《机械设计基础》项目三

机械设计基础全课导航绪论项目一平面机构的运动简图和自由度项目二平面连杆机构项目三凸轮机构和间歇运动机构模块一项目四带传动和链传动项目五齿轮传动项目六蜗杆传动项目七轮系及其传动比计算模块二项目八轴项目九轴承项目十连接、连接件及其他机械零部件模块三项目三凸轮机构和间歇运动机构项目导航任务一认识凸轮机构任务二用图解法设计凸轮轮廓曲线任务三了解间歇运动机构项目引入在机械设计中，当要求某些从动件的位移、速度或加速度按照预定的规律变化时，通常采用凸轮机构；当要求某些从动件产生周期性的运动和停歇时，通常采用间歇运动机构。本项目主要介绍：凸轮机构间歇运动机构凸轮机构的基础知识设计凸轮轮廓曲线的图解法棘轮机构槽轮机构不完全齿轮机构凸轮式间歇运动机构知识目标了解凸轮机构的特点、应用和分类。熟悉凸轮机构的工作过程，以及推程、回程、远休止角、近休止角等的含义。掌握从动件的常见运动规律。掌握凸轮轮廓曲线设计的基本原理。目标知识目标掌握常用凸轮轮廓曲线的设计。理解凸轮轮廓尺寸的确定。了解棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构的组成、工作原理、特点和适用场合。目标素质目标通过学习常用凸轮轮廓曲线的设计，认识到想要学到真本领，必须坚定信心，勤于学习，不畏险阻，踔厉奋发。通过学习常用间歇运动机构的应用，明白一切应从实际出发，弘扬理论联系实际的学风，努力做到求真务实和开拓创新。目标任务一认识凸轮机构任务引入一天，小王发现宿舍大门的钥匙丢了，于是找室友借了一把，准备拿去配钥匙。点击跳过案例任务引入小王将要配的钥匙递给师傅，师傅看了钥匙的形状，然后从材料箱中选择了一把与小王所给的钥匙大小相同的钥匙坯，接着将钥匙坯和要配的钥匙一左一右放在配钥匙的机器上，最后按下机器的电源开关。点击跳过案例任务引入小王盯着运转的机器，只见机器上的铁齿根据钥匙的形状在钥匙坯上进行打磨，新钥匙很快就做好了。点击跳过案例任务引入点击跳过案例配钥匙的机器是如何做到使新钥匙和旧钥匙一模一样的？任务引入学习本任务的相关知识后，请你帮助小王解开疑惑。点击跳过案例一、凸轮机构的特点和应用凸轮机构能将凸轮的等速转动转换为从动件的往复移动或摆动。凸轮机构是指由具有曲线或曲面轮廓且作为高副元素的凸轮从动件机架三个基本部分组成的机构一、凸轮机构的特点和应用（一）凸轮机构的特点凸轮机构优点缺点是组成凸轮机构的构件较少且结构较简单，只要合理地设计凸轮轮廓曲线，就可以使从动件按照预期的规律运动是凸轮与从动件构成的运动副为高副，在接触处由于相互作用力和相对运动，会产生较大的摩擦和磨损一、凸轮机构的特点和应用（二）凸轮机构的应用凸轮机构广泛应用于（如图所示）等机械中。内燃机自动机床一、凸轮机构的特点和应用（二）凸轮机构的应用图中所示为内燃机配气机构，凸轮1以等角速度回转，驱动推杆2按预期的运动规律运动，带动气阀的开闭，从而控制气缸内气体的进出。内燃机配气机构内燃机配气机构推杆凸轮一、凸轮机构的特点和应用（二）凸轮机构的应用图中所示为自动车床靠模车削机构，工件1为回转体，凸轮4作为靠模被固定在机床上，刀架2在拖板3的带动下沿凸轮的轮廓运动，从而切削出与凸轮轮廓曲线一致的工件。自动车床靠模车削机构自动车床靠模车削机构工件刀架拖板凸轮一、凸轮机构的特点和应用（二）凸轮机构的应用图中所示为绕线机中用于排线的凸轮机构，当绕线轴3快速转动时，蜗轮带动凸轮1缓慢转动，凸轮轮廓与从动件2上的尖顶A之间相互作用，驱使从动件2往复摆动，从而使线均匀地缠绕在绕线轴3的卷筒上。绕线机中用于排线的凸轮机构绕线轴从动件凸轮三种应用实例中的凸轮机构有哪些共同点？有哪些不同点？课堂互动二、凸轮机构的分类（一）按凸轮的形状分类凸轮机构按凸轮的形状分类盘形凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构二、凸轮机构的分类（一）按凸轮的形状分类（a）盘形凸轮机构（1）盘形凸轮机构。盘形凸轮机构中的凸轮是一个轮廓向径变化的盘形构件，且该构件可绕固定轴线回转，如图（a）所示。二、凸轮机构的分类（一）按凸轮的形状分类（b）移动凸轮机构（2）移动凸轮机构。如图（b）所示，若盘形凸轮的回转中心趋于无穷远，且凸轮不再转动，而是相对机架做往复直线移动，则此时的盘形凸轮机构为移动凸轮机构。二、凸轮机构的分类（一）按凸轮的形状分类（c）圆柱凸轮机构1（d）圆柱凸轮机构2（3）圆柱凸轮机构。圆柱凸轮机构中的凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆柱端面上做出曲线轮廓的构件，如图（c）和图（d）所示。圆柱凸轮机构可使从动件获得较大的行程。分析三种机构的异同。课堂互动二、凸轮机构的分类（二）按从动件的端部形状分类凸轮机构按从动件的端部形状分类尖顶从动件凸轮机构滚子从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构二、凸轮机构的分类（二）按从动件的端部形状分类（a）尖顶从动件凸轮机构（1）尖顶从动件凸轮机构。尖顶从动件的端部为尖顶，如图（a）所示。尖顶能与任意凸轮的轮廓相接触，因此可以使从动件实现复杂的运动规律。由于尖顶与凸轮之间是点接触，从动件易磨损，因此此种机构只适用于低速、轻载场合。二、凸轮机构的分类（二）按从动件的端部形状分类（b）滚子从动件凸轮机构（2）滚子从动件凸轮机构。滚子从动件的端部装有可自由转动的滚子，如图（b）所示。由于滚子与凸轮之间为滚动摩擦，从动件耐磨损，并且可以承受较大载荷，因此此种机构的应用范围较广。二、凸轮机构的分类（二）按从动件的端部形状分类（c）平底从动件凸轮机构（3）平底从动件凸轮机构。平底从动件的端部为一平底，如图（c）所示。不考虑摩擦时，平底从动件与凸轮之间的作用力始终与平底相垂直，且接触处易形成油膜，因此此种机构传力性能较好且利于润滑，常用于高速场合。总结三种机构的特点和应用场合。课堂互动小贴士二、凸轮机构的分类平底从动件不能与外轮廓上有凹槽的凸轮组成凸轮机构。二、凸轮机构的分类（三）按从动件的运动形式和相对位置分类凸轮机构按从动件的运动形式和相对位置分类直动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构二、凸轮机构的分类（三）按从动件的运动形式和相对位置分类内燃机配气机构（1）直动从动件凸轮机构。从动件相对机架做往复直线运动的凸轮机构称为直动从动件凸轮机构，如图所示。若直动从动件的导路中心线通过凸轮的回转中心，则此种从动件称为对心直动从动件，否则称为偏置直动从动件。推杆凸轮二、凸轮机构的分类（三）按从动件的运动形式和相对位置分类绕线机中用于排线的凸轮机构（2）摆动从动件凸轮机构。从动件相对机架做往复摆动的凸轮机构称为摆动从动件凸轮机构，如图所示。绕线轴从动件凸轮直动从动件凸轮机构与摆动从动件凸轮机构的区别是什么？课堂互动二、凸轮机构的分类（四）按从动件与凸轮的锁合方式分类凸轮机构按从动件与凸轮的锁合方式分类力锁合凸轮机构形锁合凸轮机构二、凸轮机构的分类（四）按从动件与凸轮的锁合方式分类内燃机配气机构（1）力锁合凸轮机构。利用从动件的重力、弹簧的弹力或其他外力使从动件与凸轮保持接触的凸轮机构称为力锁合凸轮机构，如图所示。推杆凸轮二、凸轮机构的分类（四）按从动件与凸轮的锁合方式分类形锁合凸轮机构（2）形锁合凸轮机构。利用凸轮与从动件的特殊几何结构使从动件与凸轮保持接触的凸轮机构称为形锁合凸轮机构，如图所示。课堂活动二、凸轮机构的分类试说出图中凸轮机构的类型。凸轮机构（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）（i）（j）三、凸轮机构的工作过程下面以尖顶直动从动件盘形凸轮机构为例，说明凸轮机构的工作过程。在图（a）中，以凸轮轮廓的最小向径为半径所绘的圆称为基圆。凸轮由从动件上升的起始位置（即尖顶与凸轮轮廓上的点A相接触的位置）起，以角速度ω按顺时针方向回转。（a）尖顶直动从动件盘形凸轮机构三、凸轮机构的工作过程当凸轮回转时，从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定运动规律由离回转中心O

最近的位置A到达离回转中心O最远的位置

，这个过程称为推程。从动件所走过的距离h称为升程，与推程对应的凸轮转角

称为推程运动角。当凸轮继续回转时，以O为中心的圆弧与尖顶相作用，从动件在最远位置停留不动，因此称为远休止角。（a）尖顶直动从动件盘形凸轮机构三、凸轮机构的工作过程（a）尖顶直动从动件盘形凸轮机构当凸轮继续回转时，接触点由点C

转移至点D，凸轮轮廓的向径逐渐减小，从动件以一定运动规律回到起始位置，这个过程称为回程，称为回程运动角。当凸轮继续回转时，以O

为中心的圆弧与尖顶相作用，从动件在最近位置停留不动，因此称为近休止角。当凸轮继续回转时，从动件重复上述运动。推程与回程的区别是什么？远休止角与近休止角有何区别？课堂互动三、凸轮机构的工作过程（a）尖顶直动从动件盘形凸轮机构如果以直角坐标系的纵坐标代表从动件的位移s，横坐标代表凸轮转角δ，则可以画出从动件位移s

与凸轮转角δ

之间的关系曲线，此关系曲线图称为位移线图。（b）位移线图三、凸轮机构的工作过程图（b）是图（a）所示凸轮机构中从动件的位移线图，其中AB、BC、CD、DA四条位移曲线，分别表示凸轮机构在推程、远休止、回程、近休止四个阶段的运动规律。（a）尖顶直动从动件盘形凸轮机构（b）位移线图课堂活动三、凸轮机构的工作过程如图所示，、为以O

为圆心的圆弧，则凸轮机构的推程运动角、远休止角、回程运动角、近休止角各为多少度？某凸轮机构四、从动件的常见运动规律由上述分析可知，在凸轮机构中，从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线的形状。可见，设计凸轮机构时，应首先根据工作要求确定从动件的运动规律（即在推程和回程过程中，从动件的位移s、速度v、加速度a

随凸轮转角变化的规律），然后按照这一运动规律设计凸轮轮廓曲线。从动件的常见运动规律等速运动规律等加速等减速运动规律简谐运动规律摆线运动规律四、从动件的常见运动规律（一）等速运动规律从动件在推程和回程阶段的运动速度为定值，这个运动规律称为等速运动规律。以推程为例，设凸轮以角速度ω转动，推程运动角为，从动件升程为h，则从动件的运动方程为（3-1）试根据运动方程，绘制运动线图。课堂互动四、从动件的常见运动规律（一）等速运动规律从动件在推程阶段做等速运动的运动线图。从动件在推程阶段做等速运动的运动线图（a）位移线图（b）速度线图（c）加速度线图四、从动件的常见运动规律（一）等速运动规律由图（c）可知，从动件在推程起点和终点的瞬时加速度在理论上趋于无穷大，这将使从动件在短时间内产生巨大的惯性力，导致凸轮机构受到强烈冲击。从动件在某瞬时速度发生突变，其加速度及惯性力在理论上均趋于无穷大时引起的冲击称为刚性冲击。刚性冲击会造成严重危害，故等速运动规律只适用于低速、轻载场合。（c）加速度线图四、从动件的常见运动规律（二）等加速等减速运动规律从动件在一个推程的前半段（h/2）做等加速运动，后半段（h/2）做等减速运动，这个运动规律称为等加速等减速运动规律。从动件在等加速推程阶段和等减速推程阶段的加速度的绝对值相等，并且凸轮转动时角速度不变，所以从动件做等加速运动和等减速运动的时间相等，对应的凸轮转角也相等，均为。四、从动件的常见运动规律（二）等加速等减速运动规律从动件在等加速推程阶段的运动方程为（3-2）从动件在等减速推程阶段的运动方程为（3-3）运动线图式3-23-3从动件在等加速推程阶段和等减速推程阶段的加速度有何关系？课堂互动四、从动件的常见运动规律（二）等加速等减速运动规律根据上述方程，可以作出从动件在推程阶段做等加速等减速运动的运动线图。从动件在推程阶段做等加速等减速运动的运动线图（a）位移线图（b）速度线图（c）加速度线图运动线图式3-23-3四、从动件的常见运动规律（二）等加速等减速运动规律从动件在推程阶段做等加速等减速运动的位移线图的作图方法如下：（a）位移线图在纵坐标轴上将推程的二分之一（h/2）分为四等份，得点

、、、，将这些点与原点O

相连，连线与上述各垂线分别交于点、、、；用光滑的曲线将这些交点连起来，便得到前半推程等加速位移线图；用同样的方法绘制后半推程等减速位移线图，如图（a）所示。在横坐标上作出的点，将分为四等份（等分的份数越多，作出的图越精确）得点1、2、3、4，过这些点作横坐标轴的垂线；四、从动件的常见运动规律（二）等加速等减速运动规律由从动件在推程阶段做等加速等减速运动的运动线图可知，从动件在O、A、B三点处的加速度会发生有限突变，机构中会产生有限的冲击力，这种冲击力引起的冲击称为柔性冲击。从动件在推程阶段做等加速等减速运动的运动线图（a）位移线图（b）速度线图（c）加速度线图四、从动件的常见运动规律与等速运动规律相比，等加速等减速运动规律的冲击程度大为减小，因此等加速等减速运动规律适用于中速、中载场合。（二）等加速等减速运动规律从动件在推程阶段做等加速等减速运动的运动线图（a）位移线图（b）速度线图（c）加速度线图四、从动件的常见运动规律（三）简谐运动规律一质点在圆周上做匀速运动时，它在该圆的直径上的投影点的运动称为简谐运动。从动件在推程阶段做简谐运动的运动方程为（3-4）式(3-4)运动线图四、从动件的常见运动规律（三）简谐运动规律由式（3-4）可知，从动件做简谐运动时，其加速度按余弦规律变化，故简谐运动规律又称余弦加速度运动规律。根据式（3-4）可以作出从动件在推程阶段做简谐运动的运动线图，如图所示。从动件在推程阶段做简谐运动的运动线图（a）位移线图（b）速度线图（c）加速度线图式(3-4)运动线图四、从动件的常见运动规律（三）简谐运动规律从动件在推程阶段做简谐运动的位移线图的作图方法如下：（a）位移线图以行程h为直径过原点作半圆，半圆的另一端点落在纵坐标轴上，然后将半圆的圆弧分成六等份，得点、、、、、，过各点分别作平行于横坐标轴的直线，并与上述各垂线交于点、、、、、；最后用光滑的曲线将这些交点连起来，便得到推程阶段简谐运动的位移线图。在横坐标上作出推程运动角为的点，并将分成六等份（等分的份数越多，作出的图越精确），得点1、2、3、4、5、6，过这些点作横坐标轴的垂线；四、从动件的常见运动规律（三）简谐运动规律由从动件在推程阶段做简谐运动的运动线图可知，从动件的加速度也存在突变，机构中也会产生柔性冲击，故简谐运动规律适用于中速、中载场合。从动件在推程阶段做简谐运动的运动线图（a）位移线图（b）速度线图（c）加速度线图四、从动件的常见运动规律（四）摆线运动规律当半径为r

的圆沿纵坐标轴做匀速纯滚动时，圆周上一点的轨迹为一条摆线，如图（a）所示；该点在纵坐标轴上的投影随时间变化的规律称为摆线运动规律，如图（c）所示。从动件在推程阶段做摆线运动的运动线图（a）位移线图（b）速度线图（c）加速度线图四、从动件的常见运动规律由于从动件做摆线运动的加速度曲线为正弦曲线，故摆线运动规律又称正弦加速度运动规律。由图可知，从动件做摆线运动时，其加速度没有发生突变，因而不会在机构中产生冲击力，故摆线运动规律可用于高速场合。（四）摆线运动规律从动件在推程阶段做摆线运动的运动线图（a）位移线图（b）速度线图（c）加速度线图课堂活动四、从动件的常见运动规律试总结从动件做各种运动的特点，并将其填入表中。从动件做各种运动的特点运动类型运动规律冲击类型应用等速运动

等加速等减速运动

简谐运动

摆线运动

任务实施参加凸轮机构知识竞赛通过参加凸轮机构知识竞赛，加深对凸轮机构的认识。（1）学生自由分组，每组3～4人。（2）以小组为单位，了解知识竞赛的选题范围，搜集相关资料，掌握与凸轮机构相关的知识，如凸轮机构的应用、特点、分类、工作过程，从动件的常见运动规律等。【实施流程】任务实施参加凸轮机构知识竞赛通过参加凸轮机构知识竞赛，加深对凸轮机构的认识。（3）从全班同学中选出裁判与计分员，各小组根据老师所出的题目进行抢答，答对一题得1分，答错一题扣1分，得分多的小组获胜。老师可根据实际情况给予获胜小组一定奖励。【实施流程】任务实施参加凸轮机构知识竞赛通过参加凸轮机构知识竞赛，加深对凸轮机构的认识。（4）小组成员整理自己在知识竞赛过程中答错或答不出来的题目及其正确答案，总结自己在此活动中的收获，并将这些内容以word文档的形式提交给老师。【实施流程】课堂训练在学习完本节内容之后，请你简述凸轮机构的凸轮机构的应用、特点、分类、工作过程和从动件的常见运动规律？课堂训练认识凸轮机构凸轮机构的特点和应用凸轮机构的分类凸轮机构的工作过程从动件的常见运动规律任务二用图解法设计凸轮轮廓曲线任务引入通过学习凸轮机构的基础知识，小王了解到凸轮机构在生活、生产中有着广泛的应用。点击跳过案例任务引入例如，洗衣机中的凸轮机构主要用于控制洗衣机的进水、搅拌、脱水、排水等，印刷机中的凸轮机构主要用于控制印刷机的进纸、印刷、出纸等，纺织机中的凸轮机构主要用于控制纺织机的进纱、织布、出布等，机床中的凸轮机构主要用于控制机床的进给、切削、退刀等。点击跳过案例任务引入同时，他也知道凸轮的轮廓曲线决定了机器的运转方式。那么，如何设计凸轮的轮廓曲线，才能使从动件获得所需的运动规律呢？点击跳过案例任务引入学习本任务的相关知识后，请你帮助小王解开疑惑。点击跳过案例一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理本任务主要介绍图解法。凸轮轮廓曲线的设计方法图解法解析法简单、直观，使用该方法设计的凸轮轮廓曲线虽然精确度较低，但能满足一般机械的设计要求虽然精确度较高，但是工作量大一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理如图（a）所示，当对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构中的凸轮以角速度ω绕凸轮轴心O

按顺时针方向转动时，从动件的尖顶沿凸轮轮廓曲线相对其导路按预定的运动规律移动，位移线图如图（b）所示。（a）作图步骤

（b）从动件的位移线图对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理（a）作图步骤

（b）从动件的位移线图对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计若给整个机构加上公共角速度，根据相对运动原理，则凸轮将静止不动，而从动件一方面随导路以角速度绕凸轮轴心O

转动，另一方面又在导路中按预定的运动规律移动。一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理由于从动件尖顶始终与凸轮轮廓相接触，故整个机构反转后，尖顶的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。这种以凸轮作为动参考系，按相对运动原理设计凸轮轮廓曲线的方法称为反转法。（a）作图步骤

（b）从动件的位移线图对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计二、常用凸轮轮廓曲线的设计（一）对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计要求：已知在图（a）所示的对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构中，从动件处于上升的起始位置，凸轮以角速度ω按顺时针方向转动，凸轮的基圆半径为，从动件的位移线图如图（b）所示。试设计此凸轮轮廓曲线。（a）作图步骤

（b）从动件的位移线图对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计二、常用凸轮轮廓曲线的设计（一）对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计步骤：（1）确定从动件上升的起始位置。如图（a）所示，选取与从动件的位移线图相同的比例尺，以点O为圆心、为半径画基圆，基圆与导路的交点即为从动件上升的起始位置。（a）作图步骤

（b）从动件的位移线图对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计二、常用凸轮轮廓曲线的设计（一）对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计（b）从动件的位移线图设计步骤：（2）计算从动件在反转运动中的预期位移量。在横坐标轴上将分成6等份，得点1、2、3……；将分成6等份，得点7、8、9……；过各点作垂线并与位移曲线相交，得点、、……。则从动件的预期位移量为、、……。如图（b）所示，将推程段和回程段分别划分为若干等份：二、常用凸轮轮廓曲线的设计（一）对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计步骤：（3）确定从动件导路的位置。在基圆上，自沿方向依次画出推程运动角

、远休止角

、回程运动角

、近休止角

，然后对应位移线图，将相应段划分成若干等份，得点、、……。（a）作图步骤

（b）从动件的位移线图对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计二、常用凸轮轮廓曲线的设计（一）对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计步骤：（3）确定从动件导路的位置。将这些点分别与点O

相连，得向径线

、、……，这些向径线代表从动件导路在反转运动中依次占据的位置。（a）作图步骤

（b）从动件的位移线图对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计二、常用凸轮轮廓曲线的设计（一）对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计反后从动件尖顶的一系列位置、、设计步骤：（4）确定从动件在复合运动中占据的位置。由点、、……开始，向外量取从动件相应的位移量，使、

、……，得机构……。（a）作图步骤

（b）从动件的位移线图对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计二、常用凸轮轮廓曲线的设计（一）对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计步骤：（5）画出凸轮轮廓曲线。将、、……用光滑的曲线连起来，便得到所求的凸轮轮廓曲线。（a）作图步骤

（b）从动件的位移线图对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计小贴士二、常用凸轮轮廓曲线的设计在凸轮转动过程中，从动件在远休止角和近休止角处均停留不动，故点和点、点和点之间均为以点O为圆心的圆弧。二、常用凸轮轮廓曲线的设计（二）对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心滚子直动从动件盘形凸轮机构工作时，滚子中心始终与从动件保持相同的运动规律，并且滚子与凸轮轮廓接触点到滚子中心的距离始终等于滚子的半径。因此，可将滚子中心看作尖顶从动件的尖顶。二、常用凸轮轮廓曲线的设计（二）对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计按给定的运动规律，用绘制对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的方法画出一条理论轮廓曲线

，在此轮廓曲线上选取一系列的点作为圆心，以为半径画一系列圆，最后画出这些圆的内包络线，即得凸轮的实际轮廓曲线β

，如图所示。小贴士二、常用凸轮轮廓曲线的设计在几何学上，某个曲线族（即一些有着特定关系的曲线的无穷集）的包络线是指跟该曲线族的每条曲线都有至少一点相切的一条曲线。二、常用凸轮轮廓曲线的设计（三）对心平底移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心平底移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心平底移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的作图方法如下：首先将从动件的轴线与平底的交点看作尖顶从动件的尖顶，用绘制对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的方法画出一条理论轮廓曲线，并在其上作出

、、等一系列点，过这些点作其与凸轮轴心连线的垂线，再作这些垂线的包络线，即得凸轮的实际轮廓曲线，如图所示。对心平底移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的作图方法与对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的作图方法有哪些不同？课堂互动二、常用凸轮轮廓曲线的设计（四）偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计要求：已知在图（a）所示的偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构中，凸轮以角速度ω按顺时针方向转动，凸轮的基圆半径为，偏距为e，从动件的位移线图如图（b）所示。试设计此凸轮轮廓曲线。偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计二、常用凸轮轮廓曲线的设计（四）偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计步骤：（1）确定从动件的起始位置。如图（a）所示，选取与从动件位移线图相同的比例尺，以点O为圆心，以基圆半径和偏距e分别为半径绘制基圆和偏距圆。偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计二、常用凸轮轮廓曲线的设计（四）偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计步骤：（1）确定从动件的起始位置。过偏距圆上任一点作切线，该切线即为从动件的移动导路的位置线。该位置线与基圆交于点，点即为从动件的起始位置。二、常用凸轮轮廓曲线的设计（四）偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计（b）从动件的位移线图设计步骤：（2）计算从动件在反转运动中的预期位移量。如图（b）所示，将推程段和回程段分别划分为若干等份：在横坐标轴上将分成4等份，得点1、2、3、4；将分成4等份，得点6、7、8、9；过各点作垂线并与位移曲线相交，得点

、、……。则从动件的预期位移量为、、……。二、常用凸轮轮廓曲线的设计（四）偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计步骤：（3）确定从动件导路的位置。在基圆上，自沿方向依次画出推程运动角

、远休止角

、回程运动角

、近休止角

，然后对应位移线图，将相应段划分成若干等份，得点、、……。偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计二、常用凸轮轮廓曲线的设计（四）偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计步骤：（3）确定从动件导路的位置。过这些点作偏距圆的一系列切线，这些切线代表从动件导路在反转运动中依次占据的位置。偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计二、常用凸轮轮廓曲线的设计（四）偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计……，得机构反转后从动件尖顶的一系列位置、、……。设计步骤：（4）确定从动件在复合运动中占据的位置。由点、、……开始，沿以上各切线向外量取从动件相应的位移量，使、、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计二、常用凸轮轮廓曲线的设计（四）偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计步骤：（5）画出凸轮轮廓曲线。将、、……用光滑的曲线连起来，便得到所求的凸轮轮廓曲线。偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计小贴士二、常用凸轮轮廓曲线的设计点和点、点和点之间均为以点O为圆心的圆弧。偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计步骤与对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计步骤有什么区别？课堂互动二、常用凸轮轮廓曲线的设计（五）尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计径为，凸轮与从动件的中心距为，从动件的长度为，从动件的角位移线图如图（b）所示。试设计此凸轮轮廓曲线。设计要求：已知在图（a）所示的尖顶摆动从动件盘形凸轮机构中，凸轮以角速度

ω

按顺时针方向转动，凸轮的基圆半顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计（a）作图步骤（b）从动件的角位移线图二、常用凸轮轮廓曲线的设计（五）尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计分析：设想给整个机构加上绕凸轮轴心O

转动的公共角速度，则凸轮相对外界静止，从动件既随机架以速度转动，又绕轴心摆动。由于从动件尖顶始终与凸轮轮廓接触，故反转后从动件尖顶的运动轨迹为凸轮轮廓曲线。顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计（a）作图步骤（b）从动件的角位移线图二、常用凸轮轮廓曲线的设计（五）尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计（a）作图步骤设计步骤：（1）确定从动件的起始位置。选取适当长度比例尺

，根据确定圆心O

和轴心的位置，并以点O

为圆心、为半径作基圆，如图（a）所示。再以点为圆心、为半径作圆弧，与基圆交于点，此点即为从动件的起始位置。，称为从动件的初位角。二、常用凸轮轮廓曲线的设计（五）尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计（a）作图步骤（b）从动件的角位移线图设计步骤：（2）计算从动件在反转运动中的预期角位移量。选取适当角位移比例尺，在角位移线图横坐标轴上将推程运动角

和回程运动角分成若干等份，得各点的角位移量、。二、常用凸轮轮廓曲线的设计（五）尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计……，这些点即为反转后从动件回转轴心的一系列位置。、，然后对应角位移线图，将相应段划分成若干等份，得点、、设计步骤：（3）确定从动件在反转运动中回转轴心的位置。以点O为圆心、为半径画圆，自沿方向依次画出、、、顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计（a）作图步骤（b）从动件的角位移线图二、常用凸轮轮廓曲线的设计（五）尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计步骤：（4）确定从动件在复合运动中占据的位置。作、

且

，据此得反转后从动件尖顶的一系列位置点

、、。顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计（a）作图步骤（b）从动件的角位移线图二、常用凸轮轮廓曲线的设计（五）尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计设计步骤：（5）画出凸轮轮廓曲线。将点、、用光滑的曲线连起来，便得到所求的凸轮轮廓曲线。顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计（a）作图步骤（b）从动件的角位移线图尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计步骤与偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计步骤有什么区别？课堂互动小贴士二、常用凸轮轮廓曲线的设计若采用滚子从动件或平底从动件，则按照上述方法设计的尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线为理论轮廓曲线，在理论轮廓曲线上选取一系列点，以这些点为圆心，以滚子半径为半径作圆或过这些点作平底直线，再作圆或平底直线的包络线，便可画出凸轮的实际轮廓曲线。三、凸轮轮廓尺寸的确定设计凸轮机构时，不仅要保证从动件按给定的运动规律运动，还要使凸轮机构传力性能好、结构紧凑，因此需要确定压力角、滚子半径和基圆半径。三、凸轮轮廓尺寸的确定（一）压力角的选择压力角是从动件与凸轮在接触点处的受力方向与该点绝对速度方向之间所夹的锐角。若忽略摩擦力的影响，凸轮作用在从动件上的驱动力是沿接触点处的法线方向传递的。因此，对于尖顶或平底从动件凸轮机构，压力角是指接触点处法线与从动件速度方向之间所夹的锐角；对于滚子从动件凸轮机构，压力角是指滚子中心点的受力方向与该点绝对速度方向之间所夹的锐角。凸轮机构的压力角三、凸轮轮廓尺寸的确定（一）压力角的选择凸轮机构的压力角在图中，凸轮作用在从动件上的驱动力

F

可分解为两个分力

和。其中，是推动从动件运动的有效分力，是使从动件压紧导路的有害分力，，

。若压力角越大，则有害分力越大，机构的传力性能越差。三、凸轮轮廓尺寸的确定（一）压力角的选择凸轮机构的压力角当增大到某一数值时，无论凸轮加给从动件的作用力有多大，从动件都不能运动，这种现象称为自锁。为了使凸轮机构具有良好的传力性能，设计时应使最大压力角不超过许用压力角。通常，对于直动从动件凸轮机构，建议取；对于摆动从动件凸轮机构，建议取。课堂活动三、凸轮轮廓尺寸的确定对于图中所示的凸轮机构，要求：（1）写出该凸轮机构的名称。（2）在图上标出凸轮的合理旋转方向。（3）画出凸轮的基圆。（4）画出从升程开始到图示位置时从动件的位移s、相应的凸轮转角φ

和点B处的压力角α

。某凸轮机构三、凸轮轮廓尺寸的确定（二）滚子半径的选择滚子半径的大小对凸轮实际轮廓曲线有很大影响。如图所示，设凸轮理论轮廓曲线外凸部分的最小曲率半径为，滚子的半径为，则相应位置凸轮实际轮廓曲线的曲率半径。滚子半径对凸轮实际轮廓曲线的影响（a）（b）（c）（a）（二）（b）（c）三、凸轮轮廓尺寸的确定（二）滚子半径的选择滚子半径对凸轮实际轮廓曲线的影响当时，，凸轮实际轮廓曲线为一平滑曲线（a）（a）（二）（b）（c）三、凸轮轮廓尺寸的确定（二）滚子半径的选择（续表）当时，，凸轮实际轮廓曲线上产生尖点，尖点处容易磨损，从而导致从动件原定的运动规律发生改变（b）（a）（二）（b）（c）三、凸轮轮廓尺寸的确定（二）滚子半径的选择（续表）当时，，凸轮实际轮廓曲线发生相交，交点以外的轮廓曲线在加工时将被切去，使从动件不能按照预定的运动轨迹运动（c）为了使凸轮轮廓曲线在任何位置既不产生尖点又不发生相交，滚子半径必须小于

，设计时通常取

。（a）（二）（b）（c）三、凸轮轮廓尺寸的确定（三）基圆半径的选择设计凸轮机构时，一般先根据凸轮机构的布局和结构需要初步选定凸轮的基圆半径，再绘制凸轮轮廓曲线。基圆半径越小，凸轮机构越紧凑，但压力角α

也会越大；当基圆半径过小时，压力角就会超过许用值。三、凸轮轮廓尺寸的确定（三）基圆半径的选择因此，想要减小凸轮的尺寸，就要在保证最大压力角不超过许用值的前提下选定基圆半径。根据凸轮与凸轮轴的装配要求，基圆半径应大于凸轮轴的半径。当已知凸轮轴的直径

时，可按经验公式确定基圆半径。基圆半径的选择与滚子半径的选择是否会相互影响？课堂互动任务实施用图解法设计凸轮轮廓曲线设计一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构。已知条件如下：凸轮以角速度ω

按顺时针方向转动，基圆半径，，从动件的运动规律如表所示。对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构从动件的运动规律凸轮转角0°～180°180°～210°210°～330°330°～360°从动件运动规律等加速等减速上升停止不动等速回到原处停止不动已知条件实施流程（1）（2）（3）任务实施用图解法设计凸轮轮廓曲线【实施流程】（1）用图解法设计凸轮轮廓曲线，要求写出具体的设计步骤。可按照以下步骤进行设计：①确定从动件的起始位置②计算从动件在反转运动中的预期位移量③确定从动件导路的位置④确定从动件在复合运动中占据的位置⑤画出凸轮轮廓曲线已知条件实施流程（1）（2）（3）任务实施用图解法设计凸轮轮廓曲线【实施流程】（2）将设计过程记录下来并提交给老师。（3）老师对学生提交的作业进行点评。已知条件实施流程（1）（2）（3）课堂训练在学习完本节内容之后，请你简述凸轮轮廓曲线设计的基本原理和凸轮轮廓尺寸？课堂训练用图解法设计凸轮轮廓曲线凸轮轮廓曲线设计的基本原理常用凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓尺寸的确定任务三了解间歇运动机构任务引入通过日常观察与知识积累，小王发现在机械中尤其是自动化机械中，某些执行构件的运动并不是连续的，这些构件会做一些周期性的时动时停的间歇运动，如牛头刨床的工件进给运动、各种工作台的转位运动等。点击跳过案例任务引入小王不知道这些机构的工作原理是什么，也不清楚这些机构适用于哪些场合。点击跳过案例任务引入学习本任务的相关知识后，请你帮助小王解开疑惑。点击跳过案例一、棘轮机构棘轮是指具有齿形表面或摩擦表面的轮子，由棘爪推动做步进运动。棘轮机构是指含有棘轮和棘爪的主动件做往复运动、从动件做步进运动的机构。一、棘轮机构（一）棘轮机构的分类棘轮机构按结构特点的不同齿式棘轮机构摩擦式棘轮机构一、棘轮机构（一）棘轮机构的分类1．齿式棘轮机构如图所示，齿式棘轮机构主要由以下4部分组成，当摇杆1按逆时针方向摆动时，摇杆上铰接的棘爪2插入棘轮的齿槽，使棘轮转过某一角度，而止动爪4在棘轮齿背上滑过；当摇杆1按顺时针方向摆动时，棘爪2在棘轮齿背上滑过，止动爪4顶住棘轮齿槽，阻止棘轮反向转动，从而实现将主动摇杆的往复摆动转化为从动棘轮的单向间歇转动。齿式棘轮机构摇杆棘爪棘轮止动爪一、棘轮机构（一）棘轮机构的分类1．齿式棘轮机构按不同的分类方式，齿式棘轮机构可分为不同的类型。齿式棘轮机构按啮合方式的不同外啮合棘轮机构（棘爪和止动爪均安装在棘轮的外部）内啮合棘轮机构（棘爪和止动爪均安装在棘轮的内部）一、棘轮机构（一）棘轮机构的分类1．齿式棘轮机构按运动形式的不同，齿式棘轮机构可分为：单动式棘轮机构双动式棘轮机构可变向棘轮机构摇杆棘爪棘轮止动爪摇杆棘爪棘轮摇杆棘爪棘轮结合视频内容，简述双动式棘轮机构的特点。课堂互动双动式棘轮机构（直头）一、棘轮机构（一）棘轮机构的分类1．齿式棘轮机构双动式棘轮机构的特点是：摇杆1往复摆动一次，棘轮2沿同方向做两次间歇转动。双动式棘轮机构的棘爪可制成直的或带钩的两种形式。双动式棘轮机构摇杆棘爪棘轮一、棘轮机构（一）棘轮机构的分类1．齿式棘轮机构可变向棘轮机构的特点是：棘爪处于图所示的实线位置B时，可使棘轮按逆时针方向做单向间歇运动；棘爪绕点O翻转到双点画线位置时，可使棘轮按顺时针方向做单向间歇运动。可变向棘轮机构摇杆棘爪棘轮一、棘轮机构（一）棘轮机构的分类2．摩擦式棘轮机构如图所示，摩擦式棘轮机构以下几部分组成。摩擦式棘轮机构的工作原理与齿式棘轮机构类似，只不过摩擦式棘轮机构是通过偏心楔块与摩擦轮之间的摩擦力来传递运动的。摩擦式棘轮机构摩擦轮止动楔块偏心楔块一、棘轮机构（一）棘轮机构的分类2．摩擦式棘轮机构图中所示为另一种形式的摩擦式棘轮机构，其中滚珠1相当于棘爪，当摆杆2和与之固连的内轮3按顺时针方向摆动时，滚珠被楔紧于套环4和内轮之间的楔形槽内，从而使套环一同转动；当摆杆2反向摆动时，滚珠退至图中所示位置，套环停止不动。另一种形式的摩擦式棘轮机构套环滚珠摆杆内轮摩擦式棘轮机构与齿式棘轮机构在结构上的区别有哪些？课堂互动一、棘轮机构棘轮机构结构简单，制造方便，容易实现有级调节，但在工作过程中产生的冲击、噪声、磨损较大，因此适用于低速、轻载场合，用于实现进给、回转、分度等功能。（二）棘轮机构的应用一、棘轮机构（二）棘轮机构的应用图中所示为浇注流水线进给装置，它由活塞3带动摇杆2摆动，通过齿式棘轮机构使流水线的输送带做间歇输送运动，当输送带不动时进行浇注。浇注流水线进给装置浇注流水线进给装置活塞砂型摇杆一、棘轮机构（二）棘轮机构的应用图中所示为千斤顶的棘齿条机构，它是棘轮机构的演变形式，能将杠杆的往复摆动转化为齿条的单向移动，下棘爪是用来防止齿条在杠杆回程阶段下落的。千斤顶的棘齿条机构千斤顶的棘齿条机构下棘爪上棘爪齿条一、棘轮机构（二）棘轮机构的应用棘轮机构还常用于（如图所示）的机械和运输机中，防止机构反转。卷扬机提升机一、棘轮机构（二）棘轮机构的应用提升机中的棘轮制动器。当提升重物时，棘轮2按逆时针方向转动，棘爪1在棘轮齿背上滑过；当需要使重物停在某一位置时，棘爪将及时插入棘轮的相应齿槽中，防止棘轮按顺时针方向转动。提升机中的棘轮制动器棘轮制动器卷筒棘爪棘轮一、棘轮机构（二）棘轮机构的应用

1、3—链轮；2—链条；4—棘爪；5—后轮轴棘轮机构还可实现超越运动。图中所示为自行车后轮轴上的棘轮机构，当脚蹬踏板时，链轮1通过链条2带动内圈具有棘轮的链轮3按顺时针方向转动，再通过棘爪4推动后轮轴5按顺时针方向转动，从而驱动自行车前进。自行车中的棘轮机构一、棘轮机构在自行车前进过程中，如果令踏板不动，后轮轴5便会超越链轮3而转动，此时棘爪4在棘轮齿背上滑过，产生从动件转速超过主动件转速的超越运动，从而使自行车可以自由滑行。（二）棘轮机构的应用

1、3—链轮；2—链条；4—棘爪；5—后轮轴自行车中的棘轮机构二、槽轮机构槽轮机构是一种由带有圆柱销的拨盘和具有若干条径向槽的槽轮所构成的间歇运动机构。常用的平面槽轮机构：单销外槽轮机构

1—拨盘；2—槽轮单销内槽轮机构

1—拨盘；2—槽轮拨盘与槽轮的旋转方向相反拨盘与槽轮的旋转方向相同二、槽轮机构（一）槽轮机构的工作原理1—拨盘；2—槽轮单销外槽轮机构槽轮机构的工作原理二、槽轮机构（一）槽轮机构的工作原理图中所示的槽轮机构由带有圆柱销A的拨盘1、具有径向槽的槽轮2和机架构成。1—拨盘；2—槽轮单销外槽轮机构二、槽轮机构（一）槽轮机构的工作原理当拨盘1按逆时针方向转动，盘上的圆柱销A尚未进入槽轮2的径向槽时，槽轮2的内凹锁止弧

被拨盘1的外凸锁止弧锁住，槽轮静止不动；当圆柱销A开始进入槽轮的径向槽时，内、外锁止弧脱开，槽轮受圆柱销A驱动按顺时针方向转动；当圆柱销A开始脱离槽轮的径向槽时，槽轮上的另一内凹锁止弧又被拨盘的外凸锁止弧锁住而静止，直到圆柱销A再次进入槽轮的另一径向槽。1—拨盘；2—槽轮单销外槽轮机构二、槽轮机构（一）槽轮机构的工作原理圆柱销A和槽轮持续重复上述运动，即可实现槽轮的单向间歇运动。1—拨盘；2—槽轮单销外槽轮机构槽轮机构与棘轮机构在工作原理上有什么区别？课堂互动二、槽轮机构与棘轮机构相比，槽轮机构在工作时较为平稳，承载能力较强，但可调性较差，适用于中速、中载场合。例如，槽轮机构可用于车床刀架及工作台的转位。（二）槽轮机构的应用二、槽轮机构（二）槽轮机构的应用在图中所示的车床刀架转位装置中，刀架上装有6种可以变换的刀具，槽轮上开有6条径向槽，圆柱销每进、出槽轮一次，槽轮旋转60º，这样便可以间歇地将下一步需要的刀具换到工作位置上。1—拨盘；2—槽轮车床刀架转位装置二、槽轮机构（二）槽轮机构的应用槽轮机构也曾用在电影放映机中，用于移动胶片。在图中所示的电影放映机卷片装置中，当槽轮做间歇运动时，胶片上的画面依次在片窗处停留，观众就能观看到连续的画面。1—拨盘；2—槽轮电影放映机卷片装置车床刀架转位装置与电影放映机卷片装置有哪些共同之处？课堂互动三、不完全齿轮机构不完全齿轮机构是指由轮齿不布满整个圆周的齿轮作为主动轮的齿轮机构。不完全齿轮机构可分为以下两类。1—主动轮；2