机械设计基础 第五版 课件 CH03 凸轮机构、CH04 间歇运动机构

第三章凸轮机构——机械设计基础第三章凸轮机构§3-1凸轮机构的应用与分类§3-2从动件的运动规律§3-3用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线§3-4凸轮机构的压力角和基本尺寸

重点学习内容1.用反转法绘制盘状凸轮轮廓曲线。2.了解凸轮机构的压力角和自锁的关系，压力角和基圆半径的关系，以及滚子半径与凸轮轮廓曲线形状的关系。§3-1凸轮机构的应用与分类一、凸轮机构的应用

凸轮机构—高副机构，可方便实现各种复杂的预期的运动规律内燃机配气凸轮机构1.按凸轮形状分

1）盘形凸轮(DiskCam)

二、凸轮机构的分类(ClassificationofCams）2）移动凸轮(TranslatingCam)3）空间凸轮(SpatialCam)2.按从动件形状分1）尖顶从动件(TipFollower)2）滚子从动件(RollerFollower)

3）平底从动件(Flat-facedFollower)3.按从动件运动形式分2）摆动从动件(Oscillating)1）移动从动件(TranslatingFollower)滚子摆动从动件尖顶摆动从动件升程:

在推程或回程中从动件的最大位移,用

h

表示；§3-2从动件的运动规律一、基本术语基圆：以凸轮轴心为圆心,以其理论轮廓最小向径r0为半径的圆；推程运动角

0：与从动件推程相对应的凸轮转角

远休止角

s

：与从动件远休程相对应的凸轮转角

回程运动角

h

：与从动件回程相对应的凸轮转角近休止角

s’：与从动件近休程相对应的凸轮转角二、从动件运动规律(LawofMotionofFollower)

以推程为例进行分析1.等速运动规律(LawofConstantVelocityMotion)

从动件的运动速度为常数时，称为等速运动规律，有：

v2=C1=常数s2=C1t+C2a2=dv2/dt=0开始时，停止时，开始、停止时加速度无穷大，惯性力也无穷大，我们把加速度无穷大引起的冲击称为刚性冲击。只适用于低速和从动件质量较小的凸轮机构。

代入初始条件，得：2.等加速等减速运动规律(LawofConstantAccelerationandDecelerationMotion)从动件在前半推程（回程）作等加速运动，在后半推程（回程）作等减速运动，通常等加速度和等减速度的绝对值相等。在起始点及等加等减的交结点加速度发生突变，产生柔性冲击，适宜于中、低速，轻载场合。前半推程：后半推程：3.简谐(余弦加速度)运动规律(LawofCosineAccelerationMotion)质点在圆周上作匀速运动，它在该圆直径上的投影所构成的运动称为简谐运动从动件的位移方程为：代入初始条件，得运动方程为：行程始末会引起柔性冲击，只适于中速场合，此外，还有其它的加速度运动规律。为了获得更好的运动特性，可以把各种运动规律组合起来应用，组合时应保证加速度线图始终保持连续。三、从动件运动规律的选择考虑因素：刚性冲击和柔性冲击，和，见表3-1。§3-3用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线反转法原理

凸轮机构的相对运动情况：从动件始终与凸轮保持接触，从动件尖顶的一系列位置—凸轮轮廓反转法演示一、对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制(LineTranslatingTipFollowerCams)1.已知条件：基圆半径r0,凸轮的转动方向，从动件的位移线图s2=f()2.设计步骤（1）按同一比例尺绘制从动件位移线图和基圆。（2）等分从动件位移线图和基圆。（4）量取11’=B1B1，,22’=B2B2，,…，得点B1，B2，…（5）以光滑曲线连点B0，B1，B2，…得凸轮轮廓曲线（3）连接OB1，、OB2，、OB3，，…，并延长各径向线。把滚子中心看成是尖顶从动件的尖顶，绘理论轮廓曲线β0，然后以理论轮廓曲线上各点为圆心画一系列滚子圆，作这些滚子圆的内包络线即为实际轮廓曲线β

。（注意基圆半径r0的定义）二、对心移动滚子从动件盘形凸轮(TranslatingRollerFollwerDiskCams)轮廓曲线的绘制演示三、对心移动平底从动件盘形凸轮(Translatingplain-facedfollower

DiskCams)轮廓曲线的绘制将从动件的导路中心线与平底的交点B0看成是尖顶从动件的尖顶，按照尖顶从动件凸轮轮廓曲线的画法，求出导路中心线与平底的各交点B1、B2、B3，…，过B1、B2、B3，…作一系列表示平底的直线，再作此直线族的包络线，即为实际轮廓曲线

。平底的左侧长度应大于m，右侧长度应大于L五、摆动从动件盘形凸轮(pivotedfollower

DiskCams)轮廓曲线的绘制1.已知条件：基圆半径r0,凸轮的转动方向，从动件的位移线图，凸轮转动中心与从动件摆动轴心间的距离2.设计步骤（1）取比例尺绘制从动件位移线图、基圆和轴心距圆。（4）分别取，…,得B1，，B2，，B3，，…各点，将这些点连成光滑曲线，即为凸轮轮廓曲线。（2）等分位移线图。任取一点A0作为摆动从动件的转轴位置，沿方向等分轴心距圆。（3）分别以A0，A1，A2，…各点为圆心，为半径作圆弧交基圆于B。，Bl，B2，…各点。连线A0B0，A1B1，A2B2，…。一、滚子半径的选择(SelectionofRollerRadius)1.凸轮理论轮廓为内凹2.凸轮理论轮廓为外凸时§3-4凸轮机构的压力角和基本尺寸设计中要求受力良好，结构紧凑。当时,,实际轮廓为一光滑曲线。当时,,实际轮廓上出现尖点,极易磨损，会引起运动失真。

当ρmin<rT

时,ρa<0，实际轮廓将出现交叉现象，也会引起运动失真。演示故：对于外凸的凸轮轮廓曲线，应使滚子半径rT小于理论轮廓曲线的最小曲率半径。常取rT≤0.8ρmin二、压力角的选择和检验（PressureAngleandtest）驱动力F与从动件绝对速度所夹锐角

称为压力角。

沿导路方向(有用)压力角越小越好，当Fnf＞Ft时发生自锁。为避免自锁，应使。推荐的许用压力角[

]为：推程时：移动从动件[

]=30°摆动从动件[

]=45°回程时：[

]=80°力F可分解为：对导路的压力(有害)1.压力角与自锁2.压力角与机构尺寸的关系复习：点的合成运动动点相对于定参考系的运动，称为绝对运动。动点相对于动参考系的运动，称为相对运动。动参考系相对于定参考系的运动，称为牵连运动。点的速度合成定理：动点在某瞬时的绝对速度等于瞬时牵连速度与相对速度的矢量和。其中VB1=rω1=(r0+s2)ω1

V2=VB2=VB1tg

=(r0+s2)ω1tg

运动规律给定时，结构不紧凑,它们大致成反比关系。三、基圆半径的确定

在设计凸轮机构时，基圆半径过小，会引起压力角过大；若超过许用压力角，机构效率降低，甚至会发生自锁。因此，基圆半径的确定，应考虑满足最大压力角小于许用值的要求。可由前述式(3-7)根据许用压力角确定凸轮基圆半径。第四章间歇运动机构——机械设计基础第四章间歇运动机构§4-1棘轮机构§4-2槽轮机构§4-3不完全齿轮机构和凸轮式间歇机构简介

间歇运动机构：主动件连续运动，而从动件作周期性时动、时停的间歇运动。若机构的间歇运动是单方向的，则称为步进运动机构。本章主要介绍棘轮机构和槽轮机构，并简单介绍不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构。

重点学习内容1.了解棘轮机构的工作原理、运动特点和适用场合。2.了解槽轮机构的工作原理、运动特性和适用场合。注意槽轮槽数与拨盘园销数目的匹配。§4-1棘轮机构一、齿式棘轮机构1.单动式棘轮机构图4-1所示，摇杆1正向摆动时棘爪3驱动棘轮2沿同一方向转过某一角度；摇杆反向摆动时，棘轮静止。组成：由棘轮、棘爪和机架组成，如图4-1所示。常用的棘轮机构有齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构两大类。2.双动式棘轮机构图4-2所示，摇杆1住复摆动时皆能使棘轮2沿同一方向间歇转动。驱动棘爪3可制成平头的(见图4-2a)或钩头的(见图4-2b)。3.可变向棘轮机构

棘轮采用矩形齿，如图4-3a，当棘爪3处于实线位置，摇杆1往复摆动时，棘轮沿逆时针方向转动；当棘爪3翻转到虚线位置，摇杆1往复摆动时，棘轮将沿顺时针方向转动。图4-3b为具有回转棘爪的棘轮机构。当棘爪2处于图示位置往复摆动时，棘轮1沿逆时针方向转动；若将棘爪2提起，并绕其本身轴线转1800后再插入棘轮齿中往复摆动时，棘轮便沿顺时针方向转动。二、摩擦式棘轮机构图4-4所示为摩擦式棘轮机构。由摩擦轮3和摇杆1、偏心楔块2、止动楔块4和机架5组成。当摇杆逆时针方向摆动时，通过楔块2与摩擦轮3之间的摩擦力，使摩擦轮3沿逆时针方向运动。当摇杆顺时针方向摆动时，楔块2在摩擦轮3上滑过，而楔块4与摩擦轮3之间的摩擦力，促使楔块4与摩擦轮3卡紧，从而使摩擦轮3静止，以实现间歇运动。摩擦式棘轮机构可以无级性改变棘轮转角。三、棘轮机构的应用

§4-2槽轮机构（马耳他机构）组成：由主动拨盘1、从动槽轮2和机架组成。如图4-8所示。一、工作原理和型式有两种基本形式：外啮合槽轮机构，如图4-8所示，拨盘1与槽轮2转向相反；另一种是内啮合槽轮机构，如图4-9所示，拨盘1与槽轮2转向相同。一般常用外啮合槽轮机构。内啮合槽轮机构外啮合槽轮机构

槽轮机构的特点：结构简单、外形尺寸小、效率高，运动平稳，在自动机械中得到广泛应用。应用举例1：图4-10所示为电影放映机的卷片机构，槽轮2具有四个径向槽，拨盘1上装一个圆销A。拨盘转1周，圆销A拨动槽轮转过1／4周，胶片移动一个画格，并停留一定时间。拨盘继续转动，重复上述运动。利用人眼的视觉暂留特性，当每秒钟放映24幅画面时即可使人看到连续的画面。应用举例2：图4-ll所示为六角车床刀架的转位槽轮机构，刀架3上可装六把刀具，并与具有相应径向槽的槽轮2固联，拨盘1上装有一个圆销A。拨盘每转1周，圆销进入槽轮一次，驱使槽轮(即刀架)转600，从而将下一工序的刀具转换到工作位置。二、槽轮机构的运动特性

如图4-8，为避免圆销A与槽轮发生撞击，圆销进入或脱离径向槽的瞬时，径向槽的中线应与圆销中心轨迹相切，即O2A应与O1A垂直。设z为径向槽数，当槽轮2转过弧度时，拨盘1的转角为：槽轮机构的运动系数:在一个运动循环(拨盘转1周)内，槽轮的运动时间td与拨盘转1周的总时间t之比。对于只有一个圆销的槽轮机构：为了保证槽轮运动，应有。所以有z≥3，，即槽轮的运动时间总小于静止时间。欲使槽轮机构的，可在拨盘上均匀装数个圆销。设圆销数为k，当拨盘转一周时，槽轮将被拨动k次。因此有：还应该有，即：当z=3时，k=1～5；当z=4～5时，k=1～3；当z≥6时，k=1～2。由此可得：z↓生产效率↑z↑动力特性好通常z=4～8三、槽轮机构的几何尺寸计算设计槽轮机构，首