第5章 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)

1、凸輪機(jī)構(gòu)的組成和工作原理凸輪機(jī)構(gòu)的組成和工作原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)n凸輪機(jī)構(gòu)的特點、應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的特點、應(yīng)用和分類n凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)從動件運(yùn)動規(guī)律從動件運(yùn)動規(guī)律n凸輪輪廓曲線的設(shè)計凸輪輪廓曲線的設(shè)計一、凸輪機(jī)構(gòu)的特點與應(yīng)用一、凸輪機(jī)構(gòu)的特點與應(yīng)用n可實現(xiàn)從動件的各種復(fù)雜運(yùn)動規(guī)律n結(jié)構(gòu)簡單n易磨損（高副）n常用于自動化生產(chǎn)設(shè)備中傳力不大的場合5.1 凸輪機(jī)構(gòu)的特點、應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的特點、應(yīng)用和分類內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)凸輪式內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu) 二二、凸輪機(jī)構(gòu)的類型凸輪機(jī)構(gòu)的類型1 1、按、按凸輪的形狀分類凸輪的形狀分類(1)、盤形回轉(zhuǎn)凸輪(2)、移動凸輪 盤形凸輪的結(jié)構(gòu)盤形凸輪的結(jié)構(gòu)1.凸輪軸凸輪軸

2、2.整體式整體式3.組合式組合式(3)(3)、圓柱回轉(zhuǎn)凸輪、圓柱回轉(zhuǎn)凸輪 2 2、按、按從動件的形狀分類從動件的形狀分類(1)(1)、尖頂從動件、尖頂從動件(2)(2)、滾子從動件、滾子從動件(2)(2)、平底從動件、平底從動件 3、 按按從動件的運(yùn)動形式分類從動件的運(yùn)動形式分類擺動從動件擺動從動件移動從動件移動從動件4、按鎖合方式分類形鎖合：如溝槽凸輪、等徑及等寬凸輪、共軛凸輪等形鎖合：如溝槽凸輪、等徑及等寬凸輪、共軛凸輪等 力鎖合：如靠重力、彈簧力鎖合的凸輪等力鎖合：如靠重力、彈簧力鎖合的凸輪等5-2 5-2 常用的從動件運(yùn)動規(guī)律常用的從動件運(yùn)動規(guī)律 5.2.1 5.2.1 從動件的位移圖

3、線從動件的位移圖線基圓：以凸輪最小半徑rb所作的圓，rb稱為凸輪的基圓半徑。推程、推程運(yùn)動角：推桿的運(yùn)動規(guī)律：是指推桿在運(yùn)動過程中，其位移、速度和加速度隨時間變化（凸輪轉(zhuǎn)角變化）的規(guī)律。遠(yuǎn)停歇、遠(yuǎn)停歇角：回程、回程運(yùn)動角：近停歇、近停歇角：行程：h3421位移：s=r-rb 凸輪輪廓與位移圖線之間的關(guān)系凸輪輪廓與位移圖線之間的關(guān)系一、等速運(yùn)動規(guī)律 0/110dtdvaCdtdsvCCs運(yùn)動方程式一般表達(dá)式：推程推程：00 0Sh初始條件：=0；S=0終止條件:=0 S=h推程運(yùn)動方程式： 回程回程：0h 0Sh 初始條件：=0 S=h終止條件：=hS=0推程運(yùn)動方程式： 運(yùn)動特性運(yùn)動特性：推桿

4、在運(yùn)動的起始點和終止點因速度有突變，在理論上加速度值為瞬時無窮大，產(chǎn)生剛性沖擊剛性沖擊。推程運(yùn)動線圖推程運(yùn)動線圖：適用場合適用場合：低速、輕載 二、等加速等減速運(yùn)動規(guī)律 22122102/2/CdtdvaCCdtdsvCCCs運(yùn)動方程式一般表達(dá)式：推程推程：00 0Sh等加速段：002 0Sh2運(yùn)動方程式： 等減速段：020 h2Sh運(yùn)動方程式 回程回程：00 0Sh 等加速段：002 hSh2運(yùn)動方程式： 等減速段：020h2S0運(yùn)動方程式 運(yùn)動特性運(yùn)動特性：在起點、中點和終點時，加速度存在有限的突變，引起柔性沖擊 適用場合：中速、輕載三、簡諧運(yùn)動規(guī)律（余弦加速度運(yùn)動規(guī)律） 推桿推程運(yùn)動方程

5、式：02022000cos2sin2cos12hahvhs推桿回程運(yùn)動方程式：0022000cos2sin2cos12hahvhs 運(yùn)動特性：加速度在起點和終點時有有限數(shù)值的突變，故也有柔性沖擊 適用場合：中速、中載。四、正弦加速度運(yùn)動規(guī)律推桿推程運(yùn)動方程式：020200002sin222cos12sin21hahvhs推桿回程運(yùn)動規(guī)律與推程時的相對稱 運(yùn)動特性：加速度在沒有突變，沒有沖擊 適用場合：高速各種運(yùn)動規(guī)律比較各種運(yùn)動規(guī)律比較等速運(yùn)動規(guī)律等速運(yùn)動規(guī)律 有剛性沖擊有剛性沖擊 低速輕載低速輕載等加速等減速運(yùn)動等加速等減速運(yùn)動 柔性沖擊柔性沖擊 中速輕載中速輕載余弦加速度運(yùn)動規(guī)律余弦加速度

6、運(yùn)動規(guī)律 柔性沖擊柔性沖擊 中低速重載中低速重載正弦加速度運(yùn)動規(guī)律正弦加速度運(yùn)動規(guī)律 無沖擊無沖擊 中高速輕載中高速輕載五次多項式運(yùn)動規(guī)律五次多項式運(yùn)動規(guī)律 無沖擊無沖擊 高速中載高速中載運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動規(guī)律 運(yùn)動特性運(yùn)動特性 適用場合適用場合從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇 對運(yùn)動規(guī)律有要求的凸輪機(jī)構(gòu)，只能按所規(guī)定的運(yùn)動規(guī)律來設(shè)對運(yùn)動規(guī)律有要求的凸輪機(jī)構(gòu)，只能按所規(guī)定的運(yùn)動規(guī)律來設(shè)計計 只對推桿工作行程有要求，而對運(yùn)動規(guī)律無特殊要求時，推桿只對推桿工作行程有要求，而對運(yùn)動規(guī)律無特殊要求時，推桿運(yùn)動規(guī)律選取應(yīng)從便于加工和動力特性來考慮。運(yùn)動規(guī)律選取應(yīng)從便于加工和動力特性來考慮。 低速輕載凸輪機(jī)構(gòu)：采用圓弧、直

7、線等易于加工的曲線作為凸輪輪廓曲線。 高速凸輪機(jī)構(gòu)：首先考慮動力特性，以避免產(chǎn)生過大的沖擊。 大質(zhì)量從動件不宜選用max太大的運(yùn)動規(guī)律 高速度從動件不宜選用amax太大的運(yùn)動規(guī)律從動件位移圖線的繪制5-3 5-3 凸輪輪廓曲線設(shè)計凸輪輪廓曲線設(shè)計一、一、 反轉(zhuǎn)法的原理反轉(zhuǎn)法的原理二、用作圖法設(shè)計凸輪輪廓二、用作圖法設(shè)計凸輪輪廓設(shè)計要求：已知凸輪的基圓半徑為r0,凸輪沿逆時針方向等速回轉(zhuǎn)。而推桿的運(yùn)動規(guī)律如圖所示。試設(shè)計該對心直動尖頂從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線1、對心直動尖頂從動件盤形凸輪、對心直動尖頂從動件盤形凸輪2、對心直動滾子從動件盤形凸輪、對心直動滾子從動件盤形凸輪設(shè)設(shè)計計原原理理2

8、2、對心直動滾子從動件盤形凸輪、對心直動滾子從動件盤形凸輪已知條件: 凸輪的基圓半徑為r0,滾子半徑rr,凸輪沿逆時針方向等速回轉(zhuǎn)。推桿的運(yùn)動規(guī)律如圖所示。試設(shè)計對心直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線。3 3、對心直動平底從動件盤形凸輪、對心直動平底從動件盤形凸輪已知條件已知條件: 凸輪的基圓半徑為r0,凸輪沿逆時針方向等速回轉(zhuǎn)。推桿的運(yùn)動規(guī)律如圖所示。試設(shè)計對心直動平底從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線4 4、偏置尖頂直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)、偏置尖頂直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 設(shè)設(shè)計計原原理理例題：偏置尖頂直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 5 5、尖頂擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)、尖頂擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 已知條

9、件已知條件:已知凸輪的基圓半徑r0,凸輪轉(zhuǎn)動方向。凸輪轉(zhuǎn)動中心與從動件擺動中心的距離，從動件的長度，從動件的運(yùn)動規(guī)律。例題例題n4、用作圖法設(shè)計一偏置直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪輪廓曲線。已知凸輪以等角速度逆時針回轉(zhuǎn)，右偏距10，基園半徑30，滾子半徑5。從動件運(yùn)動規(guī)律為：推程等加速等減速上升16，推程運(yùn)動角150；遠(yuǎn)休止角120 ；回程等減速等加速，回程運(yùn)動角30 ；近休止角60 。n5、試設(shè)計一對心直動平底從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪輪廓曲線。已知凸輪以等角速度順時針回轉(zhuǎn)，基園半徑30。從動件運(yùn)動規(guī)律為：推程等加速等減速上升16，推程運(yùn)動角150；遠(yuǎn)休止角120 ；回程等減速等加速，回程運(yùn)

10、動角30 ；近休止角60 。例題n用作圖法設(shè)計一對心直動滾子從動件盤形凸用作圖法設(shè)計一對心直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪輪廓曲線。已知凸輪以等角速輪機(jī)構(gòu)的凸輪輪廓曲線。已知凸輪以等角速度逆時針回轉(zhuǎn)，基園半徑度逆時針回轉(zhuǎn)，基園半徑3030，滾子半徑，滾子半徑5 5。從動件行程為從動件行程為1616，運(yùn)動規(guī)律如習(xí)題（，運(yùn)動規(guī)律如習(xí)題（2 2）中）中圖圖5-175-17所示，其中所示，其中1 1=120 =120 、 2 2=60 =60 、 3 3=120 =120 、 4 4=60 =60 。 一、一、 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角1. 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角壓力角：從動從動件件運(yùn)動方向與其受力

11、方向之間所夾的銳角銳角5-4 5-4 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和基圓半徑凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和基圓半徑 ，F(xiàn)1 超過摩擦力時，機(jī)構(gòu)將發(fā)超過摩擦力時，機(jī)構(gòu)將發(fā)生自鎖生自鎖有效分力有效分力F2=Fcos有害分力有害分力F1=Fsin各種凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的繪制返回srtan20)(02srvtan)(tan021srvv二、二、 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與基圓半徑之間的關(guān)系凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與基圓半徑之間的關(guān)系跳過rrdr) 18 . 0(0 越大，r0越小，凸輪機(jī)構(gòu)緊湊。 越小，r0越大，凸輪機(jī)構(gòu)傳力性能越好，但機(jī)構(gòu)不緊湊推薦srtan20d:安裝凸輪處軸徑rr:滾子半徑 理論廓線的曲率半徑：r實際廓線的曲率半徑：ra三

12、、三、 滾子半徑的選取滾子半徑的選取內(nèi)凹輪廓：滾子半徑：rr外凸輪廓：ra=rrr 結(jié)論結(jié)論 外凸的凸輪輪廓曲線, 應(yīng)使rr=1-5mm,另外滾子半徑還受強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)等的限制，因而也不能做得太小，通常取滾子半徑rr=0.4r0。 min8 . 0rrr 5.5 5.5 間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)一、棘一、棘 輪輪 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理和類型棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理和類型1 1、齒式棘輪機(jī)構(gòu)、齒式棘輪機(jī)構(gòu)1、單動式棘輪機(jī)構(gòu)雙動式及可變向棘輪機(jī)構(gòu) 翻轉(zhuǎn)變向棘輪機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)變向棘輪機(jī)構(gòu) 外嚙合式棘輪機(jī)構(gòu) 內(nèi)嚙合式棘輪機(jī)構(gòu) 自行車中的棘輪機(jī)構(gòu) 棘輪轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié) 1.調(diào)節(jié)搖桿擺動角度的大小，控制

13、棘輪的轉(zhuǎn)角 用遮板調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角 齒式棘輪機(jī)構(gòu)的特點齒式棘輪機(jī)構(gòu)的特點 齒式棘輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動可靠，從動棘輪容易實現(xiàn)有級調(diào)節(jié)，但是有噪聲、沖擊，輪齒易摩損，高速時尤其嚴(yán)重，常用于低速、輕載的間歇傳動。 2 2、摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)、摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)可實現(xiàn)有級調(diào)節(jié)，無噪聲，有打滑3 3、棘輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用、棘輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 1）、送進(jìn)和輸送 2）、制動 3）、超越 例題例題n在牛頭刨床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)中，設(shè)進(jìn)給螺旋的導(dǎo)程為在牛頭刨床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)中，設(shè)進(jìn)給螺旋的導(dǎo)程為5mm，而與螺旋固定連接的棘輪有，而與螺旋固定連接的棘輪有28個齒，問個齒，問棘輪的最小轉(zhuǎn)角是多少？該牛頭刨床的最小進(jìn)給棘輪的最小轉(zhuǎn)角是多少？該牛頭

14、刨床的最小進(jìn)給量是多少？量是多少？1、槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理和特點外嚙合槽輪機(jī)構(gòu) 內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu) 二、槽二、槽 輪輪 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用電影放映機(jī)中的槽輪機(jī)構(gòu)（動畫） 空間槽輪機(jī)構(gòu)（動畫）六角車床上的槽輪機(jī)構(gòu)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，效率高，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)動的角度。常用于要求恒定旋轉(zhuǎn)角的分度機(jī)構(gòu)中。 缺點：對一個已定的槽輪機(jī)構(gòu)來說，其轉(zhuǎn)角不能調(diào)節(jié)。 在轉(zhuǎn)動始、末，加速度變化較大，有沖擊。 應(yīng)用：應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高，要求間歇轉(zhuǎn)動的裝置中。電影放映機(jī)中，用以間歇地移動影片。自動機(jī)中的自動傳送鏈裝置。 2 2、 槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性 槽輪的槽數(shù)槽輪的槽數(shù)z討論：討論：1）Z2222

15、122k1ttdZZZ1212222k1k0，Z32） 槽輪的運(yùn)動時間總小于靜止時間槽輪的運(yùn)動時間總小于靜止時間21k單銷時單銷時 2. 撥盤上的圓柱銷數(shù)n的確定 n討論：由k0.5,可增加銷子數(shù)量三、不完全齒輪機(jī)構(gòu)簡介三、不完全齒輪機(jī)構(gòu)簡介從動輪每轉(zhuǎn)一周的停歇時間、運(yùn)動時間及每次轉(zhuǎn)動的角度變化范圍都較大，設(shè)計較靈活；但加工工藝復(fù)雜，從動輪在運(yùn)動開始，終了時沖擊較大，故一般用于低速、輕載場合。 n例題例題1.已知槽輪的槽數(shù)已知槽輪的槽數(shù)z=6，撥盤的園銷數(shù)，撥盤的園銷數(shù)K=1，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n1=60rpm，求槽輪的運(yùn)動時間和，求槽輪的運(yùn)動時間和靜止時間。靜止時間。2.在轉(zhuǎn)塔車床上六角刀架轉(zhuǎn)位用的槽輪機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)塔車床上六角刀架轉(zhuǎn)位用的槽輪機(jī)構(gòu)