其他常用机构（Others Mechanism）

间歇运动机构的结构和工作原理

间歇运动机构是一种能够将原动件的连续运动转换成从动件周期性运动和停歇的机构。这种机构在各种机械系统中有着广泛的应用，如印刷机、包装机、纺织机械等。常见的间歇运动机构包括棘轮机构、槽轮机构、凸轮间歇运动机构和不完全齿轮机构。

凸轮间歇运动机构

结构

由凸轮和转位拨销组成。凸轮的特殊轮廓设计使从动件按照需要的间歇方式运动。

工作原理

当凸轮转动时，通过其曲线沟槽拨动从动转盘上的滚子，从而使得转盘作间歇运动。

应用

常用于包装机械中的分度机构，用于间歇输送物料。

优缺点：

优点：运动可靠，平稳，运动规律任意，适用于高速间歇运动。
缺点：设计复杂，制造成本较高。

棘轮机构

棘轮机构通过棘轮和棘爪的组合，将连续的往复运动转换为单向的间歇运动。其结构简单、制造方便、运动可靠，但工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差。棘轮机构广泛应用于各种机械中，如机床、自动机、自行车、千斤顶等，用于间歇送进、制动和超越等功能。

1. 结构

棘轮机构主要由以下几部分组成：

棘轮：通常是一个扁平的圆盘状零件，其周边均匀分布有V形或U形的齿。
棘爪：与棘轮的齿接触的零件，通常是一个弯曲的金属片或V形弹片，扇形地布置在棘轮周围。
主动摆杆：运动输入构件，通常与棘爪相连。
止回棘爪：用于防止棘轮反向转动。
机架：用于固定和支撑整个机构。

2. 工作原理

单动式棘轮机构

当主动摆杆顺时针摆动时，驱动棘爪插入棘轮的齿槽中，推动棘轮转过一定角度。

当主动摆杆逆时针摆动时，驱动棘爪在棘轮的齿背上滑过，棘轮静止不动。

这样，当主动摆杆作连续的往复摆动时，棘轮便得到单向的间歇转动。

双动式棘轮机构

在主动摇杆向两个方向往复摆动的过程中，分别带动两个棘爪，两次推动棘轮转动。适用于载荷较大、棘轮尺寸受限、齿数较少，而主动摆杆的摆角小于棘轮齿距的场合。

双向式棘轮机构：

通过改变棘爪的摆动方向，实现棘轮两个方向的转动。必须采用对称齿形。

3. 优缺点

优点

结构简单：制造方便，运动可靠。
传动比稳定：不受外部干扰影响，稳定性高。
传动效率高：由于棘轮和棘爪的接触面积较大，摩擦力较小。
冲击吸收能力强：具有极高的刚性和强度，能够承受较大的冲击力和惯性力。
可逆性：可以实现正传和反传，提高了机构的灵活性和多功能性。

缺点

运动精度不高：由于棘轮的齿数有限，运动精度不如其他传动机构高。
噪音较大：工作时会产生较大的噪音和振动。
磨损较快：需要经常进行润滑和维护，以延长使用寿命。
体积较大：占用空间较多，不适用于空间有限的场合。

4. 应用实例

间歇送进：

例如牛头刨床，刨刀需作连续往复直线运动，工作台作间歇移动。当曲柄转动时，经连杆带动摇杆作往复摆动；摇杆上装有双向棘轮机构的棘爪，棘轮与丝杠固连，棘爪带动棘轮作单方向间歇转动，从而使螺母（即工作台）作间歇进给运动。

制动：

例如杠杆控制的带式制动器，制动轮与外棘轮固结，棘爪铰接于制动轮上。制动轮按逆时针方向自由转动，棘爪在棘轮齿背上滑动；若该轮向相反方向转动，则制动轮被制动。

超越：

例如棘轮机构可以用来实现快速超越运动。运动由蜗杆传到蜗轮，通过安装在蜗轮上的棘爪驱动棘轮固连的输出轴按图示方向慢速转动。当需要轴快速转动时，可按输出轴的方向快速转动输出轴上的手柄，这时由于手动转速大于蜗轮转速，所以棘爪在棘轮齿背滑过，从而在蜗轮继续转动时，可用快速手动来实现输出轴超越蜗轮的运动。

槽轮机构

槽轮机构通过主动拨盘和从动槽轮的配合，将连续的转动转换为间歇的转动。其结构简单、工作可靠、机械效率高，但存在柔性冲击，适用于速度不太高的场合。槽轮机构在电影放映机、单轴六角自动车床转塔刀架等设备中有广泛应用。

1. 结构

槽轮机构主要由拨盘、槽轮和机架组成。拨盘是一个圆盘，其外缘上有一个或多个拔销。槽轮是一个具有径向槽的轮子，槽数通常与拨盘上的拔销数量相匹配。机架用于支撑拨盘和槽轮，并保持他们之间的相对位置。

当拨盘转动时，拔销会依次进入槽轮的径向槽中，推动槽轮间歇性地转动。槽轮的转动角度和停歇时间可以通过调整拨盘上的拔销数量和位置，以及槽轮上的槽的形状和分布来控制。整个机构的结构相对紧凑，动作也比较平稳。

槽轮机构有外槽轮机构（external Geneva mechanism）和内槽轮机构（internal Geneva mechanism）之分。它们均用于平行轴间的间歇传动，但前者槽轮与拨盘转向相反，而后者则转向相同。外槽轮机构应用比较广泛。

2. 工作原理

外槽轮机构：

当主动拨盘1回转一周时，槽轮2的运动时间与主动拨盘转一周的总时间之比，称为槽轮机构的运动系数，并以k表示，即：k=槽轮的运动时/主动拨盘转一周的总时间，为了避免圆销A和径向槽发生刚性冲击，圆销刚开始进入或脱出径向槽的瞬时，其线速度方向应沿着径向槽的中心线。槽轮槽间角为：θ=360°z其中，z为槽轮的槽数。设槽轮有z个均布槽，则：k=1/z。如果在拨盘1上均匀地分布n个圆销，则当拨盘转动一周时，槽轮将被拨动n次，故运动系数是单销的n倍，即：k=n/z

内槽轮机构：

对于单销内槽轮机构，其运动系数为：k=1−1/z，显然k>0.5。

3. 优缺点

优点：

结构简单：外形尺寸小，机械效率高。
工作可靠：能较平稳地、间歇地进行转位。
制造与装配精度要求高：转角大小不能调节，但运动精度较高。

缺点：

存在柔性冲击：传动时存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。
制造与装配精度要求高：需要高精度的制造和装配，以确保运动的平稳性和精度。

4. 应用实例

电影放映机：电影放映机中的拨片机构采用外槽轮机构，用于逐帧移动胶片。
单轴六角自动车床转塔刀架：转塔刀架的转位机构采用槽轮机构，用于实现刀具的间歇转位。
不等臂长的多销槽轮机构：在某些机械中，需要实现几个运动时间和停歇时间均不相同的运动要求时，可以采用不等臂长的多销槽轮机构。其径向槽的径向尺寸不同，拨盘上圆销的分布也不均匀。
球面槽轮机构：当需要在两相交轴之间进行间歇传动时，可采用球面槽轮机构。其从动槽轮呈半球形，主动拨轮的轴线及拨销的轴线均通过球心。该机构的工作过程与平面槽轮机构相似。主动拨轮上的拨销通常只有一个，槽轮的动、停时间相等。如果在主动拨轮上对称地安装两个拨销，则当一侧的拨销由槽轮的槽中脱出时，另一拨销进入槽轮的另一相邻的槽，故槽轮连续转动。

不完全齿轮机构

不完全齿轮机构通过主动轮和从动轮的间歇啮合，实现从动轮的间歇运动。其结构简单、制造容易、工作可靠，但存在较大的冲击，适用于低速、轻载的场合。不完全齿轮机构在电影放映机、计数器、蜂窝煤饼压制机、乒乓球拍周缘铣削加工机床等设备中有广泛应用。

1. 结构

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。其主要结构包括：

主动轮

通常只保留一个或几个齿，其余部分为外凸锁止弧。

从动轮

上有与主动轮轮齿相应的齿间与内凹锁止弧相间布置。

锁止弧

用于在主动轮和从动轮脱离啮合时，保持从动轮静止不动。

2. 工作原理

外啮合式不完全齿轮机构：

当主动轮的有齿部分与从动轮轮齿结合时，推动从动轮转动。
当主动轮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。

内啮合式不完全齿轮机构：

与外啮合式类似，但主动轮和从动轮的齿形和锁止弧的设计有所不同，适用于不同的应用场景。

3. 优缺点

优点：

结构简单：制造容易，工作可靠。
设计灵活：从动轮的运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。
传递力大：从动轮的运动较为平稳，承载能力较强。

缺点：

冲击较大：从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大冲击，一般只用于低速、轻载场合。
加工复杂：需要高精度的制造和装配，以确保运动的平稳性和精度。

4. 应用实例

电影放映机：用于逐帧移动胶片的机构。
计数器：用于实现间歇进给，确保计数的准确性。
蜂窝煤饼压制机：用于转位机构，实现间歇转位。
乒乓球拍周缘铣削加工机床：用于实现间歇进给，确保加工的精度。
多工位自动机和半自动机工作台：用于间歇转位，提高生产效率。

螺旋机构的结构形式和传动特点

螺旋机构通过螺杆和螺母的相对运动，将旋转运动转换为直线运动，或反之。其结构简单、传动精度高、平稳性好，适用于多种应用场景。螺旋机构的自锁特性和较高的传动效率使其在机械工程、自动化生产线、舞台装置等领域有广泛的应用。

1. 结构形式

螺旋机构主要由螺杆、螺母和机架组成。根据螺杆和螺母的相对运动关系，螺旋机构可以分为以下几种基本形式：

螺母固定、丝杆转动并移动：螺母固定不动，螺杆旋转并沿轴向移动。这种形式常用于需要精确控制位移的场合。
丝杆转动、螺母移动：螺杆旋转，螺母沿轴向移动。这种形式广泛应用于各种机械中，如机床的进给机构。
螺母转动、丝杆移动：螺母旋转，螺杆沿轴向移动。这种形式常用于需要较大位移的场合，如千斤顶。
丝杆固定、螺母转动并移动：螺杆固定不动，螺母旋转并沿轴向移动。这种形式常用于需要精确控制转角的场合。

2. 传动特点

螺旋机构具有以下传动特点：

传动精度高：螺旋机构的传动精度通常比其他机械传动方式更高。这是因为螺旋机构的运动和力传递主要依赖于螺纹的形状和相互作用，而这种形状和相互作用在制造过程中可以进行精确的控制和调整。
平稳性好：由于螺旋机构的运动和力传递是在两个相对旋转的螺纹之间进行的，因此其运动过程相对平稳，产生的噪音和振动也相对较小。
结构简单：螺旋机构的结构相对简单，主要由螺杆和螺母两个部件组成。这使得其制造成本较低，同时也便于维护和修理。
轴向承载能力强：螺旋机构的传动力矩由螺旋齿的轴向力完成传递，因此能够承受较大的轴向力。这使得螺旋机构在需要承受大的轴向载荷的工况中具有优势，如起重机械、挤压机等。
自锁作用：螺旋机构具有自锁现象，即在无外力作用时可以保持静止。这使得螺旋机构在需要防止负载回转的应用中非常适用，如千斤顶、手动机械等。
传动效率高：螺旋机构由于无滑动、无振动，铰链点动力的浪费非常小，因此传输效率较高。通常，螺旋机构的传动效率可以达到90%以上。
传动比可调：螺旋机构的传动比可以通过改变螺旋齿的角度或螺旋线的距离来调整。这使得螺旋机构在需要变速的应用中具有优势。

3. 应用实例

螺旋机构在多个领域有广泛的应用，包括但不限于：

自动化生产线：用于推拉、定位和紧固操作。例如，螺旋机构可以用来控制工件在装配线上的定位，以及在装配过程中的推拉和紧固。
机械工程：用于转换运动方向和调整线性运动的距离。例如，螺旋机构可以用于调节机械设备的输送带高度、工作台高低等。此外，螺旋机构还可以用于实现精确的位置调整和自动化控制。
舞台装置：用于控制舞台的升降和移动，实现精确的舞台效果。
千斤顶：用于提升重物，利用螺旋机构的自锁特性，确保重物在提升后保持静止。
手动机械：用于各种手动工具和设备，如手动压床、手动夹具等，利用螺旋机构的自锁特性，确保操作的安全性和可靠性。

普通螺旋机构

普通螺旋机构是一种常见的机械传动装置，通过螺杆和螺母的相对运动实现旋转运动和直线运动的转换。其结构简单、传动精度高、平稳性好，适用于多种应用场景。普通螺旋机构的自锁特性和较高的传动效率使其在机械工程、自动化生产线、舞台装置等领域有广泛的应用。

1. 结构形式

普通螺旋机构主要由以下几部分组成：

螺杆：带有螺旋槽的圆柱体，通常作为主动件。
螺母：与螺杆配合的内螺纹件，通常作为从动件。
机架：用于固定和支撑螺杆和螺母，确保其正确运动。

根据螺杆和螺母的相对运动关系，普通螺旋机构可以分为以下几种基本形式：

螺母固定、螺杆转动并移动：螺母固定不动，螺杆旋转并沿轴向移动。这种形式常用于需要精确控制位移的场合，如微调机构。
螺杆转动、螺母移动：螺杆旋转，螺母沿轴向移动。这种形式广泛应用于各种机械中，如机床的进给机构、千斤顶等。
螺母转动、螺杆移动：螺母旋转，螺杆沿轴向移动。这种形式常用于需要较大位移的场合，如螺旋输送机。
螺杆固定、螺母转动并移动：螺杆固定不动，螺母旋转并沿轴向移动。这种形式常用于需要精确控制转角的场合，如精密测量仪器。

2. 传动特点

普通螺旋机构具有以下传动特点：

传动精度高：螺旋机构的传动精度通常比其他机械传动方式更高。这是因为螺旋机构的运动和力传递主要依赖于螺纹的形状和相互作用，而这种形状和相互作用在制造过程中可以进行精确的控制和调整。
平稳性好：由于螺旋机构的运动和力传递是在两个相对旋转的螺纹之间进行的，因此其运动过程相对平稳，产生的噪音和振动也相对较小。
结构简单：螺旋机构的结构相对简单，主要由螺杆和螺母两个部件组成。这使得其制造成本较低，同时也便于维护和修理。
轴向承载能力强：螺旋机构的传动力矩由螺旋齿的轴向力完成传递，因此能够承受较大的轴向力。这使得螺旋机构在需要承受大的轴向载荷的工况中具有优势，如起重机械、挤压机等。
自锁作用：螺旋机构具有自锁现象，即在无外力作用时可以保持静止。这使得螺旋机构在需要防止负载回转的应用中非常适用，如千斤顶、手动机械等。
传动效率高：螺旋机构由于无滑动、无振动，铰链点动力的浪费非常小，因此传输效率较高。通常，螺旋机构的传动效率可以达到90%以上。
传动比可调：螺旋机构的传动比可以通过改变螺旋齿的角度或螺旋线的距离来调整。这使得螺旋机构在需要变速的应用中具有优势。

3. 应用实例

普通螺旋机构在多个领域有广泛的应用，包括但不限于：

机床：用于进给机构，实现刀具的精确进给。例如，车床的纵向和横向进给机构。
千斤顶：用于提升重物，利用螺旋机构的自锁特性，确保重物在提升后保持静止。
螺旋输送机：用于物料的输送，通过螺母的旋转带动螺杆移动，实现物料的连续输送。
微调机构：用于需要精确调整位置的场合，如光学仪器的微调装置。
手动工具：用于各种手动工具和设备，如手动压床、手动夹具等，利用螺旋机构的自锁特性，确保操作的安全性和可靠性。

差动螺旋机构

差动螺旋机构通过两个导程不同的螺旋副，实现极小的位移和高精度的调整。其结构简单，传动精度高，适用于需要微调的精密机械和测量仪器。差动螺旋机构的移动方向和距离可以通过公式计算，具体取决于螺纹的旋向和导程。

1. 结构形式

差动螺旋机构由两个螺旋副组成，通常包括一个固定螺母、一个活动螺母和一个螺杆。其结构形式如下：

固定螺母：固定在机架上，不移动。
活动螺母：可以在机架的导向槽内移动，但不能回转。
螺杆：与固定螺母和活动螺母分别形成两个螺旋副，螺杆转动时，两个螺旋副产生不同的运动。

2. 传动特点

极小的位移：通过两个导程不同的螺旋副，可以实现极小的位移。具体来说，当螺杆转动一周时，活动螺母的实际移动距离为两个螺旋副导程之差或之和，具体取决于螺纹的旋向。

旋向相同或相反：

旋向相同：当两个螺旋副的旋向相同时，活动螺母的移动距离为两个导程之差。例如，固定螺母的导程为 (a)，活动螺母的导程为 (b)，则活动螺母的实际移动距离为 (a - b)。
旋向相反：当两个螺旋副的旋向相反时，活动螺母的移动距离为两个导程之和。例如，固定螺母的导程为 (a)，活动螺母的导程为 (b)，则活动螺母的实际移动距离为 (a + b)。

移动方向的确定：

旋向相同：活动螺母的移动方向与螺杆的移动方向相同，当固定螺母的导程大于活动螺母的导程时；反之，活动螺母的移动方向与螺杆的移动方向相反。
旋向相反：活动螺母的移动方向与螺杆的移动方向相同。

计算公式：

活动螺母的实际移动距离 (L) 可以用以下公式表示：L = N（Ph1±Ph2）

其中：(L) 为活动螺母的实际移动距离（mm）；(N) 为螺杆的回转圈数；(Ph1) 为固定螺母的导程（mm）；(Ph2) 为活动螺母的导程（mm）；当两螺纹旋向相同时，公式中用 (-) 号；当两螺纹旋向相反时，公式中用 (+) 号。

3. 应用实例

精密测量仪器：用于测微器、分度机等精密测量仪器中，实现高精度的位移调整。
精密机械：用于精密机床的微量进给机构，实现微米级的进给调整。
夹具和锁紧装置：用于快速夹紧的夹具及锁紧装置中，实现快速夹紧和释放。
螺旋升降机构：用于螺旋升降机构中，实现平稳的升降运动，并且具有较大的传动力。

复式螺旋机构

复式螺旋机构通过两个旋向不同的螺旋副，实现快速移动或高精度微调。其结构紧凑、传动效率高，适用于需要快速调整和高精度微调的场合。复式螺旋机构在车辆联接、自动机械和测量仪器中有广泛应用。

1. 定义

复式螺旋机构（compound screw mechanism）是由旋向不同的两个螺旋副组成的螺旋机构。这种机构可以实现快速移动或调整，因此也被称为倍速机构。

2. 结构形式

螺杆：带有两段不同旋向或不同导程的螺纹。
活动螺母：可以在机架的导向槽内移动，但不能回转。
固定螺母：固定在机架上，不移动。
机架：用于固定和支撑螺杆和螺母，确保其正确运动。

3. 工作原理

旋向相反：当两个螺旋副的螺纹旋向相反时，活动螺母的移动距离为两个导程之和。例如，固定螺母的导程为 (a)，活动螺母的导程为 (b)，则活动螺母的实际移动距离为 (a + b)。这种机构适用于快速移动的场合。
旋向相同：当两个螺旋副的螺纹旋向相同时，活动螺母的移动距离为两个导程之差。例如，固定螺母的导程为 (a)，活动螺母的导程为 (b)，则活动螺母的实际移动距离为 (a - b)。这种机构适用于微调的场合。

4. 传动特点

快速移动：由于活动螺母的移动距离为两个导程之和，复式螺旋机构可以实现快速移动，适用于需要快速调整的场合。
高精度：当旋向相同时，活动螺母的移动距离为两个导程之差，可以实现高精度的微调。
结构紧凑：复式螺旋机构的结构相对紧凑，适用于空间有限的场合。
传动效率高：复式螺旋机构的传动效率较高，适用于需要高效传动的场合。

5. 应用实例

车辆的联接：用于车辆的联接装置，实现快速的连接和分离。
自动机械：用于多工位、多工序的自动机和半自动机工作台的间歇转位，以及计数机构和某些间歇进给机构中。
测量仪器：用于需要高精度微调的测量仪器，如螺旋测微器、微调镗刀等。

螺旋机构的自锁条件和效率计算方法

螺旋机构的自锁条件是螺旋升角α小于或等于摩擦角φ。效率计算主要考虑摩擦力的影响，通过螺旋升角和摩擦角的关系来计算。在实际应用中，如手摇螺旋千斤顶和螺旋输送装置，这些条件和计算方法确保了螺旋机构的可靠性和高效性。

1. 自锁条件

螺旋机构的自锁条件是指在某些情况下，即使施加较大的外力，螺旋机构也不会发生反向运动。自锁现象主要由摩擦力引起。具体条件如下：

螺旋升角与摩擦角的关系：

螺旋机构的自锁条件是螺旋升角α小于或等于摩擦角 φ，即：α≤φ
摩擦角 φ 与摩擦系数 f 的关系为：φ=arctan(f)

因此，自锁条件可以表示为：α≤arctan(f)。这意味着，当螺旋升角α 小于或等于摩擦角 φ 时，螺旋机构将不会自行松脱，即使施加较大的外力。

2. 效率计算方法

螺旋机构的效率计算主要考虑摩擦力的影响。效率η可以通过以下公式计算：

效率公式：α是螺旋升角，φ是摩擦角

当螺旋机构在负载下匀速上升时，效率η 为：η=tan(α)/tan(α+φ)
当螺旋机构在负载下匀速下降时，效率η为：η=tan(α)/tan(α-φ)

具体计算步骤：

确定螺旋升角α：螺旋升角α可以通过螺距 (P) 和螺纹中径 (d) 计算：α=arctan(np/Πd)。其中，(n) 是螺纹线数，(P) 是螺距，(d) 是螺纹中径。
确定摩擦角 φ：摩擦角 φ与摩擦系数 f 的关系为：φ=arctan(f)。其中，f是螺纹接触面的摩擦系数。
计算效率 η：使用上述公式计算效率 η，并根据具体工况选择合适的公式。

3. 应用实例

手摇螺旋千斤顶：

在手摇螺旋千斤顶中，自锁条件为α≤φ。当满足这一条件时，千斤顶在负载下不会自行下降，确保了使用安全。

螺旋输送装置：

螺旋输送装置的效率可以通过实际输送量与理论输送量的比值来表示：效率=实际输送量/理论输送量 x 100%
理论输送量可以通过以下公式计算：理论输送量=ΠD²/4 x nLρ。其中，D是螺旋输送装置的直径，n是转速，L 是长度，ρ 是物料的密度。

视频讲解

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