第5章 凸轮机构及间歇运动机构

1、凸轮机构的组成和工作原理凸轮机构的组成和工作原理凸轮机构凸轮机构n凸轮机构的特点、应用和分类凸轮机构的特点、应用和分类n凸轮机构凸轮机构从动件运动规律从动件运动规律n凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计一、凸轮机构的特点与应用一、凸轮机构的特点与应用n可实现从动件的各种复杂运动规律n结构简单n易磨损（高副）n常用于自动化生产设备中传力不大的场合5.1 凸轮机构的特点、应用和分类凸轮机构的特点、应用和分类内燃机配气机构凸轮式内燃机配气机构 二二、凸轮机构的类型凸轮机构的类型1 1、按、按凸轮的形状分类凸轮的形状分类(1)、盘形回转凸轮(2)、移动凸轮 盘形凸轮的结构盘形凸轮的结构1.凸轮轴凸轮轴

2、2.整体式整体式3.组合式组合式(3)(3)、圆柱回转凸轮、圆柱回转凸轮 2 2、按、按从动件的形状分类从动件的形状分类(1)(1)、尖顶从动件、尖顶从动件(2)(2)、滚子从动件、滚子从动件(2)(2)、平底从动件、平底从动件 3、 按按从动件的运动形式分类从动件的运动形式分类摆动从动件摆动从动件移动从动件移动从动件4、按锁合方式分类形锁合：如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等形锁合：如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等 力锁合：如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等力锁合：如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等5-2 5-2 常用的从动件运动规律常用的从动件运动规律 5.2.1 5.2.1 从动件的位移图

3、线从动件的位移图线基圆：以凸轮最小半径rb所作的圆，rb称为凸轮的基圆半径。推程、推程运动角：推杆的运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移、速度和加速度随时间变化（凸轮转角变化）的规律。远停歇、远停歇角：回程、回程运动角：近停歇、近停歇角：行程：h3421位移：s=r-rb 凸轮轮廓与位移图线之间的关系凸轮轮廓与位移图线之间的关系一、等速运动规律 0/110dtdvaCdtdsvCCs运动方程式一般表达式：推程推程：00 0Sh初始条件：=0；S=0终止条件:=0 S=h推程运动方程式： 回程回程：0h 0Sh 初始条件：=0 S=h终止条件：=hS=0推程运动方程式： 运动特性运动特性：推杆

4、在运动的起始点和终止点因速度有突变，在理论上加速度值为瞬时无穷大，产生刚性冲击刚性冲击。推程运动线图推程运动线图：适用场合适用场合：低速、轻载 二、等加速等减速运动规律 22122102/2/CdtdvaCCdtdsvCCCs运动方程式一般表达式：推程推程：00 0Sh等加速段：002 0Sh2运动方程式： 等减速段：020 h2Sh运动方程式 回程回程：00 0Sh 等加速段：002 hSh2运动方程式： 等减速段：020h2S0运动方程式 运动特性运动特性：在起点、中点和终点时，加速度存在有限的突变，引起柔性冲击 适用场合：中速、轻载三、简谐运动规律（余弦加速度运动规律） 推杆推程运动方程

5、式：02022000cos2sin2cos12hahvhs推杆回程运动方程式：0022000cos2sin2cos12hahvhs 运动特性：加速度在起点和终点时有有限数值的突变，故也有柔性冲击 适用场合：中速、中载。四、正弦加速度运动规律推杆推程运动方程式：020200002sin222cos12sin21hahvhs推杆回程运动规律与推程时的相对称 运动特性：加速度在没有突变，没有冲击 适用场合：高速各种运动规律比较各种运动规律比较等速运动规律等速运动规律 有刚性冲击有刚性冲击 低速轻载低速轻载等加速等减速运动等加速等减速运动 柔性冲击柔性冲击 中速轻载中速轻载余弦加速度运动规律余弦加速度

6、运动规律 柔性冲击柔性冲击 中低速重载中低速重载正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律 无冲击无冲击 中高速轻载中高速轻载五次多项式运动规律五次多项式运动规律 无冲击无冲击 高速中载高速中载运动规律运动规律 运动特性运动特性 适用场合适用场合从动件运动规律的选择 对运动规律有要求的凸轮机构，只能按所规定的运动规律来设对运动规律有要求的凸轮机构，只能按所规定的运动规律来设计计 只对推杆工作行程有要求，而对运动规律无特殊要求时，推杆只对推杆工作行程有要求，而对运动规律无特殊要求时，推杆运动规律选取应从便于加工和动力特性来考虑。运动规律选取应从便于加工和动力特性来考虑。 低速轻载凸轮机构：采用圆弧、直

7、线等易于加工的曲线作为凸轮轮廓曲线。 高速凸轮机构：首先考虑动力特性，以避免产生过大的冲击。 大质量从动件不宜选用max太大的运动规律 高速度从动件不宜选用amax太大的运动规律从动件位移图线的绘制5-3 5-3 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计一、一、 反转法的原理反转法的原理二、用作图法设计凸轮轮廓二、用作图法设计凸轮轮廓设计要求：已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆的运动规律如图所示。试设计该对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线1、对心直动尖顶从动件盘形凸轮、对心直动尖顶从动件盘形凸轮2、对心直动滚子从动件盘形凸轮、对心直动滚子从动件盘形凸轮设设计计原原理理2

8、2、对心直动滚子从动件盘形凸轮、对心直动滚子从动件盘形凸轮已知条件: 凸轮的基圆半径为r0,滚子半径rr,凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆的运动规律如图所示。试设计对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。3 3、对心直动平底从动件盘形凸轮、对心直动平底从动件盘形凸轮已知条件已知条件: 凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆的运动规律如图所示。试设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线4 4、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构 设设计计原原理理例题：偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构 5 5、尖顶摆动从动件盘形凸轮机构、尖顶摆动从动件盘形凸轮机构 已知条

9、件已知条件:已知凸轮的基圆半径r0,凸轮转动方向。凸轮转动中心与从动件摆动中心的距离，从动件的长度，从动件的运动规律。例题例题n4、用作图法设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等角速度逆时针回转，右偏距10，基园半径30，滚子半径5。从动件运动规律为：推程等加速等减速上升16，推程运动角150；远休止角120 ；回程等减速等加速，回程运动角30 ；近休止角60 。n5、试设计一对心直动平底从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等角速度顺时针回转，基园半径30。从动件运动规律为：推程等加速等减速上升16，推程运动角150；远休止角120 ；回程等减速等加速，回程运

10、动角30 ；近休止角60 。例题n用作图法设计一对心直动滚子从动件盘形凸用作图法设计一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等角速轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等角速度逆时针回转，基园半径度逆时针回转，基园半径3030，滚子半径，滚子半径5 5。从动件行程为从动件行程为1616，运动规律如习题（，运动规律如习题（2 2）中）中图图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、 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角1. 凸轮机构的压力角压力角：从动从动件件运动方向与其受力

11、方向之间所夹的锐角锐角5-4 5-4 凸轮机构的压力角和基圆半径凸轮机构的压力角和基圆半径 ，F1 超过摩擦力时，机构将发超过摩擦力时，机构将发生自锁生自锁有效分力有效分力F2=Fcos有害分力有害分力F1=Fsin各种凸轮机构压力角的绘制返回srtan20)(02srvtan)(tan021srvv二、二、 凸轮机构的压力角与基圆半径之间的关系凸轮机构的压力角与基圆半径之间的关系跳过rrdr) 18 . 0(0 越大，r0越小，凸轮机构紧凑。 越小，r0越大，凸轮机构传力性能越好，但机构不紧凑推荐srtan20d:安装凸轮处轴径rr:滚子半径 理论廓线的曲率半径：r实际廓线的曲率半径：ra三

12、、三、 滚子半径的选取滚子半径的选取内凹轮廓：滚子半径：rr外凸轮廓：ra=rrr 结论结论 外凸的凸轮轮廓曲线, 应使rr=1-5mm,另外滚子半径还受强度、结构等的限制，因而也不能做得太小，通常取滚子半径rr=0.4r0。 min8 . 0rrr 5.5 5.5 间歇运动机构间歇运动机构一、棘一、棘 轮轮 机机 构构棘轮机构的工作原理和类型棘轮机构的工作原理和类型1 1、齿式棘轮机构、齿式棘轮机构1、单动式棘轮机构双动式及可变向棘轮机构 翻转变向棘轮机构 回转变向棘轮机构 外啮合式棘轮机构 内啮合式棘轮机构 自行车中的棘轮机构 棘轮转角的调节棘轮转角的调节 1.调节摇杆摆动角度的大小，控制

13、棘轮的转角 用遮板调节棘轮转角 齿式棘轮机构的特点齿式棘轮机构的特点 齿式棘轮机构运动可靠，从动棘轮容易实现有级调节，但是有噪声、冲击，轮齿易摩损，高速时尤其严重，常用于低速、轻载的间歇传动。 2 2、摩擦式棘轮机构、摩擦式棘轮机构摩擦式棘轮机构可实现有级调节，无噪声，有打滑3 3、棘轮机构的应用、棘轮机构的应用 1）、送进和输送 2）、制动 3）、超越 例题例题n在牛头刨床的进给机构中，设进给螺旋的导程为在牛头刨床的进给机构中，设进给螺旋的导程为5mm，而与螺旋固定连接的棘轮有，而与螺旋固定连接的棘轮有28个齿，问个齿，问棘轮的最小转角是多少？该牛头刨床的最小进给棘轮的最小转角是多少？该牛头

14、刨床的最小进给量是多少？量是多少？1、槽轮机构的工作原理和特点外啮合槽轮机构 内啮合槽轮机构 二、槽二、槽 轮轮 机机 构构槽轮机构的类型及应用电影放映机中的槽轮机构（动画） 空间槽轮机构（动画）六角车床上的槽轮机构优点：结构简单，工作可靠，效率高，能准确控制转动的角度。常用于要求恒定旋转角的分度机构中。 缺点：对一个已定的槽轮机构来说，其转角不能调节。 在转动始、末，加速度变化较大，有冲击。 应用：应用在转速不高，要求间歇转动的装置中。电影放映机中，用以间歇地移动影片。自动机中的自动传送链装置。 2 2、 槽轮机构的运动特性槽轮机构的运动特性 槽轮的槽数槽轮的槽数z讨论：讨论：1）Z2222

15、122k1ttdZZZ1212222k1k0，Z32） 槽轮的运动时间总小于静止时间槽轮的运动时间总小于静止时间21k单销时单销时 2. 拨盘上的圆柱销数n的确定 n讨论：由k0.5,可增加销子数量三、不完全齿轮机构简介三、不完全齿轮机构简介从动轮每转一周的停歇时间、运动时间及每次转动的角度变化范围都较大，设计较灵活；但加工工艺复杂，从动轮在运动开始，终了时冲击较大，故一般用于低速、轻载场合。 n例题例题1.已知槽轮的槽数已知槽轮的槽数z=6，拨盘的园销数，拨盘的园销数K=1，转速，转速n1=60rpm，求槽轮的运动时间和，求槽轮的运动时间和静止时间。静止时间。2.在转塔车床上六角刀架转位用的槽轮机构在转塔车床上六角刀架转位用的槽轮机构