿并推动棘轮转过相应的角度，同时止回棘爪从棘轮的齿顶擦过。如此，通过让摇杆的往复运动就可以实现棘轮的单向间歇运动。

一般棘轮机构可分为两大类。

（1）齿啮式棘轮

它的传动原理是靠棘爪和棘轮齿俩者的啮合带动，转角只可以粗略调节，无法精确调节。根据棘轮的运动情况，可分为：

1 可变向棘轮机构

（图1）的主动摇杆与棘爪铰接在一起，不但能让使棘轮按照顺时针方向实现间歇运动，而且可以让棘轮实现逆时针方向间歇运动，由此实现机构特定的功能。可变向棘轮机构2（图2）的棘轮可以实现逆时针方向的单向间歇运动；为了实现棘轮的顺时针方向单向间歇转动，可以将棘爪提起并绕其轴线旋转180°后放下，则可实现。

2. 内啮合棘轮机构。这种机构可以实现单向间歇转动。

（2）摩擦式棘轮机构

摩擦式棘轮的结构，工作原理和与齿式棘轮的机构相差无几，棘轮与棘爪靠摩擦力传动，棘轮转角作无级调节。

（二）棘轮机构的特征

棘轮机构具有结构简单、制造方便和运动可靠等优点，故在各类机械中有广泛的应用。但是由于回程时摇杆上的棘爪在棘轮齿面上滑行时引起噪声和齿尖磨损。同时为使棘爪顺利落入棘轮齿间，摇杆摆动的角度应略大于棘轮的运动角，这样就不可避免地存在空程和冲击。此外棘轮的运动角必须以棘轮齿数为单位有级地变化。因此棘轮机构不宜应用于高速和运动精度要求较高的场合。

棘轮机构所具有的单向间歇运动特性，在实际应用中可满足如送进、制动、超越离合和转位、分度等工艺要求。

（三）修改棘轮摆角的方法

要实现改变摇杆的摆角所示，可以通过增长或减短曲柄的长度，就可以改变摇杆的摆角；通过改变活塞的路径长短，则可间接改变摇杆与轮的摆角，从而间接调节棘轮的转角。

二、槽轮机构

（一）槽轮机构的构成、工作原理以及类型

工作原理：槽轮机构包括3部分，分别是带有圆销A的拨盘、含有径向槽的槽轮和机架组成。当拨盘按照ω1的角速度作匀速旋转时，同时圆销A沿着槽轮的径向进入槽轮的径向槽时，拨盘上的外凸锁止弧mn锁住槽轮上的内凹锁止弧ef，即槽轮固定不动；当圆销A再次滑进槽轮的径向槽时，锁止弧ef被释放开，槽轮在圆销A的作用下转动；当圆销A离开径向槽时，拨盘上的锁止弧mn再次锁住槽轮的锁止弧ef，槽轮固定不动。通过以上的描述可知槽轮可以做到间歇运动。

（二）槽轮机构的运动系数

当在完整的圆周运动时，槽轮机构的运动系数是指：槽轮的工作时间t2与主动拨盘的工作时间t1俩者比值。

1）单圆销的外槽轮机构：τ=t2/t1=（z-2）/2z

2）在拨盘上均匀分布着m个圆销的外槽轮机构：τ=m（1/2-1/z）

3）内槽轮结构：τ=（z-2）/2z=（1/2+1/z）

4）外槽轮机构的运动特性

外槽轮机构在运动过程中的任一位置。设i21为槽轮机构的传动比，是一个变量；kα为其角速度系数，也是一个变量。令： λ=R/L=sin（π/z）可得：

（三）设计槽轮的槽数

因为槽轮机构的运动系数必定大于零，而且从τ=（z-2）/2z可知z≥3，对于单圆销的槽轮机构，一般情况下把其槽数z设定为3，4，5，6，8。其它情况特殊分析。

（四）槽轮机构的特点

优点：槽轮的构造简单、工作安全可靠、效率比较高。

缺点：制造和装配时所需要的精度要求较高，且转角的大小不能任意调节。

应用：外槽轮机构被广泛应用于电影放映机中。

参考文献

[1] 孙恒 陈作模 葛文杰.西北工业大学机械原理及机械零件教研室（第八版）

[2] 葛文杰.高等教育电子音像出版社（第八版）

[3] 洪允楣.机构设计的组织与变异方法[M].北京：机械工业出版社，1982