日内瓦驱动器
日内瓦驱动器（英语：Geneva drive），又称马尔他十字机构（法语：Croix de Malte），是一种可将连续旋转转换为间歇旋转的齿轮机构。旋转的驱动轮上有一销子，其可伸入从动轮的槽中，使从动轮向前旋转一定的幅度。驱动轮上还具有阻挡圆盘，可以确保从动轮在每一步移动间能在适当的位置上。
背景
[编辑]日内瓦驱动器的名称源于重要的机械表制造中心瑞士日内瓦，其最初应用于机械手表的制作。[1]由于四槽的从动轮与马耳他十字的形状甚为相似，因而又被称为马尔他十字机构。鉴于其可以被制成小尺寸机构且能够承受相当大的机械应力，因此经常应用于手表中。
最常见的从动轮具有四个槽，当驱动轮旋转一周时，从动轮即向前旋转90°。若从动轮具有n个槽，驱动轮每旋转一周，从动轮便旋转360°/n。
日内瓦驱动器在运作的过程中需要良好的润滑，所以它通常封装在油胶囊中运转。
用途与应用
[编辑]日内瓦驱动器应用于电影放映机。电影底片并不会连续地通过放映机，反而是一帧一帧地通过。每帧底片停留在镜头前1/24秒，并且闪两次，而形成48赫兹的频率。这种间歇性的运转可以利用日内瓦驱动器实现。（现代电影放映机也可能使用电子控制式分度机构或步进马达，使底片快速地通过。）日内瓦驱动器在电影放映机的第一次使用可以追溯到1896年奥斯卡·梅斯特及马克思·格利维（Max Gliewe）的放映机与罗伯特·威廉·保罗的“Theatrograph”。以前的投影机，包括由托马斯·阿马特设计、由爱迪生销售的“维太放映机”，使用了乔治·德门尼于1893年所发明的“拍打机构”以实现间歇性的底片传送。
具有从动轮的日内瓦驱动器也应用在机械表中，但其并非用于手表的驱动，而是限制弹簧的张力，使得其能在弹力限度内运作。若从动轮的其中一槽被封闭，驱动轮的转数便会受到从动轮的限制。在手表中，驱动轮将发条旋上，而其中一槽被封闭的四槽或五槽从动轮防止弹簧及发条旋得太紧或太松。这便是所谓的日内瓦停止机构，由制表工人于17至18世纪期间发明。
日内瓦驱动器的其他应用包括绘图机中的换笔装置、自动采样装置、点钞机、在工业及制造业中的各种形式的可转位设备（如数控机床中的刀具更换器、六角车床、螺丝机、转塔钻头，部分分度头、旋转台等）。铁环时钟亦使用日内瓦驱动器使铁环间歇性的运动。
在太空任务中，日内瓦驱动器用来改变曙光号分辐照相机的滤光镜于2011年对灶神星的拍摄作业。其可以确保当其中一个机械损坏时，至少有一面滤光镜可以使用。[2]
变形
[编辑]内部日内瓦驱动器
[编辑]内部日内瓦驱动器是日内瓦驱动器的一种变体。轴承只能安装在其驱动轮轴上的其中一侧。在从动轮旋转一步期间，外部日内瓦驱动器的驱动轮旋转度数必小于180°；而内部日内瓦驱动器的驱动轮旋转度数必大于180°。因此，其驱动轮旋转时间较静止时间长。
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内部日内瓦驱动器 -
动画显示一个运转中的内部日内瓦驱动器
外部驱动器的形式相较之下还是比较常见，因为其可以小型化以及禁得起较大的机械应力。
球形日内瓦驱动器
[编辑]日内瓦驱动器另一种变形是球形日内瓦驱动器，其可以改变旋转轴的方向。在图中，绿色的构造为驱动轮、紫色的构造为从动轮。[3]
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球形日内瓦驱动器
运动学
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图表显示出外部四槽日内瓦驱动器的物理量曲线图。当驱动器销子进入及离开插槽时，加速度有不连续性。这造成了加加速度图中有无限的尖峰（狄拉克尖峰），进而使其震动。
参见
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ Geneva Drive Mechanism. robives.com. [2017-04-09]. （原始内容存档于2016-05-15） （英语）.
- ^ Dawn Spacecraft & Mission Overview – Spacecraft & Satellites. Spaceflight101.com. [2017-07-16]. （原始内容存档于2017-05-06） （英语）.
- ^ Bickford, John H. Geneva Mechanisms. Mechanisms for intermittent motion (PDF). New York: Industrial Press inc. 1972. 128 [2017-07-16]. ISBN 0-8311-1091-0. （原始内容存档 (PDF)于2018-09-21） （英语）.
延伸阅读
[编辑]- Sclater, Neil, Cam, Geneva, and Ratchet Drives and Mechanisms, Mechanisms and Mechanical Devices Sourcebook 5th, New York: McGraw Hill: 180–210, 2011, ISBN 978-0-07170442-7. Drawings and designs of various drives.（英文）
外部链接
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- The Geneva wheel (tutorial), Cornell, [2017-07-16], （原始内容存档于2016-03-14）.（英文）
- Geneva Mechanism: its history, function, and weaknesses, The University of Nebraska, [2017-07-16], （原始内容存档于2020-11-12）.（英文）
- External Geneva drive (animation), Brock eng, [2017-07-16], （原始内容存档于2020-06-27）.（英文）
- 美国专利第6,183,087号 – Quickermittent. Modified starwheel for fast pulldown.
- LEGO Geneva Mechanism, Brick engineer (animation and instructions for building), Oct 7, 2007 [2017-07-16], （原始内容存档于2021-01-25）（英文）