《機械原理（英漢雙語）（第2版）》 課件 第7-9章 齒輪機構(gòu)及其設計、輪系及其設計、螺旋機構(gòu)、萬向聯(lián)軸器、間歇運動機構(gòu)

第7章凸輪機構(gòu)及其設計1.平面齒輪機構(gòu)(1)直齒圓柱齒輪機構(gòu)圖7-1為直齒圓柱齒輪機構(gòu)，各輪齒方向與齒輪的軸線平行。

7.1齒輪機構(gòu)的分類Fig.7-1Spurgears(直齒圓柱齒輪)Fig.7-2Helicalgears(斜齒圓柱齒輪)(2)斜齒圓柱齒輪機構(gòu)圖7-2為斜齒圓柱齒輪機構(gòu)，輪齒方向與其軸線方向有一傾斜角，稱為斜齒圓柱齒輪的螺旋角。Fig.7-3Herringbonegears(人字齒輪)(3)人字齒輪機構(gòu)圖7-3為人字齒輪機構(gòu),其齒形如人字，可看成由兩個螺旋方向相反的斜齒輪構(gòu)成。2.空間齒輪機構(gòu)(1)錐齒輪機構(gòu)錐齒輪的輪齒分布在圓錐體的表面上，兩齒輪的軸線相交。圖7-4a為直齒錐齒輪，圖7-4b為斜齒錐齒輪，圖7-4c為曲齒錐齒輪。

特點：直齒錐齒輪制造較為簡單，應用廣泛；斜齒錐齒輪的輪齒傾斜于圓錐母線，制造困難，應用較少；曲齒錐齒輪的輪齒為曲線形，傳動平穩(wěn)，適用于高速、重載傳動中，但制造成本較高。

Fig.7-4Bevelgears(錐齒輪)Fig.7-6Wormgears(蝸輪蝸桿)(2)交錯軸斜齒輪機構(gòu)圖7-5為交錯軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu)，其中的每一個齒輪都是斜齒圓柱齒輪。

(3)蝸桿傳動機構(gòu)蝸桿傳動通常用于兩垂直交錯軸之間的傳動，如圖7-6所示。Fig.7-5Crossedhelical

gears(交錯軸斜齒輪)1.齒廓嚙合的基本定律Fig.7-7Fundamentallawofgearing(齒廓嚙合的基本定律)7.2齒廓基本定律齒輪傳動是靠主動齒輪的齒廓推動從動齒輪的齒廓來實現(xiàn)的，圖7-7所示齒輪機構(gòu)中，O1、O2分別為兩齒輪的轉(zhuǎn)動中心。主動輪1與從動輪2的角速度比值稱為瞬時傳動比，用i12表示。i12=ω1/ω2，ω1和ω2分別為兩輪的角速度。如果節(jié)點P的位置是變動的，則為變傳動比齒輪機構(gòu)。這時節(jié)點在兩個齒輪的運動平面上的軌跡為非圓曲線，稱為節(jié)線，這種齒輪機構(gòu)稱為非圓齒輪機構(gòu)，如圖7-8所示的非圓齒輪機構(gòu)即為變傳動比齒輪機構(gòu)的示例。Fig.7-8Noncirculargears(非圓齒輪)2.共軛齒廓及齒廓曲線的選擇(1)共軛齒廓能滿足齒廓嚙合定律的一對齒廓稱為共軛齒廓。

(2)齒廓曲線的選擇給出一個齒輪的齒廓曲線，可根據(jù)齒廓嚙合的基本定律求出與之共軛的另一個齒輪的齒廓曲線。實際中選擇齒廓曲線時除了滿足給定傳動比的要求外，還應考慮設計、制造、測量、安裝、互換性和強度等方面的問題。漸開線齒廓能夠較為全面地滿足上述幾方面的要求，因此漸開線是定傳動比齒輪傳動中最常用的齒廓曲線，此外擺線和圓弧曲線也有應用。1.漸開線的形成、特性及漸開線方程(1)漸開線的形成如圖7-9所示，當一直線L沿半徑為rb的圓的圓周作純滾動時，直線L上任意一點K的軌跡AK稱為該圓的漸開線，簡稱漸開線；這個圓稱為漸開線的基圓，其半徑用rb表示；直線L稱為漸開線的發(fā)生線；A為漸開線在基圓上的起始點；角θK(∠AOK)稱為漸開線AK段的展角。

7.3漸開線齒廓及其嚙合特點Fig.7-9Developmentofthe

involute(漸開線的形成)(2)漸開線的特性1)發(fā)生線沿基圓作純滾動，因此發(fā)生線沿基圓滾過的長度等于基圓被滾過的弧長。

2)漸開線上任意一點的法線必是基圓的切線。

3)發(fā)生線與基圓的切點N是漸開線在K點的曲率中心，線段KN是漸開線在K點的曲率半徑。

4)漸開線的形狀取決于基圓的大小。Fig.7-10Shapeofinvolutes

andradiusofbasecircles

(漸開線的形狀與基圓半徑)2.漸開線齒廓嚙合傳動的特點(1)瞬時傳動比恒定不變圖7-11所示為一對漸開線齒廓嚙合示意圖。

(2)漸開線齒廓傳動中心距具有可分性一對漸開線齒廓齒輪嚙合，其傳動比i12恒等于兩輪基圓半徑的反比。

(3)輪齒受力方向不變?nèi)鐖D7-11所示。Fig.7-11Gearingofinvoluteprofiles

(漸開線齒廓的嚙合)Fig.7-12Spurgearnomenclatures(漸開線直齒圓柱齒輪名詞術語)7.4漸開線標準直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸1.漸開線齒輪各部分的名稱(1)齒頂圓通過各輪齒頂部的圓，其半徑和直徑分別用ra和da表示。

(2)齒根圓通過各齒槽底部的圓，其半徑和直徑分別用rf和df表示。

(3)分度圓在齒頂圓和齒根圓之間規(guī)定的一個參考圓，此圓被作為計算齒輪各部分幾何尺寸的基準。

(4)基圓生成輪齒漸開線齒廓的圓。

(5)齒厚、齒槽寬、齒距在半徑為rK的任意圓周上，一個輪齒兩側(cè)齒廓間的弧長叫該圓上的齒厚，用sK表示，分度圓上的齒厚用s表示；一個齒槽兩側(cè)齒廓間的弧長叫該圓上的齒槽寬，用eK表示，分度圓上的齒槽寬用e表示；相鄰兩齒的同向齒廓之間的弧長叫這個圓上的齒距，用pK表示，分度圓上的齒距用p表示。

(6)齒頂高、齒根高、全齒高輪齒在分度圓至齒頂圓沿半徑方向的高度叫齒頂高，用ha表示；由分度圓至齒根圓沿半徑方向的高度叫齒根高，用hf表示；由齒根圓至齒頂圓沿半徑方向的高度叫全齒高，用h表示。(7)法向齒距相鄰兩齒同向齒廓沿公法線方向所量得的距離稱為齒輪的法向齒距。

(8)齒寬齒輪的軸向長度，用B表示。2.漸開線齒輪的基本參數(shù)(1)齒數(shù)z圓周上分布的輪齒數(shù)目，用z表示，z為整數(shù)。

(2)模數(shù)m設齒輪的分度圓周長等于πd，也等于齒距之和，因此有πd=pz。

Fig.7-13Gearsizewithsamenumber

ofteethanddifferentmoduleofteeth

(同齒數(shù)、不同模數(shù)齒輪尺寸)(3)壓力角α

齒輪齒廓上各點的壓力角不同，通常所說的壓力角是指齒輪分度圓上的壓力角。

(4)齒頂高系數(shù)h*齒輪的齒頂高ha=h*m，h*稱為齒頂高系數(shù)。

(5)頂隙與頂隙系數(shù)c*一個齒輪的齒頂圓和另一個齒輪的齒根圓之間的徑向距離，稱為頂隙，用c表示。3.漸開線標準直齒圓柱齒輪幾何尺寸計算具有標準模數(shù)m、標準壓力角α、標準齒頂高系數(shù)h*a、標準頂隙系數(shù)c*，并且分度圓上的齒厚s等于分度圓上的齒槽寬e的齒輪稱為標準齒輪。已知齒輪的基本參數(shù)，由表7-2即可計算出漸開線標準直齒圓柱齒輪各部分的幾何尺寸。4.任意圓弧齒厚

圖7-14所示為外齒輪的一個齒,r、s、α和θ分別為分度圓的半徑、齒厚、壓力角和展角。Fig.7-14Tooththicknessalonganarbitrarycircle(任意圓齒厚)5.內(nèi)齒輪的特點

輪齒分布在圓柱體的內(nèi)表面上，稱為內(nèi)齒輪。圖7-15為一內(nèi)齒圓柱齒輪的一部分。內(nèi)齒輪的齒槽相當于外齒輪的輪齒，內(nèi)齒輪的輪齒相當于外齒輪的齒槽；內(nèi)齒輪的齒頂圓在內(nèi)，齒根圓在外，即齒頂圓半徑小于齒根圓半徑；為保證內(nèi)齒輪齒頂以外為漸開線，內(nèi)齒輪的齒頂圓大于基圓。Fig.7-15Terminologyforinternal

gears(漸開線內(nèi)齒圓柱齒輪術語)6.齒條的結(jié)構(gòu)及其特點當標準齒輪的齒數(shù)為無窮多時，其分度圓、齒頂圓、齒根圓分別演變?yōu)榉侄染€、齒頂線、齒根線，且相互平行，此時基圓半徑為無窮大，漸開線演變?yōu)橐粭l直線，齒輪則演變?yōu)閳D7-16所示的作直線移動的齒條。

Fig.7-16Terminologyforarack(齒條術語)齒條有如下特點：1)齒條齒廓為斜直線，齒廓上各點的壓力角均為標準值，且等于齒條齒廓的齒。

2)在平行于齒條齒頂線的各條直線上，齒條的齒距均相等，其值為p=πm，其法向齒距pb=πmcosα；與齒頂線平行且其上齒厚等于齒槽寬的直線稱為齒條分度線，它是計算齒條尺寸的基準線。

3)分度線至齒頂線的高度為齒頂高ha=h*m，分度線至齒根線的高度為齒根高hf=(h*+c*)m。1.漸開線齒輪的正確嚙合條件7.5漸開線直齒圓柱齒輪機構(gòu)的嚙合傳動Fig.7-17Meshingofteeth(齒輪嚙合)齒輪傳動是靠主動輪齒依次撥動從動輪齒的嚙合來實現(xiàn)的，如圖7-17所示。要使嚙合正確進行，應保證處于嚙合線上的各對輪齒都處于嚙合狀態(tài)，即前一對輪齒在嚙合線N1N2上的K點嚙合,后一對輪齒應在嚙合線N1N2上的K′點嚙合。線段KK′是齒輪1和齒輪2的法向齒距。為保證兩齒輪正確嚙合，其條件是兩輪的法向齒距必相等。一對漸開線直齒圓柱齒輪傳動的正確嚙合條件為兩輪的模數(shù)和壓力角分別相等，且為標準值。2.漸開線齒輪的連續(xù)傳動條件(1)輪齒的嚙合過程圖7-18所示的齒輪機構(gòu)中，輪1為主動輪，以角速度ω1順時針方向轉(zhuǎn)動。

(2)連續(xù)傳動條件圖7-18所示的輪齒嚙合過程中，要使齒輪傳動連續(xù)進行，應使前一對輪齒在點B1退出嚙合之前，后一對輪齒就已經(jīng)從點B2進入嚙合。

Fig.7-18Meshingprocessofteeth(輪齒的嚙合過程)1)外嚙合直齒圓柱齒輪傳動的重合度。Fig.7-19Contactratioforexternal

gears(外嚙合齒輪重合度計算)(3)重合度的計算公式一對外嚙合直齒圓柱齒輪的重合度的計算公式為2)內(nèi)嚙合直齒輪傳動的重合度。圖7-20所示為一對內(nèi)嚙合直齒圓柱齒輪傳動，其重合度計算公式可參考上述過程推導。

內(nèi)嚙合直齒輪傳動重合度的計算公式為Fig.7-20Contactratioforinternalgear

(內(nèi)嚙合齒輪重合度計算)3)齒輪與齒條嚙合的重合度。Fig.7-21Contactratioforapinionand

arack(齒輪齒條嚙合的重合度計算)當齒輪2的齒數(shù)增大到無窮多時即為齒輪與齒條嚙合，圖7-21所示的實際嚙合線長度為重合度為Fig.7-22Natureofteethaction(重合度的意義)如果εa=1，只有在B1和B2兩點接觸的瞬間，才有兩對輪齒同時嚙合，其余時間內(nèi)只有一對輪齒嚙合；如果εa=2，只有瞬間才有三對輪齒嚙合，其余時間為兩對輪齒嚙合。如果εa不是整數(shù)，如圖7-22所示εa=1.2,表明在嚙合線上B2K′和B1K（長度各為0.2pb）兩段范圍內(nèi),有兩對輪齒同時嚙合，稱雙齒嚙合區(qū)；在節(jié)點P附近的KK′（長度為0.6pb）段內(nèi)，只有一對輪齒嚙合,稱單齒嚙合區(qū)。3.齒廓嚙合的相對滑動

由圖7-22可以看出，齒輪1齒根部點B2到齒頂?shù)凝X廓和齒輪2齒根部點B1到齒頂?shù)凝X廓是實際接觸的齒廓，稱為工作齒廓。節(jié)點P嚙合時，兩輪嚙合點具有相等的速度;非節(jié)點嚙合，如點K′嚙合，兩輪在點K′的速度不相等。這說明兩齒廓在其公切線方向存在相對滑動速度。相對滑動速度越大，磨損越嚴重。采用運動分析方法可求解各嚙合點的相對滑動速度。齒根部漸開線部分磨損較大，小齒輪根部的磨損最大。4.齒輪傳動的中心距及標準齒輪的安裝(1)齒輪傳動的中心距兩齒輪轉(zhuǎn)動中心之間的距離，稱為齒輪傳動的中心距a。

(2)齒側(cè)間隙一齒輪節(jié)圓齒槽寬與另一齒輪節(jié)圓齒厚的差值，稱為齒側(cè)間隙。

Fig.7-23Normalcenterdistance(無側(cè)隙嚙合的徑向間隙)(3)徑向間隙c一齒輪齒根圓和另一齒輪齒頂圓之間徑向距離的差值，稱為徑向間隙，如圖7-23所示。

(4)齒輪的標準安裝一對標準齒輪按標準中心距安裝，作無側(cè)隙嚙合并具有標準頂隙。5.齒輪和齒條傳動例7-1已知一對標準安裝外嚙合標準直齒圓柱齒輪的參數(shù)z1=22,z2=33，α=20°，2.5mm，h*=1，c*=0.25，求這對齒輪的主要尺寸和重合度。若兩輪的中心距分開1mm,重合度又為多少？

Fig.7-24Meshingofapinionandarack(齒輪與齒條嚙合)1.漸開線齒輪輪齒的加工(1)仿形法仿形法利用刀具的軸面齒形與所切制的漸開線齒輪的齒槽形狀相同的特點，在輪坯上直接加工出齒輪的輪齒。

7.6漸開線圓柱齒輪的加工及其根切現(xiàn)象Fig.7-25Formingcutting(仿形加工)(2)展成法展成法是利用互相嚙合的兩個齒輪的齒廓曲線互為包絡線的原理加工齒輪輪齒的。1）齒輪插刀插制齒輪。圖7-26所示齒輪插刀是帶有切削刃的外齒輪。其模數(shù)和壓力角與被切制齒輪相同。插齒機床的傳動系統(tǒng)使插齒刀和輪坯按傳動比i12=ω1/ω2=z被加工齒輪/z刀具轉(zhuǎn)動，此運動稱為展成運動。為切出齒槽，刀具還需沿輪坯軸線方向作往復運動，稱為切削運動。另外，為切出齒高，刀具還有沿輪坯徑向的進給運動及插刀每次回程時輪坯沿徑向的讓刀運動。Fig.7-26Shapingteethwith

apinioncutter(齒輪插刀)2)齒條插刀插制齒輪。圖7-27所示齒條插刀是帶有切削刃的齒條。加工時，機床的傳動系統(tǒng)使齒條插刀的移動速度v刀與被加工齒輪的分度圓線速度相等，即v刀=rω。Fig.7-27Shapingteethwith

arackcutter(齒條插刀)3）滾齒加工。插齒加工存在不連續(xù)的缺點，為了克服這個缺點可以采用齒輪滾刀加工，如圖7-28所示。滾刀的外形類似一個螺桿，它的軸向剖面齒形與齒條插刀的齒形類似。當滾刀轉(zhuǎn)動時，相當于直線齒廓的齒條連續(xù)不斷的移動，從而包絡出待加工的齒廓。此外，為了切制出具有一定寬度的齒輪，滾刀在轉(zhuǎn)動的同時，還需沿輪坯軸線方向作進給運動。Fig.7-28Hobbingteeth(滾齒加工)2.漸開線齒廓的根切用展成法加工齒輪時，刀具頂部可能把被加工齒輪的齒根部漸開線齒廓切去一部分，這種現(xiàn)象稱為根切現(xiàn)象，如圖7-29所示。發(fā)生根切的齒輪會削弱輪齒的抗彎強度，使實際嚙合線縮短，重合度降低，影響傳動的平穩(wěn)性。因此，在設計齒輪時應避免發(fā)生根切現(xiàn)象。Fig.7-29Undercutting(根切現(xiàn)象)Fig.7-30Rackcutterprofile

(齒條插刀的齒廓)(1)根切原因齒條插刀在齒條的基礎上，使齒頂增加高度為c*m的圓角部分，所示為標準齒條插刀的齒廓形狀。Fig.7-31Undercuttingprocess(根切的形成)加工標準齒輪時，齒條插刀的中線與齒輪毛坯的分度圓相切，節(jié)點為P,如圖7-31所示。當?shù)毒咛幱谖恢?時，右切削刃與被切制齒輪在B1點嚙合，開始加工輪坯上的漸開線齒廓，當?shù)度刑幱谖恢?時，達到嚙合極限點N，加工出輪齒由基圓至齒頂圓間的漸開線齒廓。設刀具移動距離s23=rφ，到達位置3。(2)避免根切的最少齒數(shù)用展成法加工標準齒輪時，刀具的齒頂線如超過了嚙合極限點N，就會出現(xiàn)根切。Fig.7-32Minimumnumberofteethtoavoid

undercutting(避免根切的最少齒數(shù))1.變位齒輪的概念7.7變位齒輪概述加工標準齒輪時，當?shù)毒啐X頂線超過嚙合極限點N時將發(fā)生根切。若刀具向遠離輪坯輪心方向移動一段距離xm，使刀具齒頂線落在點N之下，此時則避免根切發(fā)生。由于這時刀具的節(jié)線與中線不再重合，而是分離了xm，故加工出的齒輪在分度圓上的齒厚與齒槽寬不相等，這種齒輪稱為變位齒輪，x稱為變位系數(shù)。通常，刀具由標準安裝位置遠離輪坯中心時，x為正值，稱為正變位，加工出的齒輪稱為正變位齒輪；如果被切制的齒輪齒數(shù)比較多，為了滿足齒輪傳動的某些要求，也可將刀具由標準安裝位置移向輪坯中心xm，此時x為負值，稱為負變位，加工出的齒輪稱為負變位齒輪。2.最小變位系數(shù)Fig.7-33Smallestcoefficientofoffset(最小變位系數(shù))當?shù)毒叩凝X頂線剛好通過輪坯與刀具的嚙合極限點N時，齒輪便完全沒有根切。如圖7-33所示，不發(fā)生根切的條件為3.變位齒輪與標準齒輪的異同點(1)齒厚與齒槽寬如圖7-34所示，對于正變位齒輪來說，刀具節(jié)線上的齒厚比中線上的齒厚減少了2JK，因此被切制齒輪分度圓上的齒槽寬將減少2JK。

Fig.7-34Tooththicknessofapositivemodifiedgear(正變位齒輪齒厚)故正變位齒輪齒槽寬的計算公式為e=πm/2-2xmtanα齒厚的計算公式為s=πm/2+2xmtanα(2)齒頂高及齒根高正變位齒輪的齒根高變小，齒頂高變大；負變位齒輪則反之。同參數(shù)的標準齒輪與變位齒輪的齒形比較見圖7-35。Fig.7-35Toothprofilesofthestandardgearand

modifiedgears(變位齒輪與標準齒輪的齒廓)4.變位齒輪傳動簡介設一對互相嚙合的變位齒輪的變位系數(shù)分別為x1、x2，根據(jù)變位系數(shù)的不同，可以分為以下傳動類型。1)x1+x2=0，且x1=x2=0，此時為標準齒輪傳動。

2)x1+x2=0，且x1=-x2≠0，此時為等移距變位齒輪傳動，一般小輪采用正變位，大輪采用負變位。

3)x1+x2≠0，此時為不等移距變位齒輪傳動。1.斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成Fig.7-36Toothsurfaceofaspurgearandahelicalgear(漸開線圓柱齒輪和斜齒輪輪齒的齒面)7.8平行軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu)圖7-36a所示，將直齒圓柱齒輪的齒廓形成擴展到空間，基圓成為基圓柱，發(fā)生線成為發(fā)生面，漸開線成為漸開面。當發(fā)生面S在基圓柱上作純滾動時，與基圓柱母線NN′平行的直線KK′的軌跡形成直齒圓柱齒輪的漸開線齒廓曲面。兩齒廓嚙合點成為嚙合線KK′，各嚙合線均平行基圓柱母線，直齒圓柱齒輪嚙合傳動中是沿全齒寬同時進入嚙合與同時退出嚙合的。2.斜齒輪的基本參數(shù)(1)斜齒輪的螺旋角將圖7-37a所示的斜齒圓柱齒輪的分度圓柱延長到螺旋線的導程，其分度圓柱面展開成圖7-37b所示三角形，底邊πd表示分度圓周長。

Fig.7-37Helixangles(螺旋角)(2)法向模數(shù)mn與端面模數(shù)mt圖7-38b所示的斜齒圓柱齒輪分度圓柱面展開圖中，有剖面部分為輪齒，空白部分為齒槽。Fig.7-38Helicalgeartoothrelations(斜齒輪模數(shù)關系)Fig.7-39Normalpressureangle

andtransversepressureangle

(法向壓力角和端面壓力角)（3）齒頂高系數(shù)斜齒輪的齒頂高和齒根高，不論從法向或端面上看都是相同的，但齒頂高系數(shù)不同。

（4）頂隙系數(shù)斜齒輪在法向和端面上的頂隙相同，但頂隙系數(shù)不同。

（5）壓力角斜齒輪壓力角分為法向壓力角αn與端面壓力角αt3.斜齒圓柱齒輪的幾何尺寸計算

斜齒輪的幾何尺寸與同樣端面參數(shù)的直齒輪完全相同，相關計算公式與直齒輪完全一樣，不過要換成斜齒輪的端面參數(shù)。當法向參數(shù)為標準值時，還需進一步用法向參數(shù)表達斜齒輪幾何尺寸的計算公式。4.斜齒輪傳動的正確嚙合條件

一對斜齒圓柱齒輪正確嚙合時，除滿足兩個齒輪的模數(shù)和壓力角應分別相等外，它們的螺旋角還應匹配。因此，一對斜齒圓柱齒輪的正確嚙合條件為mn1=mn2或mt1=mt2

αn1=αn2或αt1=αt2

β1=-β2（“-”代表旋向相反）5.斜齒輪連續(xù)傳動的條件Fig.7-40Contactratioforhelicalgears(斜齒輪傳動重合度)斜齒輪連續(xù)傳動的條件仍由重合度的大小判斷。用端面參數(shù)代入直齒輪重合度計算公式即可求得斜齒輪的端面重合度圖7-40a所示是齒輪寬度為B的直齒輪基圓柱展開圖，B1B2為嚙合線長度，圖7-40b所示為斜齒輪基圓柱展開圖。若嚙合開始點在B2，當斜齒輪的輪齒上端在B1點脫離接觸時，其下端仍在嚙合，直到嚙合到B′1點才脫離接觸，所以其嚙合線要增大ΔL。重合度增量斜齒圓柱齒輪的總重合度ε=εa+εβ。6.當量齒輪與當量齒數(shù)

圖7-41的斜齒輪中，作分度圓柱螺旋線點P的法平面。該法平面與分度圓柱的交線為一橢圓，它的長軸為a=r/cosβ，短軸為b=r。橢圓上點Fig.7-41Equivalentspurgear

(當量齒輪)P的齒形為斜齒輪的法向齒形。以橢圓在點P處的曲率半徑ρ畫圓，該圓與點P處橢圓弧段非常相近。該圓作為一個虛擬齒輪的分度圓，其模數(shù)、壓力角均為斜齒輪的法向參數(shù)，稱該虛擬齒輪為斜齒圓柱齒輪的當量齒輪。其齒數(shù)稱為斜齒輪的當量齒數(shù)，用zv表示。橢圓在點P的曲率半徑為當量齒數(shù)為7.斜齒圓柱齒輪傳動的優(yōu)缺點

與直齒圓柱齒輪相比，斜齒圓柱齒輪傳動的優(yōu)點為：傳動平穩(wěn)，沖擊、振動和噪聲小，重合度大，承載能力強，結(jié)構(gòu)緊湊，因而在大功率和高速齒輪傳動中廣泛應用。

主要缺點為：因存在螺旋角β，傳動時齒面間會產(chǎn)生軸向推力。為了發(fā)揮斜齒輪的優(yōu)點，又消除傳動中軸向推力對軸承的不利影響，可采用齒向左、右完全對稱的人字齒輪。所產(chǎn)生的軸向力可完全抵消，但人字齒輪制造比較困難。斜齒輪的主要優(yōu)缺點都與螺旋角β有關，β越大優(yōu)點越顯著，缺點也越突出。通常斜齒輪的螺旋角β在8°~15°之間選取，人字齒輪螺旋角β可達25°~40°。1.蝸桿傳動及特點Fig.7-42Wormandwormgear(蝸輪蝸桿)7.9蝸桿傳動機構(gòu)圖7-42所示的蝸桿傳動機構(gòu)用于傳遞垂直交錯的兩軸間的運動和動力。蝸桿通常作為減速傳動的主動件，蝸桿傳動的傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)、噪聲小，廣泛地應用于各類機械和儀器中。但蝸桿傳動效率較低，故不適用于大功率長期連續(xù)工作。2.蝸桿傳動的類型

Fig.7-43WormTypes(蝸桿傳動類型)3.蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸(1)蝸桿傳動的主要參數(shù)圖7-44為蝸輪與阿基米德圓柱蝸桿的嚙合情況。1)模數(shù)。

2)壓力角。

3)齒數(shù)和傳動比。

4)蝸桿的直徑系數(shù)q。

5)中心距a。

(2)正確嚙合條件主截面內(nèi)的模數(shù)和壓力角分別相等且為標準值。Fig.7-44Archimedeswormandwormgear

(阿基米德圓柱蝸桿傳動)Fig.7-45Unwrappedthreadsonaworm(蝸桿分度圓柱展開圖)1.傳動比與分度圓錐角Fig.7-46Straightbevelgears(直齒錐齒輪傳動)7.10錐齒輪機構(gòu)一對錐齒輪的嚙合傳動相當于一對節(jié)圓錐作純滾動，其分度圓錐與節(jié)圓錐重合。如圖7-46所示，δ1、δ2分別為兩錐齒輪的分度圓錐母線與各自軸線的夾角，稱為分度圓錐角；∑=δ1+δ2=90°。r1、r2分別為兩錐齒輪大端的分度圓半徑；OC為錐齒輪的錐距，用R表示。錐齒輪傳動的傳動比為2.錐齒輪的背錐、當量齒輪和當量齒數(shù)Fig.7-47Toothsurfaceofabevel

gear(錐齒輪的齒面)錐齒輪齒廓曲面的形成與圓柱齒輪類似。如圖7-47所示，圓發(fā)生面S的圓心與錐頂O重合，且與基圓錐相切與OP。當該發(fā)生面繞基圓錐作純滾動時，發(fā)生面上任意點K的軌跡為球面漸開線，無數(shù)條半徑不同的球面漸開線組成了球面漸開曲面。Fig.7-48Backconeandequivalent

spurgear(背錐與當量齒輪)圖7-48所示錐齒輪的軸剖面圖中，OAA′為分度圓錐，過錐齒輪大端的A點作OA的垂線與錐齒輪的軸線交于點O1,以O1為錐頂，O1A為母線，OO1為軸線作一圓錐與錐齒輪大端球面在分度圓相切，稱之為背錐。將錐齒輪大端的球面漸開線齒形投影到背錐上，背錐上的齒形與錐齒輪大端上的齒形十分接近，因此可近似地用背錐上的齒形來代替錐齒輪大端的齒形。3.錐齒輪的參數(shù)、幾何尺寸計算及嚙合特點(1)錐齒輪的基本參數(shù)錐齒輪的大端輪齒參數(shù)為標準值。

(2)錐齒輪正確嚙合條件錐齒輪正確嚙合的條件為：大端模數(shù)與壓力角分別相等，錐距分別相等。

(3)連續(xù)傳動的條件用重合度的大小表示能否連續(xù)傳動。

(4)不發(fā)生根切的最小齒數(shù)

(5)幾何尺寸計算圖7-49所示為一對直齒錐齒輪嚙合簡圖，幾何尺寸計算公式見。Fig.7-49Parametersanddimensionsofstraightbevelgears(錐齒輪的參數(shù)和幾何尺寸)第8章輪系及其設計8.1輪系及其分類一系列互相嚙合的齒輪所構(gòu)成的系統(tǒng)稱為輪系。圖8-1a所示為汽車中多級齒輪組成的變速齒輪機構(gòu)；圖8-1b所示為鐘表的齒輪機構(gòu)，各組齒輪按傳動比設計，使時針、分針和秒針的運動具有一定的比例關系。Fig.8-1Applicationofgeartrains(輪系的應用)

1、2—clutch(離合器)3、4—drivingshaft(輸入軸)5—geartrain(輪系)1.定軸輪系1)單式輪系。每根軸上只安裝一個齒輪所構(gòu)成的簡單輪系，圖8-2a所示為單式輪系。

2)復式輪系。有的軸上安裝有2個以上齒輪的輪系，圖8-2b所示的二級齒輪減速器即為復式輪系。

3)回歸輪系。輸出齒輪和輸入齒輪共軸線的輪系，圖8-2c所示為典型的回歸輪系。Fig.8-2Classificationofordinarygeartrains(定軸輪系分類)Fig.8-3Epicyclicgeartrain(周轉(zhuǎn)輪系)2.周轉(zhuǎn)輪系

輪系運轉(zhuǎn)時，如果某齒輪的軸線位置相對于機架的位置是轉(zhuǎn)動的，稱該輪系為周轉(zhuǎn)輪系。在圖8-3a所示的輪系中，齒輪2一方面繞其自身軸線O2自轉(zhuǎn)，另一方面又隨著構(gòu)件H一起繞固定軸線O公轉(zhuǎn)，這種既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)的齒輪稱為行星輪；支承并帶動行星輪2作公轉(zhuǎn)的構(gòu)件H稱為系桿或轉(zhuǎn)臂；齒輪1與齒輪3的軸線相對機架的位置固定不動，稱為太陽輪。軸線相對不動的太陽輪和系桿稱為周轉(zhuǎn)輪系的基本構(gòu)件。3.混合輪系Fig.8-4Combinedgeartrains(混合輪系)工程中的輪系有時既包含定軸輪系，又包含周轉(zhuǎn)輪系，或直接由幾個周轉(zhuǎn)輪系組合而成。由定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系或由兩個以上的周轉(zhuǎn)輪系構(gòu)成的復雜輪系稱為混合輪系或復合輪系，圖8-4a所示為定軸輪系和行星輪系組成的混合輪系，圖8-4b所示為周轉(zhuǎn)輪系組成的混合輪系。8.2定軸輪系傳動比的計算輪系中首、末兩輪的轉(zhuǎn)動速度之比，稱為輪系的傳動比,表示為式中，ωin為輪系中首輪角速度，ωout為末輪角速度。由于角速度有方向性，因此輪系的傳動比包括大小和方向兩個參數(shù)。Fig.8-5Planarordinarygeartrains(平面定軸輪系)(1)傳動比大小的計算以圖8-5所示的平面定軸輪系為例，討論其傳動比的計算方法。

結(jié)論：定軸輪系的傳動比等于組成該輪系的各對嚙合齒輪傳動比的連乘積，其大小等于輪系中所有從動輪齒數(shù)的連乘積與所有主動輪齒數(shù)的連乘積之比，其通式為(2)首、末輪轉(zhuǎn)向關系的確定平面輪系與空間輪系中，傳動比的大小計算方法相同，但首、末輪的轉(zhuǎn)向判別不同。平面輪系

空間輪系Fig.8-6Spatialordinarygeartrains(空間定軸輪系)(3)結(jié)論1)定軸輪系的傳動比等于組成該輪系的所有從動輪齒數(shù)連乘積除以所有主動輪齒數(shù)的連乘積。

2)定軸輪系的傳動比還等于組成該輪系的各對齒輪傳動比的連乘積。

3)輪系中的介輪不影響傳動比的大小，但影響末輪轉(zhuǎn)向。

4)平面輪系可按外嚙合的次數(shù)(-1）m判別末輪轉(zhuǎn)向，也可用畫箭頭的方法判別末輪轉(zhuǎn)向。例8-1圖8-7所示的空間定軸輪系中，已知各輪齒數(shù)，蝸桿1為主動輪，右旋，求傳動比i15。

Fig.8-7Ratioofthespatialordinarygeartrains(空間定軸輪系的傳動比)8.3周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算1.周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系

如果給周轉(zhuǎn)輪系施加一個反向轉(zhuǎn)動，反向轉(zhuǎn)動角速度等于系桿的角速度，則系桿靜止不動，原周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為一個假想的定軸輪系，稱之為周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系。Fig.8-8Ratiooftheepicyclicgeartrains(周轉(zhuǎn)輪系傳動比)表格8-1Symbolofmembers

構(gòu)件代號Angularvelocityoftheepicyclicgeartrain

原周轉(zhuǎn)輪系各構(gòu)件的角速度Angularvelocityoftheconvertedgeartrain

轉(zhuǎn)化輪系中各構(gòu)件的角速度1ω1ωH1=ω1－ωH2ω2ωH2=ω2－ωH3ω3ωH3=ω3－ωHHωHωHH=ωH－ωH=0圖8-8a所示輪系中，設ω1、ω2、ω3、ωH分別為太陽輪1、行星輪2、太陽輪3和系桿H的絕對角速度。給整個周轉(zhuǎn)輪系施加-ωH的反轉(zhuǎn)角速度后，系桿H相對固定不動，原周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為假想的定軸輪系。如圖8-8b所示。這時轉(zhuǎn)化輪系中各構(gòu)件的角速度分別變?yōu)棣豀1、ωH3、ωH2、ωHH，它們與原周轉(zhuǎn)輪系中各齒輪的角速度的關系見表8-1。根據(jù)定軸輪系傳動比的公式，可寫出轉(zhuǎn)化輪系傳動比為式中，“-”號表示在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中和轉(zhuǎn)向相反。計算周轉(zhuǎn)輪系傳動比時應注意以下問題：1)轉(zhuǎn)化輪系的傳動比表達式中，含有原周轉(zhuǎn)輪系的各輪絕對角速度，可從中找出待求值。

2)齒數(shù)比前的“+”、“-”號按轉(zhuǎn)化輪系的判別方法確定。

3)iH1k≠i1k，因iH1k=ωH1/ωHk，其大小和轉(zhuǎn)向按定軸輪系傳動比的方法確定；而i1k=ω1/ωk，其大小和轉(zhuǎn)向由計算結(jié)果確定。

4)上述公式僅適用于主、從動軸平行的情況。對于圖8-9所示的空間周轉(zhuǎn)輪系，其轉(zhuǎn)化輪系傳動比可寫為Fig.8-9Epicyclicbevelgeartrains

(錐齒輪周轉(zhuǎn)輪系)2.例題例8-2圖8-10所示的雙排外嚙合周轉(zhuǎn)輪系中，已知：z1=100,z2=101,z2′=100,z3=99。求傳動比iH1。Fig.8-10Trainwithtwopairsofexternalgears

(雙排外嚙合周轉(zhuǎn)輪系)例8-2表明：周轉(zhuǎn)輪系中，僅用少數(shù)齒輪就能獲得相當大的傳動比。若將齒輪2′減去一個齒，則iH1=-100。這說明同一結(jié)構(gòu)類型的周轉(zhuǎn)輪系，齒數(shù)僅作微小變動，對傳動比的影響很大，輸出構(gòu)件的轉(zhuǎn)向也隨之改變。這是周轉(zhuǎn)輪系與定軸輪系的顯著區(qū)別。解施加-ωH反轉(zhuǎn)后，假想系桿H靜止不動，則z1、z2、z2′、z3成為假想的定軸輪系。該轉(zhuǎn)化輪系的傳動比為Fig.8-11Spatialplanetarygeartrain(空間輪系)例8-3圖8-11所示空間輪系中，已知：z1=35，z2=48，z2′=55，z3=70，n1=,n3=100r/min，轉(zhuǎn)向如圖所示。試求系桿H的轉(zhuǎn)速nH的大小和轉(zhuǎn)向。

解這是周轉(zhuǎn)輪系中的差動輪系，首先要計算其轉(zhuǎn)化輪系的傳動比。計算結(jié)果為“+”，說明nH與n1轉(zhuǎn)向相同。圖8-11中虛線所標出的箭頭方向只表示轉(zhuǎn)化輪系的齒輪轉(zhuǎn)向，并不是周轉(zhuǎn)輪系各齒輪的真實轉(zhuǎn)向。8.4混合輪系傳動比的計算混合輪系可以是定軸輪系與周轉(zhuǎn)輪系的組合，也可以是周轉(zhuǎn)輪系的組合。在計算混合輪系的傳動比時，不能將其作為一個整體用反轉(zhuǎn)法求解。應按以下原則求解:1)分析混合輪系組成，分別找出其中的基本輪系，如定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系。

2)弄清楚各基本輪系之間的連接關系。

3)分別列出各基本輪系的傳動比表達式，然后聯(lián)立求解。

1.串聯(lián)組合的混合輪系例8-4圖8-12所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為z1=20,z2=40,z2′=20,z3=30,z4=80,n1=，試求系桿H的轉(zhuǎn)速nH。

解該輪系中齒輪1、2、2′、4的幾何軸線相對機架固定，但齒輪1、2相嚙合，故齒輪1、2構(gòu)成定軸輪系。齒輪2′、3、4嚙合，但齒輪3既有自轉(zhuǎn)，又有繞齒輪2′軸線的公轉(zhuǎn)，所以是行星輪。齒輪2′、4與行星輪3嚙合，支撐齒輪3的構(gòu)件H為系桿。因此，齒輪2′、3、4和系桿H組成周轉(zhuǎn)輪系中的行星輪系。在該輪系中，其傳動比為Fig.8-12Tandemcombinedgeartrain(串聯(lián)式混合輪系)2.封閉組合式混合輪系例8-5圖8-13為一電動卷揚機減速器的運動簡圖。已知各輪齒數(shù)為：z1=24,z2=52,z2′=21，z3=78，z3′=18，z4=30，z5=78。試求傳動比i15。

解齒輪1、2-2′、3和系桿H組成一個差動輪系。其余齒輪3′、4、5構(gòu)成定軸輪系。差動輪系的兩個輸出構(gòu)件，齒輪3與系桿H被齒輪3′、4、5組成的定軸輪系封閉連接，組成封閉型混合輪系。分別寫出差動輪系和定軸輪系的傳動比表達式。Fig.8-13Reduceroftheelectric

hoister(電動卷揚機減速器)1.周轉(zhuǎn)輪系設計的基本問題(1)傳動比條件周轉(zhuǎn)輪系必須能實現(xiàn)所要求的傳動比i1H，或者在其允許誤差的范圍內(nèi)。

(2)同心條件周轉(zhuǎn)輪系中各基本構(gòu)件的回轉(zhuǎn)軸線重合，這就是同心條件。

(3)裝配條件當輪系中有兩個以上的行星輪時，每一個行星輪應均勻地裝入兩太陽輪之間。

(4)鄰接條件相鄰兩行星輪頂部不發(fā)生碰撞的條件即為鄰接條件。8.5周轉(zhuǎn)輪系設計中的若干問題Fig.8-14Assemblycondition(裝配條件)2.輪系的機械效率(1)定軸輪系的傳動效率對于任何機械來說，輸入功率Pd等于輸出功率Pr和摩擦損失功率Pf之和。

Fig.8-15Efficiencyoftandemordinary

geartrain(串聯(lián)定軸輪系效率)(2)周轉(zhuǎn)輪系的效率周轉(zhuǎn)輪系中具有既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)的行星輪，不能直接用定軸輪系效率公式進行計算。Fig.8-16Efficiencyof2K-Hplanetarygeartrain(2K-H型周轉(zhuǎn)輪系)1.漸開線少齒差行星輪系8.6其他類型的周轉(zhuǎn)輪系簡介漸開線少齒差行星輪系如圖8-17所示，通常太陽輪1固定，系桿H為輸入軸，V為輸出軸。輸出軸V與行星輪2通過等角速比機構(gòu)3相連接，所以輸出軸V的轉(zhuǎn)速始終與行星輪2的絕對轉(zhuǎn)速相同。由于太陽輪1和行星輪2都是漸開線齒輪，齒數(shù)差很少，故稱為漸開線少齒差行星輪系。其傳動比為Fig.8-17Planetarygeartrainwithsmallteethdifference(少齒差行星輪系)Fig.8-18Outputmechanismwiththesamevelocity(等角速比輸出機構(gòu))少齒差行星輪系運動的輸出方式，通常采用銷孔輸出機構(gòu)作為等角速比機構(gòu)。圖8-18所示行星輪2上，沿半徑為ρ的圓周均布開孔，孔半徑為rW。在輸出圓盤上，沿半徑為ρ的圓周上安裝相同數(shù)目的圓柱銷，并將其分別插入輪2的圓孔中，使行星輪和輸出軸連接起來。銷孔與銷軸間距等于行星輪軸線與輸出軸軸線間的距離，e=rW－rP。2.擺線針輪行星輪系

擺線針輪行星輪系的原理和結(jié)構(gòu)與漸開線少齒差行星輪系基本相同，但行星輪采用外擺線齒廓，太陽輪齒為圓柱形，故稱之為擺線針輪行星傳動，如圖8-19所示。

優(yōu)點：齒廓間為滾動摩擦，因此承載力大、傳動平穩(wěn)、輪齒磨損小、使用壽命長

缺點：加工較復雜，精度要求高，必須用專用機床和刀具來加工擺線齒輪。Fig.8-19Cycloidal-pinwheelplanetarytrain(擺線針輪行星輪系)

1—sleevepin(針輪)2—epicycloidswheel(擺線輪)3—V-shaft(V軸)3.諧波齒輪行星輪系Fig.8-20Harmonicdrivingplanetarygears(諧波齒輪行星輪系)

1—Rigidcircularspline(剛輪)2—Non-rigidflexspline(柔輪)H—Wavegenerator(波發(fā)生器)圖8-20a所示諧波齒輪行星輪系是由波發(fā)生器H、剛輪1和柔輪2組成。其中柔輪為一薄壁構(gòu)件，外壁有齒，內(nèi)壁孔徑略小于波發(fā)生器的尺寸。在相當于系桿的波發(fā)生器H作用下，相當于行星輪的柔輪產(chǎn)生彈性變形而呈橢圓形狀。其橢圓長軸兩端的輪齒插進剛輪的齒槽中，而短軸兩端的輪齒則與鋼輪脫開。4.平動齒輪傳動Fig.8-21Parallelmovinggeartrain(平動齒輪傳動)圖8-21a所示平行四邊形ABCD的連桿BC與齒輪z1固接在一起，齒輪中心O1位于連桿軸線上，隨同連桿BC作無自轉(zhuǎn)的平動。兩齒輪的中心距O1O2=AB=CD,且與AB、CD平行。圖8-21b所示，設齒輪1、2的分度圓半徑分別為r1、r2，利用兩齒輪的瞬心P為速度重合點的概念，可推導出其傳動比。第9章螺旋機構(gòu)、萬向聯(lián)軸器、間歇運動機構(gòu)簡介圖9-1a中，A為螺旋副，其導程為l；B為轉(zhuǎn)動副，C為移動副。當螺桿1轉(zhuǎn)動φ角時，螺母2的位移s為如果將圖9-1a中的轉(zhuǎn)動副B也換成螺旋副，便得到圖9-1b所示的螺旋機構(gòu)。現(xiàn)假設A、D兩段螺旋的導程分別為lA、lD，當螺桿1轉(zhuǎn)動φ角時，螺母2的位移s為Fig.9-1Screwmechanisms(螺旋機構(gòu))

1—Screw(螺桿)2—Nut(螺母)3—Frame(機架)A—Screwpair(螺旋副)

B—Turningpair(轉(zhuǎn)動副)C—Slidingpair(移動副)D—Screwpair(螺旋副)9.1螺旋機構(gòu)Fig.9-2Rollerscrewmechanism(滾珠絲杠傳動機構(gòu))根據(jù)螺桿與螺母之間摩擦狀態(tài)的不同，螺旋機構(gòu)可分為滑動螺旋機構(gòu)和滾動螺旋機構(gòu)?；瑒勇菪齻鲃又校輻U與螺母的螺旋面直接接觸，其摩擦狀態(tài)為滑動摩擦。滾動螺旋傳動中，螺桿與螺母的螺紋滾道間有滾動體，稱之為滾珠螺旋傳動機構(gòu)。圖9-2所示滾珠絲杠傳動機構(gòu)中，滾珠沿螺旋槽滾動，并借助于導向裝置將滾珠導入返回滾道，然后再進入工作滾道中，如此循環(huán)往復，使?jié)L珠形成一個閉合的循環(huán)回路。滾珠螺旋傳動機構(gòu)具有傳動效率高、起動力矩小、傳動靈敏平穩(wěn)、工作壽命長等優(yōu)點。Fig.9-3Singleuniversaljoint(單萬向聯(lián)軸器)9.2萬向聯(lián)軸器1.單萬向聯(lián)軸器

單萬向聯(lián)軸器由兩個固接于軸Ⅰ和軸Ⅱ端部的叉形接頭、一個十字形構(gòu)件和機架組成，如圖9-3a所示。十字形構(gòu)件的中心O與兩軸軸線的交點重合，軸Ⅰ和軸Ⅱ所夾的銳角α稱為萬向聯(lián)軸器的軸角。主動軸Ⅰ每轉(zhuǎn)一周，從動軸Ⅱ也隨之轉(zhuǎn)動一周，但是兩軸的瞬時傳動比卻因位置的不同而隨時變動。圖9-3b是兩個叉面球面運動示意圖。軸Ⅰ的叉面由OD轉(zhuǎn)動φ1，到達OA。軸Ⅱ的叉面轉(zhuǎn)過φ2到達OB。軸Ⅰ及軸Ⅱ的角速度分別為ω1和ω2。2.雙萬向聯(lián)軸器在雙萬向聯(lián)軸器中，為使主、從動軸的角速度始終保持相等，應滿足如下條件：1)主、從動軸Ⅰ、Ⅱ與中間軸Ⅲ應位于同一平面內(nèi)。

2)中間軸兩端的叉面應位于同一平面內(nèi)。

3)主動軸與中間軸的夾角應等于從動軸與中間軸的夾角。Fig.9-4Doubleuniversaljoints(雙萬向聯(lián)軸器)9.3棘輪機構(gòu)圖9-5所示的棘輪機構(gòu)由主動搖桿1、棘爪2、棘輪3、止回棘爪4和機架等部分組成。彈簧5用來使止回棘爪4和棘輪3保持接觸。主動搖桿1空套在與棘輪3固連的從動軸O上，并與棘爪2用轉(zhuǎn)動副相連。當主動搖桿作逆時針方向擺動時，棘爪2便插入棘輪3的齒槽內(nèi)，推動棘輪轉(zhuǎn)動一定的角度，此時止回棘爪4在棘輪的齒背上滑過。當主動搖桿順時針擺動時，止回棘爪阻止棘輪順時針方向轉(zhuǎn)動，棘爪2在棘輪的齒背上滑過，棘輪3保持靜止不動。這樣，當主動件作連續(xù)的往復擺動時，棘輪作單向的間歇轉(zhuǎn)動。Fig.9-5Ratchetmechanism(棘輪機構(gòu))

1—drivingrocker(主動搖桿)

2—drivingpawl(棘爪)3—ratchet(棘輪)

4—holdingpawl(止回棘爪)5—spring(彈簧)1.棘輪機構(gòu)的類型及其應用(1)齒式棘輪機構(gòu)齒式棘輪的輪齒一般采用三角形齒、梯形齒或矩形齒，分為外齒棘輪和內(nèi)齒棘輪。圖9-6a為外齒棘輪機構(gòu)，圖9-6b為棘條機構(gòu)，圖9-6c為內(nèi)齒棘輪機構(gòu)。根據(jù)驅(qū)動爪的數(shù)目，棘輪機構(gòu)還可分為單動式棘輪機構(gòu)和雙動式棘輪機構(gòu)。

Fig.9-6Toothratchetmechanisms(齒式棘輪機構(gòu))圖9-7a所示的機構(gòu)為雙動式棘輪機構(gòu)。主動搖桿1不是繞棘輪轉(zhuǎn)動中心O1擺動，而是繞O2軸擺動，搖桿上分別裝有兩個棘爪。當主動搖桿往復擺動一次時，兩個棘爪分別推動棘輪沿同一方向間歇轉(zhuǎn)動一次。當載荷較大，齒數(shù)較少，搖桿擺角小于齒距角時，需采用雙動式棘輪機構(gòu)。圖9-7b所示雙動式棘輪機構(gòu)中,棘爪拉動棘輪實現(xiàn)間歇運動。單向運動棘輪一般采用三角形齒或不對稱梯形齒。Fig.9-7Double-functionratchetmechanisms(雙動式棘輪機構(gòu))

雙向棘輪機構(gòu)指棘輪能作正反兩個方向的間歇運動。圖9-8a、b所示的機構(gòu)為擺動棘爪雙向棘輪機構(gòu)。棘爪安放在圖9-8a位置時，將推動棘輪沿逆時針方向作單向間歇轉(zhuǎn)動；棘爪安放在圖9-8b位置時，推動棘輪沿順時針方向作單向間歇轉(zhuǎn)動。圖9-8c、d所示的機構(gòu)為直動棘爪雙向棘輪機構(gòu)。棘爪安放在圖9-8c位置時，推動棘輪沿逆時針方向作單向間歇轉(zhuǎn)動。棘爪向上提起，轉(zhuǎn)過180°，如圖9-8d所示位置，推動棘輪沿順時針方向作單向間歇轉(zhuǎn)動。Fig.9-8Ratchetmechanismsinwhichtherotatingdirectioncanbechanged(雙向棘輪機構(gòu))Fig.9-9Table-feedmechanismofashaper

(牛頭刨床工作臺橫向進給機構(gòu))雙向棘輪機構(gòu)一般采用矩形齒或?qū)ΨQ梯形齒。圖9-9所示牛頭刨床工作臺的橫向進給機構(gòu)中，即采用了圖9-8c、d所示的雙向式棘輪機構(gòu)以及曲柄搖桿機構(gòu)和齒輪機構(gòu)的組合，從而實現(xiàn)了工作臺的雙向進給運動。(2)摩擦式棘輪機構(gòu)摩擦式棘輪機構(gòu)是依靠棘爪和棘輪之間的摩擦力實現(xiàn)間歇運動的。Fig.9-10Silentratchetmechanisms(摩擦式棘輪機構(gòu))圖9-10a所示的摩擦式棘輪機構(gòu)中，依靠棘爪2和棘輪3之間的摩擦力，將主動搖桿1的往復擺動轉(zhuǎn)換成棘輪3的單向間歇轉(zhuǎn)動。它克服了齒式棘輪機構(gòu)中棘爪在棘輪齒面滑行時引起的噪聲大、傳動平穩(wěn)性差以及棘輪每次轉(zhuǎn)過角度的大小不能無級調(diào)節(jié)等缺點，但其運動準確性較差。圖9-10b、c為內(nèi)摩擦式棘輪機構(gòu)，其中圖9-10c所示機構(gòu)中的棘爪2為滾柱形。當主動星輪1逆時針方向轉(zhuǎn)動時，由于摩擦力的作用，使?jié)L柱2楔緊在主動星輪1和套筒3之間的空隙小端，從而帶動套筒3隨主動星輪1以相同的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)。當主動星輪1順時針方向轉(zhuǎn)動時，同樣由于摩擦力的作用，使?jié)L柱2滾向主動星輪1和套筒3之間的空隙大端，此時套筒3靜止不動，故該機構(gòu)常用作單向離合器。此外，當主動星輪1逆時針方向轉(zhuǎn)動時，如果套筒3的逆時針轉(zhuǎn)速超過主動星輪1的轉(zhuǎn)速時，星輪1和套筒3脫開，并以各自的速度轉(zhuǎn)動，此時該機構(gòu)用作超越離合器。2.棘輪機構(gòu)的設計要點(1)模數(shù)、齒數(shù)的選擇同齒輪一樣，棘輪有關尺寸也是以模數(shù)為基