第四章、往復(fù)、間歇運動機構(gòu)設(shè)計4.1概述4.2往復(fù)運動機構(gòu)4.3間歇運動機構(gòu)4.1、概述

一、往復(fù)運動機構(gòu)往復(fù)運動從形式上有往復(fù)直線運動、往復(fù)擺動、往復(fù)曲線運動和往復(fù)復(fù)雜運動等幾種，其中往復(fù)直線運動和往復(fù)百度最常見，應(yīng)用也最廣。按機構(gòu)結(jié)構(gòu)特征命名，實現(xiàn)往復(fù)運動的常用機構(gòu)有凸輪機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)等。利用電磁原理也可實現(xiàn)往復(fù)移動和擺動，在現(xiàn)代電子產(chǎn)品特別是數(shù)字控制產(chǎn)品中，使用電磁原理的機構(gòu)可實現(xiàn)精密的運動控制，圖4-1為計算機硬盤結(jié)構(gòu)，其尋道機構(gòu)的運動控制就是利用電磁原理實現(xiàn)的。往復(fù)曲線運動通常由連桿機構(gòu)實現(xiàn)，主要用于有特殊執(zhí)行動作要求的連續(xù)循環(huán)工作機械，如縫紉機的縫紉引線動作、織布機的編織動作等。圖4-2為兩種實現(xiàn)往復(fù)曲線運動的連桿機構(gòu)，可用于實現(xiàn)縫紉機引線運動的執(zhí)行機構(gòu)等。二、間歇運動間歇運動時機構(gòu)或機械設(shè)備，產(chǎn)品隨時間的推移順次規(guī)律地執(zhí)行運動和靜止，按一定的工作節(jié)拍循環(huán)作業(yè)或完成工序步驟。圖4-3為裹包機執(zhí)行的工序動作分解圖，這些工序需要一定的時間，很難實現(xiàn)連續(xù)運動完成，因此多按間隙運動方式工作。設(shè)計中，將復(fù)雜工作分解工序后，需結(jié)合各工序的完成時間和順序安排空間布置，如圖4-4所示，進而采用合適的間歇運動機構(gòu)實現(xiàn)設(shè)計。實現(xiàn)間歇運動的常見機構(gòu)主要包括槽輪機構(gòu)，棘輪機構(gòu)，圓柱凸輪機構(gòu)、欠齒輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)和各種組合機構(gòu)等，可分別實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)間歇運動、直線間歇運動、間歇曲線運動及復(fù)雜間歇運動等。4.2、往復(fù)運動機構(gòu)

一、凸輪機構(gòu)基本的凸輪機構(gòu)由凸輪和從動桿件組成，凸輪輪緣與從動件緊密接觸，凸輪為主動構(gòu)件，凸輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動從動件作往復(fù)直線運動，如圖4-5所示，桿件上的彈簧是用于保持桿件與凸輪接觸作用的。凸輪機構(gòu)的種類很多，有不同的性質(zhì)和特點，使用于不同情況。圖4-6為在基本凸輪結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，從動桿接觸端頭的常用變化形式。凸輪的的形式式變化化對凸輪輪機構(gòu)構(gòu)的功功能、性性質(zhì)影影響很很大如圖圖4-7所所示。。其中，，可調(diào)調(diào)凸輪輪是在圓圓柱滾滾筒表表面用螺螺釘安安裝一一些形成成凸輪輪曲線線的零件件，調(diào)調(diào)整、、更換這這些零零件即即可達到到調(diào)整整凸輪輪運動的的目的的；移移動凸輪輪用的的主動動件運動動為移移動；；反凸輪輪是將將凸輪輪曲線制制作在在從動動構(gòu)件上上。在凸輪輪機構(gòu)構(gòu)高速速運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時，，從動動件可可能存存在很很大的的慣性性力，，利用用施加于于從動動部件件上的的彈簧簧彈力力無法法確保保凸輪輪和從從動件件不脫脫離接接觸。在在凸輪輪上開開設(shè)溝溝槽，，將從從動件件端部部夾在在凸輪輪溝槽槽內(nèi)，，可避避免上述述現(xiàn)象象發(fā)生生，使使凸輪輪機構(gòu)構(gòu)準(zhǔn)確確、穩(wěn)穩(wěn)定、、可靠靠地工工作，，這種種形式的的凸輪輪機構(gòu)構(gòu)稱為為確動動凸輪輪機構(gòu)構(gòu)。圓圓柱凸凸輪、、圓錐錐凸輪輪、球球面凸輪輪、盤盤形槽槽凸輪輪、反反凸輪輪等都都屬于于確動動凸輪輪。將凸輪輪機構(gòu)構(gòu)從動動構(gòu)件件解除導(dǎo)導(dǎo)向限限制，，自由由端用活活動鉸鉸鏈連連接固固定，從從動件件可實實現(xiàn)往往復(fù)擺動動，如如圖4-8所示示。圖4-9所所示的的凸輪輪機構(gòu)屬屬于一一類特特殊的凸輪輪機構(gòu)構(gòu)，稱稱為圓柱分分度凸凸輪機機構(gòu)，其其輸出出為間間歇轉(zhuǎn)動，，運動動準(zhǔn)確確、可靠，，可實實現(xiàn)高高速、精確確分度度定位位。利用凸凸輪機機構(gòu)可可由簡簡單的的轉(zhuǎn)動動、移移動獲獲得復(fù)復(fù)雜的的往復(fù)復(fù)移動動、往往復(fù)擺動動和間間歇運運動，，從動動構(gòu)件件的運運動規(guī)規(guī)律取取決于于凸輪輪曲線線形式式。凸輪的的應(yīng)用用很廣廣，以以下列列舉幾幾個實實例。。圖4-10為發(fā)發(fā)動機機氣門啟閉閉的實實例，，凸輪旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)推動動從動動桿件往復(fù)復(fù)移動動，桿桿件再通過過搖臂臂壓迫迫氣閥開啟啟，氣氣閥的的關(guān)閉靠彈彈簧作作用。。氣閥的開開啟、、關(guān)閉閉時間決定定凸輪輪的輪輪廓曲線。。圖4-11為機機床床床頭箱變速速的操操作機機構(gòu)。。兩組多多聯(lián)齒齒輪在在變速時各各只有有一個個進入傳動動鏈作作用，，共有六種種組合合，圓圓柱凸輪上上有兩兩組曲曲線對應(yīng)控控制兩兩組齒齒輪，在在曲線線的不不同位置組組合對對應(yīng)六六種齒輪組組合狀狀態(tài)，，圓柱凸輪輪與控控制手手柄相連，，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)手柄柄轉(zhuǎn)到不同同的位位置則則對應(yīng)某一一速度度檔位位。圖4-12為自自動車床刀刀架進進給的機械控控制機構(gòu)。圖4-13為包包裝機上紙盒盒折疊成形機構(gòu)構(gòu)應(yīng)用凸輪的例例子。圖4-14、圖圖4-15為另另外兩個個凸輪在機機械設(shè)備上的應(yīng)應(yīng)用實例。二、連桿桿機構(gòu)往復(fù)運動動的常用用連桿機機構(gòu)主要要有曲柄滑塊塊機構(gòu)、曲柄搖塊塊機構(gòu)和曲柄搖桿桿機構(gòu)，分別可可實現(xiàn)往往復(fù)直線線運動和和擺動。。如圖4-16所所示，曲曲柄滑塊塊機構(gòu)將將來自曲曲柄1的的連續(xù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換換為滑塊塊3的直直線往復(fù)復(fù)運動。。反過來，若滑滑塊3作作為原動動件，曲曲柄滑塊塊機構(gòu)可可用于將將直線移移動轉(zhuǎn)化化為曲柄柄1的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。如圖4-17所所示的曲曲柄搖桿桿機構(gòu)，，來自曲曲柄1的的轉(zhuǎn)動通通過機構(gòu)構(gòu)轉(zhuǎn)換為為搖塊3的擺動動及桿2的伸縮縮。若以桿2的伸縮縮作源驅(qū)驅(qū)動，則則可獲得得桿1的的轉(zhuǎn)動和和搖塊3的擺動動。在具體產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計計應(yīng)用實實踐中，，應(yīng)根據(jù)據(jù)具體情情況靈活活運用基基本機構(gòu)原理。。下面介介紹幾個個具體應(yīng)應(yīng)用實例例。圖4-18的汽汽車車門門啟閉機機構(gòu)本質(zhì)質(zhì)為一曲曲柄滑塊塊機構(gòu)，，但是車門相當(dāng)于曲柄滑塊機構(gòu)中的連桿。氣缸推動與活塞桿鉸接的角形擺桿3繞固定銷軸A轉(zhuǎn)動，滑塊C在滑到內(nèi)移動，作為連桿的車門作平面運動，由關(guān)閉位置到開啟位置。圖4-19為一一種新型型曲柄滑塊往往復(fù)活塞塞式車用空壓機機。該機機無連桿，用以以短圓柱柱形滑塊將曲柄柄與活塞塞相連，滑塊塊隨曲軸軸旋轉(zhuǎn)，同時時在活塞塞上的圓筒形導(dǎo)導(dǎo)軌上滑滑動，迫使活塞塞作往復(fù)復(fù)運動。。圖4-20的手手搖唧筒筒機構(gòu)采用用的機構(gòu)構(gòu)屬于曲柄滑滑塊機構(gòu)構(gòu)的變種，是是將滑塊塊作為機架，，也稱之之為曲柄滑塊塊導(dǎo)桿機機構(gòu)。圖4-21載重重汽車的的自卸結(jié)結(jié)構(gòu)為曲曲柄搖塊塊機構(gòu)的的反作用用，以連連桿（液液壓缸））為驅(qū)動動源，曲曲柄（車廂））為執(zhí)行行構(gòu)件。。圖4-22的自自動送料料機構(gòu)采采用標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)曲柄滑滑塊機構(gòu)構(gòu)實現(xiàn)。。圖4-23縫紉紉機的腳腳踏機構(gòu)就就是典型型的曲柄搖桿桿機構(gòu)應(yīng)應(yīng)用實例，踏踏板搖擺擺驅(qū)動曲柄桿桿轉(zhuǎn)動，，再通過固連連于曲柄柄桿上的皮帶帶輪驅(qū)動動縫紉機運動動。圖4-24的插插齒機傳動系系統(tǒng)采用曲柄搖搖桿機構(gòu)實現(xiàn)插插齒刀的往復(fù)直直線運動。圖4-25所示示機械式式氣壓測測量表采采用串接接在一起起的曲柄柄滑塊機機構(gòu)和曲曲柄搖塊塊機構(gòu)構(gòu)構(gòu)成多桿桿復(fù)合機構(gòu)實實現(xiàn)測量量壓力功功能。圖4-26的汽汽車刮水水雨刷裝置，，為座六六桿雙機構(gòu)1-2-3-4-5-6構(gòu)成的六連桿桿機構(gòu)帶帶動由6-7-8-9組成的的四連桿桿機構(gòu)運動動。兩個個刮水板擺桿分分別與B0、F處的軸固連連。主動動件2回回轉(zhuǎn)時通過過桿3、、4使桿桿6擺動，通通過桿7、8使使右邊的刮刮水板同同步擺動。圖4-27的縫縫紉機針針桿導(dǎo)引裝置置采用一一個復(fù)雜的七桿桿機構(gòu)，，該機構(gòu)從原理理上屬于于0自由度機構(gòu)構(gòu)。這個個機構(gòu)能夠工作作的前提提是，鉸鏈C的的運動軌軌跡曲線與直線線導(dǎo)路間間的偏差應(yīng)在移移動桿運運動副間隙范圍圍內(nèi)。三、其他他往復(fù)運運動機構(gòu)構(gòu)很多產(chǎn)品品上采用齒輪齒齒條傳動機構(gòu)。。用齒輪座主動動件，則齒條相相對于齒輪作直直線運動，齒條條長度有限，齒齒條的運動為往往復(fù)運動；反之之，齒條作主動動件，則齒輪作作擺動，如圖圖4-28所示。如圖4-29所所示，在在這種氣動機機械手結(jié)結(jié)構(gòu)中，下面面的兩個個氣缸往復(fù)運動動，通過過齒條帶動齒輪輪，使機機械手整體擺動動；上面面的汽缸伸縮驅(qū)驅(qū)動機械械手指擺動，完完成夾、、放動作。4.3、、間歇運運動機構(gòu)構(gòu)按運動方方式劃分分，常用用間歇運運動可分分為間歇直線線運動和間歇轉(zhuǎn)動兩種。間歇轉(zhuǎn)動動獲得比比較方便便，槽輪輪機構(gòu)棘棘輪機構(gòu)構(gòu)、圓柱柱分度凸凸輪機構(gòu)等都可可以可靠靠地實現(xiàn)現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，甚甚至還可可以使用用步進電電機等通過合理理的控制制方式實實現(xiàn)。直接能夠夠?qū)崿F(xiàn)間間歇直線線運動的的機構(gòu)幾幾乎沒有有，因此此通常通通過一定的傳動動方式將將間歇轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換換為直線線間歇運運動。如如直線式式自動生產(chǎn)線，，通常由由槽輪機機構(gòu)帶動動鏈輪，，利用鏈鏈傳動，，在鏈條條上獲得直線間間歇運動動。一、槽輪輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)構(gòu)也稱馬馬耳他機機構(gòu)，是是分度、、轉(zhuǎn)位步步進、間間歇傳動動中應(yīng)用最普遍遍的一種種機構(gòu)，，特別是是在分工工序進行行作業(yè)的的自動機機、自動生產(chǎn)線線中廣泛泛采用槽槽輪機構(gòu)構(gòu)作為運運動的基基礎(chǔ)傳動動機構(gòu)。。如圖4-30所所示，槽槽輪機構(gòu)由槽槽輪和驅(qū)驅(qū)動輪組成。槽槽輪機構(gòu)構(gòu)可實現(xiàn)將連續(xù)續(xù)運動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為間歇旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運動，，轉(zhuǎn)臂脫離輪槽槽的行程程越長，間歇歇的時間間比例越大；槽槽輪上開開槽越多，間歇歇頻率越越高，在圓周內(nèi)內(nèi)實現(xiàn)分分度位置越多。。圖4-30所示示的外槽槽輪是槽槽輪機構(gòu)構(gòu)的最簡簡單和基基本形式式。圖4-31為內(nèi)內(nèi)槽輪的的結(jié)構(gòu)，其其工作原原理與外槽輪輪相似。。外槽輪主主要用于于轉(zhuǎn)速較較高、間間歇短及及機構(gòu)負負荷比較較重的場場合。內(nèi)槽輪機機構(gòu)運動動內(nèi)沖擊擊小、動動力性能能好，適適于要求求運轉(zhuǎn)平平穩(wěn)的場合。特特殊槽輪輪主要用用于對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、停時時間比例例有特殊殊要求及及不等速間歇轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動等場場合。圖4-32為一一種球面面槽輪，，其轉(zhuǎn)動動與間歇歇時間相相等。圖4-33、圖圖4-34所示示的兩種種多銷外外槽輪動動停比為為1。轉(zhuǎn)臂脫離離槽輪期期間，槽輪處于于停止?fàn)顮顟B(tài)時，也是是自由狀狀態(tài)。對于定位位精度要要求較高或存在在擾動載載荷的場合，需需考慮槽槽輪的定位問題題。圖4-35為兩種配合合槽輪使使用的常用定位位機構(gòu)。。下面介紹紹一些槽槽輪在實實踐中的的應(yīng)用實實例。圖4-36為槽槽輪在齒齒輪磨床床上的應(yīng)應(yīng)用，槽槽輪機構(gòu)構(gòu)用于磨磨齒分度度運動。分度度時，電電機17的轉(zhuǎn)動動經(jīng)齒輪輪16、、15和和蝸桿2、蝸輪輪3使凸凸輪5轉(zhuǎn)動動，抬起起滾子6和杠桿桿8，將將定位齒齒塊9從從分度盤盤10中中拔出。。滾子6在在凸輪5表面滑滑動，凸凸輪5上上的拔銷銷4帶動動槽輪12回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，經(jīng)交換齒輪輪及齒輪輪13、、14和和分度盤盤10，，使工件件11轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過一個個齒。凸凸輪5轉(zhuǎn)過過180度后，，槽輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過1/6轉(zhuǎn)，，定位齒齒塊9在在彈簧7作用下下重新插入分分度盤10的定定位槽中中。至此此，完成成一個齒齒的分度度。圖4-37為一一種采用用槽輪機構(gòu)的的重型回回轉(zhuǎn)臺。。動力由驅(qū)驅(qū)動軸1經(jīng)蝸桿桿5同時傳傳遞給蝸蝸輪2及及15，兩兩蝸輪分分別帶動動驅(qū)動臂14與凸凸輪3，，凸輪3經(jīng)過過滾子4控制定定位鎖栓6，當(dāng)6脫開工工作臺時，，驅(qū)動臂臂帶動驅(qū)動銷13使槽槽輪分度度經(jīng)齒輪傳傳動工作作臺轉(zhuǎn)位。圖4-38為錄錄音磁帶帶盒自動動包裝機機中使用用的內(nèi)槽槽輪步進進輸送機機構(gòu)。動動力傳給給曲柄5，帶動動內(nèi)槽輪4，經(jīng)經(jīng)齒輪3使回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤2作作間歇回回轉(zhuǎn)。二、棘輪輪機構(gòu)棘輪機構(gòu)構(gòu)有棘輪輪和棘爪爪組成，，如圖4-39。棘輪機構(gòu)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡簡單、加加工制造造方便、、工作可可靠、應(yīng)應(yīng)用很廣廣。為防止棘輪輪逆轉(zhuǎn)，，棘爪上上安裝有有彈簧，，常見棘棘輪機構(gòu)構(gòu)有外嚙合、內(nèi)嚙合兩種。當(dāng)棘輪作作為主動動件時，，棘輪機機構(gòu)為單單向轉(zhuǎn)動動機構(gòu)。。通常棘棘輪機構(gòu)由棘爪爪驅(qū)動，，棘輪實實現(xiàn)單向向間歇轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。圖4-40為棘棘輪機構(gòu)的常常見驅(qū)動方式。。圖4-41為幾幾種較特特殊的棘棘爪形式式。圖4-42為棘棘輪機構(gòu)構(gòu)用于射砂砂自動線線澆鑄和輸送送裝置的的實例。工作作時，氣氣缸使帶有棘棘爪8的的擺桿10擺動動一定角角度，棘爪推動動棘輪9及與之固連的的輸送輥輥11轉(zhuǎn)過一定定角度，，輸送帶完成成一次步步進。圖4-43為一一棘輪驅(qū)動的的回轉(zhuǎn)工作臺，，適于從下向上上的裝配操縱，，工作速度達每每小時2400次。圖4-44為一一種適合于加加工、組裝等作作業(yè)自動機或生生產(chǎn)線的啟動棘棘輪步進傳送機機構(gòu)。其中，氣氣缸通過齒條、、齒輪驅(qū)動棘輪輪機構(gòu)間歇運動動，棘輪再場將將運動傳給同軸軸鏈輪，從而而使固于鏈條條上的的工件存放放架進進行間歇直直線移移動。。圖4-45為另另一種種常見于于輕工工、包包裝自動動生產(chǎn)產(chǎn)線的的直線轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位機機構(gòu)。。其中，，氣缸缸為驅(qū)驅(qū)動源，，棘輪輪4上上有摩擦止止回裝裝置，，鏈輪系系統(tǒng)有有尼龍龍張緊滾滾輪。。三、針針輪機機構(gòu)針輪機機構(gòu)由由針輪輪和星星輪組組成，，如圖圖4-46所示示。沿沿圓周周裝有有針銷銷的稱稱為針針輪，，具有有擺線線齒廓廓的稱稱為星星輪。。一般般情況況下，，針輪輪是機機構(gòu)的的主動動件，，作等等速連連續(xù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，，星輪輪作間間歇運運動。針輪機機構(gòu)有有內(nèi)嚙嚙合型型和外嚙嚙合型型之分分，常常見外嚙嚙合型型針輪輪的種種類如圖圖4-46所示示。針輪機機構(gòu)運運轉(zhuǎn)平平穩(wěn)、、可靠靠，在在很多多涉及及瓶、、灌類類自動動生產(chǎn)產(chǎn)線上上使用針針輪機機構(gòu)實實現(xiàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位，，如啤啤酒、、飲料料罐裝裝機和和筒、、罐類類貼標(biāo)標(biāo)機等。。圖4-47為使使用星輪實實現(xiàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位的筒形形容器器加蓋機構(gòu)構(gòu)。圖4-48為一一利用星輪輪的分分度工作裝裝置的的送料機構(gòu)構(gòu)。四、不不完全全齒輪輪機構(gòu)構(gòu)不完全全齒輪輪機構(gòu)構(gòu)也稱稱欠齒齒輪機機構(gòu)，，由一一對特特殊設(shè)設(shè)計、、加工工的齒齒輪組成成，如如圖4-49所所示。。不完全全齒輪輪機構(gòu)構(gòu)分為為內(nèi)嚙嚙合和和外嚙嚙合兩兩種類類型。。圖4-49所所示的的外嚙合合機構(gòu)構(gòu)，主主動輪輪轉(zhuǎn)一一周，，從動動輪反反向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)90度后后停歇歇，即即傳動輪一一周有有四次次停歇歇；圖圖中的的內(nèi)嚙嚙合型型機構(gòu)構(gòu)，主主動輪輪上有有兩個個齒，主主動齒齒轉(zhuǎn)半半周，，從動動輪同同向轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)45度，，即傳傳動輪輪每周周有八八次停歇。。不完全全齒輪輪機構(gòu)構(gòu)上設(shè)置緩緩沖裝裝置可可改變其首首、末末齒嚙嚙合時的嚙合能逐漸加速和逐漸減速，特別是在傳動速度高或傳動平穩(wěn)性要求較高時，圖4-50為兩種常用的緩沖裝置。圖4-51所示示結(jié)構(gòu)構(gòu)為采用不不完全全齒輪輪機構(gòu)驅(qū)動動的間間歇回回轉(zhuǎn)工作臺臺，結(jié)結(jié)構(gòu)簡簡單，但但精度度不高高，只能用用于輕輕載作作業(yè)。。圖4-52為一一種采用不不完全全齒輪的分分度裝裝置。。五、圓圓柱分分度凸凸輪機機構(gòu)圓柱分分度凸凸輪運運動精精度高高、運運動