5.2　槽轮机构

5.2.1　工作原理及形式

槽轮机构（又称马尔他机构）能把主动轴的单向匀速连续转动转换为从动轴的单向周期性间歇运动。常用于各种转位机构中。

槽轮机构的基本形式分为外接（图4-2-77）、内接（表4-2-69图b）和球面槽轮机构（表4-2-72）三类。外接槽轮机构的主、从动件转向相反，槽轮的停歇时间较转位时间长。内接槽轮机构则相反。球面槽轮机构的转位时间恒等于停歇时间。

按槽的方位不同，槽轮机构可分为以下两种。①径向槽的（图4-2-77，表4-2-69图b）：冲击小，制造简便，最为常用，槽轮的动停时间比取决于槽数z。②非径向槽的（图4-2-78a）：在槽数不变的条件下，可以用不同的中心距O₁O₂与曲柄半径r的组合来获得不同的动停时间比，但冲击较大。

按曲柄上圆销数的不同，槽轮机构可分为以下两种。①单圆销的（图4-2-77）：曲柄转一圈，槽轮完成一次间歇运动。②多圆销的（图4-2-78b）：曲柄转一圈，槽轮完成多次间歇运动，当各圆销不在同一圆周上或不均匀分布在同一圆周上时，则每次间歇运动的动停时间比是不同的。

槽轮机构的定位方式有三种。①凹凸锁止弧定位（图4-2-77，表4-2-69图b）：结构简单、定位精度低。为提高定位精度应使锁止面间的配合间隙尽量小些，并可附加其他精确定位装置。②定位槽定位（图4-2-79a）。③利用槽轮的径向槽和曲柄滑块机构O₁BC的滑块销C定位（图4-2-79b）：这时圆销A装在连杆ABC的右端。

为了避免槽轮在启动和停歇瞬间发生冲击，如图4-2-77所示销A应在O₁A⊥O₂A时进入槽和退出槽，这时曲柄上锁止凸弧的终点E和起点F应分别处于中心连线O₁O₂上。当销A刚脱离径向槽，槽轮的凹弧就被曲柄上的凸弧锁住，当销A刚进入径向槽，锁止弧就脱开。

为了改善槽轮机构的动力性能，提高转位速度，可采用行星槽轮机构（图4-2-80、图4-2-81），它是行星轮系与槽轮机构的组合。圆销A偏心地装在行星轮上，主动转臂1带着行星轮3绕太阳轮O作行星运动，圆销A拨动槽轮2作间歇运动。行星轮3的绝对角速度方向与转臂角速度方向一致者称为正传动比行星槽轮机构（图4-2-80），槽轮的槽数取z＜5，圆销A的运动轨迹为短幅外摆线。反之为负传动比行星槽轮机构（图4-2-81），槽轮的槽数取z≥5，圆销A的运动轨迹为短幅内摆线，其动力性能优于正传动比行星槽轮机构。

行星槽轮机构的特点是：①槽轮在运动始末时的角加速度为零，避免了软冲，能提高转位速度，且最大角加速度也小于普通槽轮机构；②在不改变槽数的情况下，采用修正的办法可只改变行星机构的传动比就能改变动停时间比k，从而使槽数z和动停时间比k这二个重要参数可以独立选择；③槽深较小。

5.2.2　槽轮机构的几何尺寸和主要运动参数的计算（均布径向槽）

5.2.3　槽轮机构的动力性能

5.3　不完全齿轮机构

不完全渐开线齿轮机构能将主动轮的等速连续转动转换为从动轮的间歇转动。其动停时间比不受机构结构的限制，制造方便，但是从动轮在每次间歇运动的始、末有剧烈冲击，故一般只用于低速、轻载及机构冲击不影响正常工作的场合。若设置缓冲结构可改善机构的动力性能。

5.3.1　基本形式与啮合特性

不完全齿轮机构分外啮合与内啮合两类（图4-2-82、图4-2-83）。机构由三部分组成：主动轮1与从动轮2；一对锁止弧3，主动轮上的凸弧和从动轮上的凹弧可以直接切出或装配而成，也可单独制成一对锁止轮；缓冲结构，用以缓和或消除间歇运动始、末时的剧烈冲击，改善机构的动力性能。本节只讨论没有缓冲结构的运动分析与尺寸设计。

不完全齿轮的啮合特性：每一次间歇运动，可以只由一对齿啮合来完成，也可以由若干对齿来完成。不完全齿轮机构首、末二对齿的啮合过程与完全齿轮机构不同，而中间各对齿的啮合过程与完全齿轮相同。

首对齿：从动轮所处的静止位置，应使主动轮旋转时其首齿S能顺利地通过二轮顶圆右侧交点G，与从动轮具有锁止弧的齿K啮合（图4-2-84a、b）。始啮点E由从动轮的静止位置F决定，它可能位于从动轮齿顶圆弧上（图b）或啮合线段B₁P上（图a）。首齿开始推动从动轮、锁止弧恰好脱开。轮齿在段啮合时，从动轮变速转动；E点离B₁点越远，则开始啮合时冲击越大；轮齿在B₁B₂段啮合时，从动轮匀速转动。如所选参数满足连续传动条件，则第一对齿到B₂点终止啮合时，第二对齿已进入啮合。

末对齿：末对齿啮合至B₂点时，因无后续齿所以并不立即脱啮，而以主动齿顶尖角与从动末齿根部向齿顶滑动啮合，经圆弧段，最终于二顶圆左侧交点F处分离。在段啮合过程中，从动轮角速度逐渐降低。在F点终止啮合时，锁止弧恰好锁住，从动轮突然停止。

中间各对齿开始啮合于B₁点，终止啮合于B₂点。

仅由一对齿啮合来完成一次间歇运动时，啮合轨迹的前半段EB₁P（或EP）与首对齿的前半段相同；后半段PB₂F与末对齿的后半段相同。

同时看到，由于啮合轨迹较长，每次间歇运动中，从动轮所转过的角度较大，其中包含的周节数为z₂。

z₂=z₁-1＋K　　（4-2-38）

式中　z₁——一次间歇运动中，主动轮转过的齿数；

K——锁止弧覆盖部分所包含的周节数，一般K取整数。当z₁=1时，从动轮每次转过K个周节。

5.3.2　设计参数的计算

（1）K值与首、末齿齿顶高系数、的确定

从动轮的静止位置由二齿顶圆的交点F确定，当模数m、压力角α和布满齿后的假想齿数、确定后，可通过改变齿顶高来改变F点的位置。为了简化设计步骤，通常取K为整数，从动轮在静止位置时锁止弧对称于连心线O₁O₂，从动轮齿顶高系数为标准值，而仅改变主动轮首、末二齿的齿顶高系数、。

为保证从动轮每次转位前都具有相同的静止位置，应使从动轮转过2（β₂-δ₂）的角度内，恰好包含K个周节（图4-2-85）。图中G′、F′为时的两齿顶圆交点。

　　 即 　　 　　 （4-2-39）

式中，β₂为从动轮具有标准齿顶高，主动轮为修正齿顶高h_as=h_am时，二顶圆交点G、F所对从动轮中心角之半

　　 （4-2-40） 　　

δ₂为时从动轮齿顶圆齿槽所对中心角

　　 （4-2-41） 　　

α_a2为从动轮的齿顶压力角，其中（invα_a2-invα）值应化成度数后代入

　　 （4-2-42） 　　

将式（4-2-40）～式（4-2-42）代入式（4-2-39）后，仍有两个未知数K、，不能直接解得。可先假定求出近似值和K′（图4-2-85b）。这时K′可能不是整数。

令K=K′±小数=整数，并解出。当K′＋小数=整数时，；当K′-小数=整数时，。式中“±”应根据传动要求和考虑到加工的方便来确定。

K值与假想齿数、，分度圆压力角α，齿顶高系数、有关，而与模数无关。表4-2-74列出α=20°，时，不产生齿顶干涉的主动轮末齿的齿顶高系数与、、K的数值。

、处于中间值时，不能从表中用插值法求，应按式（4-2-39）～式（4-2-41）计算，才能保证从动轮有确定的静止位置。

在理论上，可使，但实际上考虑加工精度的影响，为了保证进入啮合时不发生齿顶干涉，取

　　 （4-2-43） 　　

（2）连续传动性能

由于首齿齿顶高被修正，为避免产生二次冲击，必须校核首齿与第二对齿之间的重合度ε_a。

　　 （4-2-44） 　　

式中　α_as1——主动轮首齿的齿顶压力角

　　 （4-2-45） 　　

（3）锁止弧设计

1）从动轮锁止凹弧的设计（图4-2-86）　锁止弧占有K个齿，为了保证始啮点E不致因磨损而变动，建议锁止凹弧两侧留有0.5mm模数的齿顶厚，其所对的中心角λ₂为

　　 （4-2-46） 　　

当凹弧圆心在O₁时，凹弧半径R_a为

　　 （4-2-47） 　　

2）主动轮锁止凸弧设计　主动轮首齿位于始啮点E时，主动轮上锁止凸弧的终点S应恰好落在连心线O₁O₂上（图4-2-87）；当主动轮末齿到达F点啮合时，主动轮上锁止凸弧的起点T也应恰好落在连心线O₁O₂上（图4-2-86）。凸弧的半径R_d=R_a，凸弧的圆心在O₁。O₂T=a-R_a。

①锁止凸弧终点S的确定：即确定通过S点的向径O₁S与首齿中线O₁M_S之间的夹角Q_S。

第一种情况：始啮点E落在从动轮齿顶圆弧段上（不包括B₁点，图4-2-87），即（β₂-δ₂）＞（α_a2-α′）时

Q_S=β₁＋Ψ₁　　（4-2-48）

式中　β₁——主动轮过E点的向径O₁E与O₁S之间的夹角

　　 （4-2-49） 　　

Ψ₁——向径O₁E与首齿中线M_S之间的夹角

　　 （4-2-50） 　　

α_E1主动轮过E点的压力角

　　 （4-2-51） 　　

第二种情况：始啮点E与B₁点重合，或落在B₁P段上（图4-2-88）；即（β₂-δ₂）≤（α_a2-α′）时

当啮合点由E移到节点P，主、从动轮渐开线齿廓在分度圆上对应的二点M、N都移到节点P。因此从动轮转过角，主动轮转过角

　　 ∴ 　　 　　 （4-2-52）

②锁止凸弧起点T的确定：即确定通过T点的向径O₁T与末齿中线O₁M_m之间的夹角Q_T，图4-2-86。

Q_T=β-λ₁　　（4-2-53）

式中　β——在终啮点F啮合时，主动轮上向径O₁T与O₁F间的夹角

　　 （4-2-54） 　　

λ₁——主动轮上顶圆齿厚所对中心角之半

　　 （4-2-55） 　　

α_am1——主动轮末齿顶圆压力角

　　 （4-2-56） 　　

（4）运动时间t_d和静止时间t_j

间歇运动机构从动轮的运动时间t_d和静止时间t_j是设计的重要参数之一。当主动轮等速旋转时，从动轮在一次间歇运动中的运动时间t_d可以看成z₁=1时传动所需的时间与（z₁-1）对中间齿传动所需时间之和。

　　 （4-2-57） 　　

式中　ω₁——主动轮角速度，s^-1。

　　 （4-2-58） 　　

5.3.3　不完全齿轮机构的设计计算公式及工作图

（1）不完全齿轮机构的计算公式及算例

（2）工作图例