談步進傳動研究

【摘 要】機械中變換運動的形式是多種多樣的，隨著自動機械的發展，還常需把連續運動變換成時動時停的步進運動，如自動沖壓、剪切、冷鐓等機械中要求步進送料，在自動包裝機械中的步進運輸，以及機械加工中的步進進給和步進分度等均應用步進傳動。本文就常用的一些步進機構作簡單的介紹。

【關鍵詞】自動沖壓；步進傳動；剪切

1 棘輪機構

一棘輪步進機構，該機構由棘輪3、搖桿2、驅動棘爪1、制動棘爪4和機架所組成。彈簧5用來使制動棘爪4和棘輪3保持接觸。棘輪固聯在機構的傳動軸O上，驅動棘爪裝在搖桿上并與之組成回轉副A，搖桿空套在O軸上，當搖桿2繞軸O向左擺動時，驅動棘爪1便插入棘輪的齒槽，使棘輪一起回轉某一角度，此時制動棘爪則在棘輪的齒背上滑動。當搖桿向右擺動時，制動棘爪阻止棘輪反轉，使驅動棘爪在齒背上滑過，故棘輪靜止不動。因此，當搖桿做連續往復擺動時，棘輪便做單向的步進轉動。棘輪每次轉過的角度決定于搖桿擺角的大小，因此改變搖桿擺角，便可改變棘輪每次的轉角。

當棘爪與棘輪的輪齒在B點開始接觸時，棘爪受到法向反力N和摩擦力F的作用。為了保證棘爪能順利地進入棘輪的齒根而不向外滑脫，則必須使法向反力N對棘撲軸心A的力矩大于摩擦力F對軸心A的力矩。為使機構的傳力性能最佳，棘爪的軸心A應在棘輪徑向線OB的垂直線上，即∠OBA=90°。棘輪機構的幾何尺寸計算可參閱有關手冊。

棘輪步進機構的類型很多。內接式棘輪步進機構，棘輪輪齒嵌在內緣上，棘齒為鋸齒形。可變向的棘輪步進機構，棘齒為矩形。棘爪在實線位置時，搖桿往復擺動能使棘輪做單向逆時針步進回轉；棘爪在虛線位置時，搖桿往復擺動能使棘輪做單向順時針步回轉。牛頭刨床工作臺的橫向進給裝置上就應用這種可變向棘輪步進機構。

上述具有輪齒的棘輪步進機構，其棘輪的轉角必定是齒距角的整數倍，因而不可能無級地改變棘輪的轉角。如需無級地改變棘輪轉角，無齒棘輪步進機構；當搖桿1往復擺動時，由于棘爪2與棘輪3間的摩擦自鎖作用，帶動棘輪做單向步進轉動，棘爪4起止動棘輪反轉作用，故又稱摩擦式棘輪步進機構。因此，其棘輪轉角的大小可隨搖桿的擺角大小變化進行無級地調節。

在棘輪步進傳動中，一般是以棘爪為主動件，而棘輪則為從動件。棘爪本身的運動可由凸輪傳動、連桿傳動、油缸、電磁鐵等機構來驅動。

2 槽輪機構

槽輪步進機構，它由裝有圓柱銷A的撥盤1、具有均布的開口徑向槽的槽輪2及機架所組成。當主動件撥盤1以等角速度回轉時，圓柱銷A進入從動件的徑向槽，推動槽輪做變速回轉，圓柱銷從A點進入槽輪并轉過角2φ1離開徑向槽后，槽輪的內凹弧β2便被撥盤的外凸弧β1鎖住而靜止不動，直到圓柱銷進入下一個徑向槽時又重復上述運動。因此，槽輪步進機構能將撥盤的連續回轉運動轉換為槽輪的單向步進轉動。這種機構在自動的轉位機構、電影放映機卷片機構等自動或半自動機械中獲得廣泛的應用。

由此可知，這種內嚙合槽輪進步機構的運動系數τ始終大于0.5，但又必須小于1，故其槽輪的徑向槽數不能小于3。

槽輪步進機構的幾何尺寸計算可參閱有關手冊。

3 不完全齒輪機構

不完全齒輪機構。它的主動輪1是只有一個齒或幾個齒的不完全齒輪，從動輪2是由正常齒和帶鎖止弧S的厚齒彼此相間組成。當主動輪1上的齒與輪2上的齒相嚙合時，驅使從動輪2轉動；當輪1的無齒圓弧部分與輪2接觸時，從動輪停歇不動，因此當主動輪連續轉動時，從動輪做間歇運動。主動連續轉過一周時，從動輪分別間歇地轉過和周。為了防止從動輪在停歇期間游動，兩輪輪緣上分別裝有鎖止弧。

不完全齒輪機構工作可靠，其從動輪的運動時間、停歇時間及每次轉動的角度可在較大范圍內變化。但是，這種機構的從動輪在進入和脫離嚙合時因速度突變，沖擊較大，故一般只適用于低速輕載的場合。

4 步進電機

前面所介紹的均為機械式的步進機構，目前許多步進運動，也可直接由步進電機來完成，下面就此作一簡單介紹。

步進電機的工作原理是建立在被勵磁的定子電磁鐵吸引可旋轉的轉子銜鐵使之產生轉矩從而旋轉，即靠磁鐵吸力作用把電磁能轉變成機械角位移。每次步進為1.5°轉角的徑向分相步進電機結構原理圖。其轉子外圓周均勻分布80個齒，定子分為三相，設立六個磁極，每個磁極表面銑有若干個與轉子一樣的齒，定子與轉子齒間的夾角均為4.5°，如按A、B、C次序使定子繞組通電，則步進電機轉子將按逆時針方向每次步進轉動個齒，即每步轉動1.5°，稱為步距角。由上述原理可知，步距角的大小決定于轉子的齒數，若轉子齒數為40個時，則步距角為3°。如果變更定子線圈通電順序及方式，電機轉子主動方向及轉角大小也會隨之改變。為了實現照一定規律給步進電機磁極供電勵磁，可以采用件組成的脈沖分配器，也可軟件辦法解決。有關步進電機的一些九及指標可查閱相關的產品說明書。

[責任編輯：楊玉潔]