槽轮机构

机械工程学术语

槽轮机构（Geneva Drive）是由装有圆柱销的主动拨盘、槽轮和机架组成的单向间歇运动机构，又称马耳他机构。它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。

典型结构

槽轮机构的典型结构如图1所示，它由主动拨盘1、从动槽轮2和机架组成。拨盘1以等角速度作连续回转，当拨盘上的圆销A未进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹锁止弧被拨盘1的外凹锁止弧卡住，故槽轮不动。图1所示为圆销A刚进入槽轮径向槽时的位置，此时锁止弧也刚被松开。此后，槽轮受圆销A的驱使而转动。而圆销A在另一边离开径向槽时，锁止弧又被卡住，槽轮又静止不动。直至圆销A再次进入槽轮的另一个径向槽时，又重复上述运动。所以，槽轮作时动时停的间歇运动。

槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，机械效率高，并能较平稳地、间歇地进行转位。但因为传动时尚存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。

类型及应用

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。

图2所示为外槽轮机构在电影放映机中的应用情况

图3所示则为在单轴六角自动车床转塔刀架的转位机构中的应用情况

通常，槽轮上的各槽是均匀分布的，并且是用于传递平行轴之间的运动，这样的槽轮机构称为普通槽轮机构。在某些机械中也还用到一些特殊形式的槽轮机构。如图4所示的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。这样，在槽轮转一周中，可以实现几个运动时间和停歇时间均不相同的运动要求。

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（spherical Geneva mechanism）。图5所示为两相交轴间夹角为90°的球面槽轮机构。其从动槽轮2呈半球形，主动拨轮1的轴线及拨销3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。

运动系数

普通槽轮机构的运动系数

在外槽轮机构结构图中，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

因为拨盘1一般为等速回转，所以时间之比可以用拨盘转角之比来表示。对于单圆销外槽轮机构，时间与所对应的拨盘转角分别为与。又为了避免圆销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。由图1可知，。其中为槽轮槽间角。设槽轮有z个均布槽，则，将上述关系代入公式得外槽轮机构的运动系数为

因为运动系数k应大于零，所以外槽轮的槽数z应大于或等于3。又由上式可知，其运动系数k总小于0.5，故这种单销外槽轮机构槽轮的运动时间总小于其静止时间。

如果在拨盘1上均匀的分布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

又因k值应小于或等于1，即

由此得

由上式可得槽数与圆销数的关系如下表所示

对于单销内槽轮机构，其运动系数为

显然k>0.5。

运动特性

图6所示为外槽轮机构的任一位置。设拨盘和槽轮的位置分别用和来表示，并规定和在圆销进入区为负，在圆销离开区为正。

设圆销至槽轮回转轴心的距离为，在图6所示位置时，有

从上两式中消去，并令，可得

将上式对时间t求导，并令，则得

由上两式可知，当拨盘的角速度一定时，槽轮的角速度及角加速度的变化取决于槽轮的槽数z。图7给出了槽数z=3,4,6时的外槽轮机构的角速度和角加速度变化曲线。由图7中可以看出，槽轮运动的角速度和角加速度的最大值随槽数z的减少而增大。此外，当圆销开始进入和退出径向槽时，由于角加速度有突变，故在此两瞬时有柔性冲击。而且槽轮的槽数z愈少，柔性冲击愈大。

四槽内槽轮机构的角速度和角加速度的变化曲线如图8所示。由图8可见，当圆销开始进入和退出径向槽时，和外槽轮机构一样，也有角加速度突变，但当时，角加速度数值迅速下降并趋于零。可见，内槽轮机构的动力性能比外槽轮机构好很多。

几何尺寸计算

在机械中最常用的是径向槽分布均匀的外槽轮机构。对于这种机构，在设计计算时，首先要根据工作要求确定槽轮的槽数z和主动拨盘的圆销数n；再按受力情况和实际机械所允许的安装空间和尺寸，确定中心距L和圆销半径r；最后可按照几何关系求出其他尺寸：

拨盘轴的直径及槽轮轴的直径受以下条件限制：

锁止弧的半径大小根据槽轮轮叶齿顶厚度b来确定，通常取b=3~10mm。

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