《机械设计基础》完整全套教学课件-1-196

机械设计基础项目1机械概述项目2平面机构运动简图及自由度项目3平面连杆机构项目4凸轮机构项目5间歇运动机构项目6带传动项目7链传动项目8齿轮传动项目9蜗杆传动项目10轮系项目11螺纹连接项目12键、销、花键的连接项目13轴项目14轴承项目15联轴器与离合器项目16减速器全套可编辑PPT

课件项目1

机械概述机械的发展贯穿了人类历史的长河。古代，简单的机械工具如

杠杆、滑轮等就已经被广泛应用，帮助人们完成繁重的体力劳动。现代，机械技术更是突飞猛进。高精度的数控机床、智能化

的机器人等先进机械不断涌现，在制造业、交通运输、航天航空

等各个领域发挥着至关重要的作用。机械是机器和机构的总称，机器与机构两者既有联系又有区别，

二者都能传递运动和动力，但机器还具有能量转换、物料传递、信息传递或变换等功能；构件与零件同样既有联系又有区别。1.1

学习目标知识目标1.了解机械、机构的特征。2.掌握零件与构件的定义。3.了解机械发展的现状与应用。能力目标1.能够正确区分机械和机构。2.能够正确区分零件与机构。素质目标1.具有大局观念和思辨意识。2.具有创新意识，增强对专业的认同感。项目1

机械概述项目1

机械概述1.2

任务书请观察图1.

1、图1.2、图1.3中的机械。通过对这些机械的分析，

准确地区分机器与机构、构件与零件。图1.3

缝纫机踏板机构图1.2颚式破碎机图1.

1

内燃机项目1

机械概述1.3

知识点(1)机器、机构的的特征。(2)零件与构件。(3)机械发展的现状与展望。(1)都是一种人为的实物组合体。(2)各实物之间具有确定的相对运动。(3)能实现能量转换或完成有用的机械功。凡具备上述三个特征的实物组合体称为机器它可以代替或减

轻人类的劳动。项目1

机械概述1.4

基本知识1.

机器、机构与机械的认识图1.3

缝纫机踏板机构图1.2颚式破碎机图1

.

1

内燃机1项目1

机械概述具备以下三个特征的实物组合体称为机器，它可以代替或减轻人类的劳动(1)都是一种人为的实物组合体。(2)各实物之间具有确定的相对运动。(3)能实现能量转换或完成有用的机械功。具有前两个特征的实物组合体，称为机构。机构是具有确定相对运动

的实物组合体，它的作用是传递运动和力。它能实现各种预期的机械运动，

但不能做有用功或进行能量转换。机构中接受外部给定运动规律的活动构

件称为主动件，随主动件的运动而运动的活动构件称为从动件，支承活动

构件的构件称为固定件(机架)。机构与机器的区别在于，机构只用于传递运动和力，机器除传递运动和

力之外，还具有变换或传递能量、物料、信息的功能或完成有用的机械功；

两者之间也有联系，机器是由几个机构组成的系统，最简单的机器只有一

个机构。机械是机器和机构的总称。项目1

机械概述2.

零件和构件的认识零件是机械制造的的最小单元体，是不可拆分的，构件

是机械运动的最小单元体，它有可能是单一的一个零件，也

有可能是若干零件的组合，图1.4所示的内燃机中的连杆，就

是由连杆体1、连杆盖2、轴套3、轴瓦4、螺杆5和螺母6等零

件组合而成的，在制造中几个零件分别加工，装配成连杆后

整体运动。零件可以分为两大类：一类是通用零件，它广泛应用于各种机器中，如齿轮、轴、螺母、销、键等；另一类是专用零件，它仅用于某些机器中，常可表征该机器的特点，例如柴油机中的曲轴，内燃机中的活塞(如图1.1所示)等。机构可分为常用机构和特定机构，常用机构包含平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构、齿轮传动机构等。就功能而言，一般机器包含四个基本组成部分：动力部分、传动部分、控制部分、执行部分。

2项目1

机械概述3.

机械设计的基本要求和一般过程机械设计的目的是通过人们的思考与创新，设计出能实现预期功能的新机械。机械设计首先应保证机械能实现预期的功能，其

次是要求机械的使用性能好、效率高、成本低，在预定使用期限内安全可靠、操作方便、维修简单和造型美观等。机械设计包括以下主要内容：确定机械的工作原理，选择合宜的机构；拟定设计方案；进行运动分析和动力分析，计算作用在各构件上的载荷；进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设

计

。4.

机械发展的现状与展望项目1

机械概述1.5

拓展训练观察连杆机构设计陈列柜、凸轮机构设计陈列柜、齿轮机构混合陈列柜

、标准件设计陈列柜、间歇机构陈列柜、齿轮系设计陈列柜、带与链传动设计陈列柜、螺纹和螺旋传动设计陈列柜等。(1)观察各种连杆机构的组成结构，各种构件之间的运动情况，指出这

些机构之间的内在联系。(2)观察各种凸轮机构的原动件和从动件的结构特点及运动的不同形式，

指出哪些是平面凸轮，哪些是空间凸轮。(3)观察齿轮传动的类型及旋转方向。(4)观察标准件的类型，指出螺栓、螺钉、垫圈与螺母有哪些类型。(5)观察各种间歇机构的原动件和从动件的运动情况，指出哪些是平面

机构，哪些是空间机构。(6)观察轮系的结构与运动情况，指出哪些是定轴轮系，哪些是周转轮

系。(7)观察带传动与链传动的类型，原动件和从动件的运动情况。(8)螺纹有哪几种类型?有哪些螺旋机构?机械设计基础平面机构在人类的科技发展历程中占据着重要地位。随着科技的飞速发展，平面机构在自动化生产、机器人技术、精密仪器

等领域持续发挥着重要作用，不断推动着科技的进步和社会的发

展。本项目主要介绍了平面机械运动简图的绘制和自由度的计算，

通过亲自动手绘制运动简图和计算自由度，我们可以更好地掌握

平面机构的基本概念和原理，提高分析问题和解决问题的能力。

同时，这也是后续学习更复杂机械系统和自动化技术的基础。项目2平面机构运动简图及自由度学习目标知识目标1.了解平面机构运功简图的绘制方法。2.掌握平面机构自由度的计算方法。能力目标1.能够正确绘制常见机构运动简图。2.能够正确计算平面机构自由度。素质目标1.具有大局观念和爱国情怀。2.具有创新意识，激发创新能力。项目2

平面机构运动简图及自由度2.1.1

任务书绘制图2.

1所示颚式破碎机的机构运动简图。任务2.1

平面机构运动简图图2

.

1颚式破碎机2.1.2

知识点(1)平面机构的组成。(2)运动副的分类与表示方法。(3)绘制平面机构运动简图的方法与步骤。任务2.1

平面机构运动简图1632.1.3

任务分析用一些简单线条表示构件，用规定符号表示运动副的类型，并按一定比例

绘制的表示机构结构和各构件间相对运动关系的简图，称为机构运动简图。如

图2

.

2

(b)

所示。绘制机构运动简图的主要步骤：①分析机构的运动；②确定运动副的类型

和数量；③选择投影平面；④选择适当的比例；⑤绘制机构运动简图。1任务2.1

平面机构运动简图(a)

偏心油泵

(b)

机构运动简图图2.2

偏心油泵机构及其机构运动简图2.1.4

基本知识1.

机构的组成机构是由构件通过运动副组成的系统，组成机构的所有构件都在同一平

面或平行平面内的机构，称为平面机构。1)构件构件。从运动的观点分析机械时，构件是参加运动的最小单元体。构件

可以是一个零件，也可以是由多个零件组成的刚性系统。零件。从制造的观点分析机械时，零件是组成机械的最小单元体。任何机械都由许多零件组合而成的。2.3

曲轴2图2.4

连杆任务2.1

平面机构运动简图2)运动副为了使多个构件组成一个系统后相互之间具有确定的运动，构件与构件需

要一种既直接接触又有相对运动的连接，这种连接称为运动副。两构件直接接

触而构成运动副的点、线、面部分，称为运动副元素。任务2.1

平面机构运动简图轴轴承图2.5

运动副机架3)构件的自由度与运动副约束如图2.6所示，一个在空间自由运动的构件，具有六个独立运动，即沿着x

、y

、z轴的移动和绕着

x

、y

、z轴的转动。而对于一个作平面运动的构件来说，仅有三个独立运动，即沿着x、y轴的移动和绕着x0y平面内任一点的转动，可用三个独立参数x、y、φ来描述，如图2.7所示。构件的独立运动称为构件

的自由度，可见，一个在平面内自由运动的构件具有三个自由度。当两个构件通过运动副连接以后，它们之间的某些独立运动将不能实现，

这种对构件独立运动所加的限制称为约束，它所限制的独立运动的数目称为

约束数。运动副每引入一个约束，构件就失去一个自由度。两构件间约束数的多少和约束的特点取决于运动副的型式。任务2.1

平面机构运动简图x2.6

空间自由运动的刚体图2.7

平面运动的构件4)运动副的分类根据运动副对构件相对运动的约束及两构件接触方式的不同，运动副分类如下。(1)平面运动副。若组成运动副的两构件或两个以上构件在同一平面或相互平行平面内做相对运

动，则称该运动副为平面运动副。平面运动副分为低副和高副。①低副。两个构件之间通过面接触而组成的运动副称为低副。根据两个构件之

间的相对运动形式，低副又可分为转动副和移动副。任务2.1

平面机构运动简图图2.9

移动副图2.8

转动副(a)(b)图2.10

高副任务2.1

平面机构运动简图②高副。两个构件之间通过点或线接触而组成的运动副称为高副。(2)空间运动副。若运动副允许两构件做空间相对运动，则该运动副称为空间运动副。

常用空间

运动副有螺旋副和球面副，如图2.11所示。7.y

2(a)

螺旋副

(b)

球面副图2

.

11空间运动副任务2.1

平面机构运动简图15)运动链和机构(1)运动链。将两个以上的构件通过运动副连接而成的系统称为运动链。若运动链的各构件构成首末封闭的系统，则称为闭式运动链(闭链);若运动

链的各构件未构成首末封闭的系统，则称为开式运动链(开链)。(2)机构。在运动链中，如果将其中的一个构件固定作为机架，当另一个或少数几个构件

按给定的运动规律做独立运动时，其余构件均随之做确定的相对运动，这种运动链

就称为机构。

机构中输入运动的构件称为原动件，其余可动构件称为从动件，因此

,机构是由原动件、从动件和机架三部分组成的，如图2.10

二(a)

闭式运动链(b)

开式运动链图2.12

运动链

图2.13机构若组成机构的各构件的相对运动均在同一平面内或在相互平行的

平面内，则该机构称为平面机构；若组成机构的各构件的相对运动

不在同一平面内或平行的平面内，该机构称为空间机构。任务2.1

平面机构运动简图A2.

构件及运动副的表示方法1)构件构件用直线或小方块等来表示，其上画有斜线的构件表示机架，如图2.14

所

示

。任务2.1

平面机构运动简图图2.14

构件原动件2)运动副(1)转动副。转动副用一个小圆圈表示，其圆心代表相对转动的轴线。图2.15

(a)

表示

组成转动副的两个构件都是活动构件，称为活动铰链；图2.

15

(b)表示组成运

动副的两个构件之一为机架，在代表机架的构件上画短斜线，称为固定铰链，习

惯上用图2.15

(c)

来代替图2.

15

(b)表示固定铰链。一个构件具有多个转动

副时，则将两条线的交叉处涂黑，或在其内画上斜线，如图2.16所示。任务2.1

平面机构运动简图(d)

图2.16

一构件多转动副表示法(a)

(b)

(c)图2.15

转动副表示法(2)移动副。图2.17是两个构件组成移动副的表示方法。在组成移动副的两个构件中，习

惯上将长度较短的块状构件2称为滑块，而将长度较长的杆状或槽状构件1称为导

杆或导槽。移动副的导路方向必须与相对移动方向一致，图中画有短斜线的构件

表示机架。12222图2.17

移动副表示法项目12机械概述(3)平面高副。两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，如

图2.18所示。图2.19是两个构件组成凸轮副的表示方法，对于凸轮、滚子，习惯图2.18

平面高副图2.19

凸轮副(4)齿轮副。图2.20是两个构件组成齿轮副的表示方法，对于齿轮，常用点划线划出其节项目12机械概述画出其全部轮廓。图2.20

齿轮副圆。n2.1.5

任务实施机绘制图2.

1所示颚式破碎机的机构运动简图的方法和步骤。1.分析机构的运动观察机构的运动情况，找出原动件、从动件和机架。从主动件开始，沿

着传动路线分析各构件间的相对运动关系，确定机构中构件的数目。工

4任务2.1

平面机构运动简图图2.21颚式破碎机2.确定运动副的类型和数量沿着运动传递路线，分析两构件间相对运动的性质，以确定运动副的类

型和数目。1任务2.1

平面机构运动简图图2.21

颚式破碎机3.

选择投影平面一般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要时也可以就机

械的不同部分选择两个或两个以上的投影面，然后展开到同一平面上。4.

选择适当的比例选择适当比例尺μ1任务2.1

平面机构运动简图5.绘制机构的运动简图按选定的比例尺，确定各运动副的相对位置，并按规定的符号绘出运动副；

然后用线段将同一构件上的运动副连接起来代表构件；从运动件开始，按传动

顺序标出各构件的编号和运动副的代号，在原动件上标出箭头以表示其运动

方

向。1任务2.1

平面机构运动简图图2.21颚式破碎机2.1.6拓展训练绘制图2.22所示各机构的机构运动简图。各机构的尺寸从图中直接测量。图2.22

(a)提升泵，轮1

转动时，通过扇形齿轮3,带动齿条4上下运动提

水

；图2.22

(b)手动油泵，手柄2摆动时，活塞杆4上下移动抽油；图2.22

(c)柱塞油泵，曲柄1

转动时，泵芯3

摆动，柱塞2

相对泵芯3

上下移动泵油。(a)

(b)

(c)任务2.1

平面机构运动简图图2.22

机构运动简图2.2.1

任务书计算图2

.

23所示大筛机构的自由度。6图2.23

大筛机构任务2.2

平面机构自由度的计算2.2.2

知识点(1)平面机构自由度的计算方法。(2)机构具有确定运动的条件。2.2.3

任务分析计算单缸内燃机的机构自由度的主要步骤。(1)计算机构的自由度。(2)判断机构是否具有确定的运动。任务2.2

平面机构自由度的计算2.2.4

基本知识1.

机构的自由度在图2.24所示的曲柄滑块机构中，假如给定滑块的运动规律为s=f(t),则其余构件的运动可完全确定。这说明曲柄滑块机构只有一个独立运动，机构所

具有的独立运动称为机构的自由度。要使该机构具有确定的运动，必须给定任一

活动构件一个独立的运动规律。曲柄任务2.2

平面机构自由度的计算图2.24

曲柄滑块机构2

.平面机构的自由度计算2)运动副在平面机构中，各构件只做平面运动。作平面运动的自由构件具有三个自由

度，即沿x

、y轴方向的移动以及在xOy

平面上绕任意点的转动。对平面低副，如转动副和移动副，由于两构件之间只有一个相对运动，即相

对移动或相对转动，说明平面低副引入了两个约束，从而减少了两个自由度。对平面高副，如齿轮副或凸轮副，只是沿公法线方向的运动被限制。可见组

成高副时引入一个约束，减少一个自由度。在平面机构中，如果有

n

个活动构件，则共有3n

个自由度。在以

PL

个低副、Pa

个高副连接成机构后，便失去2P+P个自由度，即引入2P+P个约

束，所余下的是机构的自由度

F,即F=3n一

2PL一PH(2.1)由公式可知，机构自由度取决于活动构件的数目及运动副的性质。任务2.2

平面机构自由度的计算3.

机构具有确定相对运动条件要使机构具有确定的运动，则给定的独立运动规律的数目必须等于机构的自由度。由于机构中按给定的运动规律运动的构件是机构的原动件，而机构的原动件一般都与机架相连，因此，原动件只能给定一个运动规律，所以，机构具有确定运动的条件为原动件数目等于机构的自由度数，即机构有多少个自

由度，就应给机构多少个原动件。机构的自由度

F>0。任务2.2

平面机构自由度的计算4.计算平面机构自由度的注意事项计算机构自由度时，应注意以下三个问题。1)复合铰链两个以上的构件在同一轴线上用转动副相连接，则称该连接为复合铰链。三个构件所组成的复合铰链如图2.25所示，其中图2.25

(a)

表示的转动副

的轴线垂直于纸面，

图2

.

25

(b)表示的转动副的轴线平行于纸面。由图2.25(b)可以看出，这三个构件沿同一个轴线共组成两个转动副。显然，若符合铰链由

m个构件组成，则连接处有

m—1个转动副数。任务2.2

平面机构自由度的计算(a)

(b)图2.25

复合铰链图2.26

局部自由度F=3n

一

2PL—PH=3

×2—2

×2一

1

=

1局部自由度虽不影响机构的运动关系，但可以变滑动摩擦为滚动摩擦，

从而减轻了由于高副接触而引起的摩擦和磨损。因此，在机械中常见具有

局部自由度的结构，如滚动轴承、滚轮等。2)局部自由度与机构整体运动无关的构件的独立运动称为局部自由度。在计算机构自由

度时，局部自由度应略去不计。任务2.2

平面机构自由度的计算3)虚约束机构中不产生独立限制作用的约束称为虚约束。在计算自由度时，应将虚约

束除去不计。虚约束常见的情况有以下几种。(1)两构件之间组成多个导路平行的移动副，其中只需一个移动副起独立

约束作用，其余的都是虚约束。计算机构自由度时，只能算作一个移动副。(2)两构件之间组成多个轴线重合的转动副，其中只需一个转动副起独立

约束作用，其余的都是虚约束。计算机构自由度时，只能算作一个转动副。任务2.2

平面机构自由度的计算图2.27

移动方向一致引入的虚约束图2.28

轴线重合引入的虚约束压板(3)机构中两构件相连，连接前被连接件上连接点的轨迹和连接件上连接点的轨迹重合，则此连接引入的约束为虚约束，如图2.29

所示的平行四

边形机构，连杆3平动，如果EF

平行并等于AB

及CD,

则杆5上E点的轨迹与

杆3上

E

点的轨迹重合。则EF

杆引入了虚约束，计算时简化成图2.29

(a)。任务2.2

平面机构自由度的计算(a)(b)图2.29

运动轨迹重合引入虚约束(4)机构中起相同作用的对称部分是虚约束。如图2.30所示的行星轮系，为了受力均衡，采用了三个行星轮2、2′、2”对称布置，它们所起的作用完

全相同，从运动的角度来看，只需要一个行星轮即可满足要求。因此其中只有一

个行星轮所组成的运动副为有效约束。2’图2.30

重复高副引入的虚约束任务2.2

平面机构自由度的计算2.2.5

任务实施计算图2.23所示大筛机构自由度的步骤。1.

计算机构的自由度1)判断机构中是否存在特殊情况机构中滚子9自转为一个局部自由度，将滚子与顶杆看成一体，消除局部自由度；

顶杆7与机架8在E

和E′组成两个导路重合的移动副，其中之一为虚约束，

除去虚约束E′,现如图2.31

(a)

所示；

C

处是复合铰链，构件2、3、4组成

了2个转动副，计算时铰链

C处代表了2个转动副。16图2.23

大筛机构任务2.2

平面机构自由度的计算2)确定活动构件数和各类运动副数由图可知，机构中构件1、2、3、4、5、6和7为活动构件，因此活动

构件数n

=7。机构中运动副的情况是：铰链A

、B

、D

、G和0处各有一个转动副，铰链C

为复合铰链，此处有两个转动副，构件5与8、构件7与8之间各有一个移动副。

所以机构中的低副PL=9;

机

构中

6

与7组成凸轮副，所以机构中的高副

PH=1。3)计算机构的自由度由式(2

.

1)得F=3n

一

2PL

—PH

=3×7一

2×

9一

1

=

2任务2.2

平面机构自由度的计算6图2.23

大筛机构12.判断机构是否具有确定的运动大筛机构的自由度等于2,机构的自由度F>0;有两个原动件，原动件数目等于机构的自由度，故该机构具有确定的相对运动。6(a)

(b)图2

.31大筛机构的自由度任务2.2

平面机构自由度的计算62.2.6拓展训练(1)计算图2

.32所示机构的自由度。(2)计算图2.32所示单缸内燃机的自由度。任务2.2

平面机构自由度的计算(a)

单缸内燃机结构原理图

(b)

单缸内燃机运动简图图2.32

单缸内燃机(3)计算图2

.

33

所示机构的自由度，图中齿轮2及凸轮4固定在同一

轴线上。任务2.2

平面机构自由度的计算图2.33

计算机构的自由度机械设计基础平面机构设计平若干个构件通过低副联接而成的机构叫平面连杆机构，其中由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构是平面四杆机构，这也是平面连杆机构中最常见的形式。平面四杆机构是平面连杆机构中的一种，它又分为铰链四杆机构和衍生平面四杆机构。机构中只有转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构；机构中既有转动副又有移动副的平面四杆机构为衍生平面四杆机构。平面连杆机构在众多领域都有着广泛而重要的应用。在机械制造领域，平面连杆机构常用于各种机床的传动系统中。例如，牛头刨床的主运动机构采用了曲柄摇杆机构，通过将旋转运动转化为直线往复运动，实现对工件的切削加工。项目3学习目标知识目标1.掌握平面四杆机构的基本形式及演化。2.掌握平面四杆机构的基本特性。3.掌握平面四杆机构的设计方法。能力目标1.能够正确设计平面四杆机构。2.能够正确设计曲柄摇杆机构。3.能够正确设计曲柄滑块机构。素质目标1.具有团队合作意识和工匠精神。2.具有社会责任担当意识，激发创新能力。项目3

平面机构设计3.1.1

任务书如图3

.

1所示为平面四杆机构中连杆所在的两个位置，B₁C₁

成水平线，B₂C₂与

水

平

线

成

1

5

°

,

B₁E=100

mm,B₂点

在E点正下方，与E

点距离

也为100

mm,且连杆长度为300mm,

根据连杆图示两位置，用图解法设计

此平面四杆机构。任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构图3.1

连杆两位置B₁3.1.2

知识点(1)平面四杆机构的基本形式及演化。(2)平面四杆机构的基本特点。(3)平面四杆机构的设计方法。任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构3.1.3

任务分析在如图3.2所示的铰链四杆机构中，固定不动的构件AD

称为机架，与机

架相连的构件AB

、CD

为连架杆，如果连架杆绕机架上的转动中心A

或D

做

整周转动，则称为曲柄；如果只能在小于360°的某一角度范围内往复摆动，则称为摇杆。不与机架相连的构件BC称为连杆。连杆B

连架杆连架杆机架图3.2

铰链四杆机构结构简图任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构3.1.4

基本知识1.

平面连杆机构的特点平面连杆机构是由若干个构件通过低副连接而成的机构。它根据所含构件个数来分类，分为四杆机构和多杆机构(五杆以上)。平面连杆机构的主要优点：①两构件间均为低副连接，因而承受的压强

小，便于润滑，磨损小，能承受较大载荷；②制造简单，便于获得较高精

度；③从动件可获得多种运动轨迹。平面连杆机构的主要缺点：①低副连接存在间隙，会引起积累误差；②

设计比较复杂，难以精确地实现复杂的运动规律。任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构2.

铰链四杆机构的基本类型铰链四杆机构根据两连架杆中曲柄的数目可分三种基本类型。1)曲柄摇杆机构在铰链四杆机构中，如果两个连架杆之一为曲柄，另一个为摇杆，则称为

曲柄摇杆机。任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构图3.4

缝纫机脚踏板机构图3.3

搅拌器图3.5

惯性筛

图3.6机车车轮机构在平行四边形机构中，若连杆和机架不平行，则称反向双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相反且角速度不同。任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构2)双曲柄机构在铰链四杆机构中，如果两个连架杆均为曲柄，则称为双曲柄机构.图3.7

车门启闭机构BC"任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构3)双摇杆机构在铰链四杆机构中，如果两个连架杆均为摇杆，则称为双摇杆机构。在双摇杆机构中，如两摇杆的长度相等，则称为等腰梯形机构，如图3

.

10所示的汽车前轮转向机构D图3.9

电风扇摇头机构图3.10

汽车转向机构图3.8

鹤式起重机3.

铰链四杆机构的类型判别铰链四杆机构三种基本型式的区别在于连架杆是否为曲柄。1)曲柄存在的条件铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于各个构件的相对尺寸关系和机架的位置。

下面讨论连架杆成为曲柄的条件。如图3

.

11

所示的铰链四杆机构，设各杆长度分别为a

、b

、C

、d

。当曲柄AB回转一周时，它与连杆有两次共线，这时曲柄与摇杆的对应位置分别为

AB₁

与C₁D;AB₂和C₂D。分别构成△AC1D和△AC2D。CC₂任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构图3

.

11曲柄摇杆机构根据三角形任意两边之和大于第三边的定理可得在△

AC2D

中有a

+b<c

+d

(3.1)在△

AC1D

中有：d<c+(b—a)

即

a

+d<b+c

(3.2

)

c<d+(b—a)

即

a+c<b+d

(3.3

)

当曲柄连杆与机架共线时，式(3.2)和式(3.3)存在，即

a+b≤c+da

十

d≤b+c

(3.4

)a+c≤b+d把以上不等式两两相加可得a≤ba≤d

(3.5)由式(3.4)、式(3.5)两式可知：①在曲柄摇杆机构中，曲柄是最短

杆；②最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，这两个条件

是曲柄存在的必要条件。任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构C₂2)铰链四杆机构的类型判别铰链四杆机构属于何种类型，除了与各构件相对长度有关外，还与选用哪一构

件作为机架有关。如图3.

12

(a)所示曲柄摇杆机构中，曲柄AB

相对于机架

AD

及连杆

BC

做

整周转动。而摇杆

CD

相对于机架及连杆只能做小于360°的摆动。若取BC

为机

架，曲柄

AB

与摇杆CD

的运动情况与图3.12

(a)

相同，如图3.12

(b)

所示。

若取AB

为机架，根据相对运动原理，AD

、BC

两构件分别绕A

、B

两点作整周

运动，形成双曲柄机构，如图3.12

(c)

所示。若取

CD

为机架，AD

和BC

两构

件分别绕

C、D

做小于360°的摆动，形成双摇杆机构，如图3.12

(d)所示。4

4

4

图3.12

曲柄摇杆机构的演化任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构由以上分析可得铰链四杆机构类型的判别通则：(1)若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，无论以哪个构件为机

架，都不存在曲柄，故为双摇杆机构。(2)若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，以不同的构件为机架,则有下三种铰链四杆机构：以最短杆的邻边之一作为机架，成为曲柄摇杆机构，如图3.12

(a)、

图3

.

12(b)所示；以最短杆边作为机架，成为双曲柄机构，如图3.12

(c)

所示；以最短杆的对边作为机架，成为双摇杆机构，如图3.12

(d)所示。4

4

4

图3.12

曲柄摇杆机构的演化任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构4

.平面四杆机构的基本特性1)机构的急回特性如图3.

11所示为一曲柄摇杆机构，在主动件曲柄AB

沿顺时针方向转动一周的过程中，有两次与连杆BC共线，此时摇杆

CD分别位于

C1D和

C2D两极限位

置，摇杆在两极限位置的夹角

ψ称为摆角。曲柄AB

与连杆两次共线位置之间所

夹锐角θ称为极位夹角。当曲柄等速回转时，摇杆往返摆动的角速度不同，在摆回来时有较大的角速度

,表明机构具有急回运动特性。在生产实际中，常利用机构的急回特性来缩短空载

行程时间，以提高生产率。C₂任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构图3

.

11曲柄摇杆机构行程速度变化系数

K

与极位夹角θ的关系，θ越大，K

越大，急回运动的性

质也越显著,机构的传动平稳性下降。当θ=0°时，K=1时，机构没有急回特

性。一般

K

取1.2～

2.0。由式(3.6)可得极位夹角

(3.7)在设计具有急回性质的平面连杆时，通常根据工作需要选定

K值，由式(3.7)算出极位夹角，再确定各构件的尺寸。

C₂任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构机构的急回特性可以用行程速度变化系数

K来表达图3.11曲柄摇杆机构(3.6)2)传力特性如图3.

13所示的曲柄摇杆机构，若忽略各杆的质量和运动副中的摩擦影响，

则主动曲柄AB经连杆BC传递到摇杆CD的作用力

F

必和BC共线。力

F与

C点的绝对速度

v。之间所夹的锐角a称为压力角。压力角的余角Y,

称为传动角。在机构运动过程中，其传动角是不断变化的，为了保证机构具有良好的传

动性能，通常使

Ymin≥40°,传动力矩较大时，则要使

Ymin≥50°。任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构图3.13

传力特性在曲柄摇杆机构设计中还要检验传力性能，也即要找出最小传动角，看其是否

符合要求。曲柄摇杆机构最小传动角出现在曲柄与机架共线的两位置之一。图

3.14是几种四杆机构最小传动角的位置，其中图3.14(c)

为导杆机构，曲柄为

主动件，其传动角

Y恒为90°,机构具有良好的传力性能。任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构(e)

摆动导杆机构(曲柄主动)图3.14

四杆机构最小传动角位置(a)

曲柄摇杆机构φ12>180°

(b)曲柄摇杆机构φ12<180°(c)

对心曲柄滑块机构(f)摆动导杆机构(导杆主动)γ=90。(常数)3)死点位置如图3.

11所示的曲柄摇杆机构中，如果以摇杆3

为原动件，曲柄2为从

动件，当摇杆摆到极限位置C₁D和C₂D时，连杆2与曲柄1共线，若不计各

构件质量，则这时连杆加给曲柄的力将通过铰链中心A,压力角α

=90°,此时力

F对A不产生力矩，因此不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。

死点位置会使机构的从动件出现卡死或运动不确定现象。用作传动的机构，应避免或设法通过死点位置。采用的方法是对从动曲柄施

加转动力矩，或利用飞轮及构件自身的惯性，使机构顺利通过死点位置。机构用作夹紧或需要夹紧的装置，则要设置和利用死点位置。D任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构图3.4

缝纫机脚踏板机构图3.16飞机起落架图3.15

夹紧机构(c)

(d)图3.17

曲柄滑块机构曲柄滑块机构广泛用于内然机、

冲床、空气压缩机等机械中。任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构5.

平面四杆机构的演化1)改变运动副的类型(1)一个转动副转化为移动副。(a)(b)任务3.

1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构a(a)图3.18正弦机构正弦机构主要用于仪表和计算装置中。(2

)两个转动副转化为移动副。a(b)(c)

(d)图3.19

偏心轮机构偏心轮机构主要用于小型水泵和冲床等多种机床夹具中。任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构(3)扩大转动副。(a)(c)1任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构(b)

(c)

(d)41n图3.23

自卸卡车翻斗机构

图3.24

手动唧筒机构2)取不同的构件为机架图3.20

曲柄滑块机构的演化图3.22

牛头刨床运动机构图3

.21小型刨床运动机构(a)任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构4对于两个移动副的正弦机构，也可取不同的构件为机架演化成不同的机构。图3.25

正弦机构的演化4

446.

平面四杆机构的设计方法平面四杆机构的设计方法有图解法、解析法和实验法。解析法设计四杆机构相当复杂，但精度高，随计算机的发展，此方法得到了

推广；实验法设计四杆机构适用于按照给定点的轨迹进行设计；图解法设计四杆机构简单、直观，但精度较低。本设计采用图解法。任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构3.1.5

任务实施(1

)

选

用比

例

尺

μ

1

=

1

0

mm/mm,

按已知条件画出连杆的两位置

B₁C₁

和

B₂C₂,

如图3

.26所示。(2)作线段

B₁B₂

中垂线b₁2和C₁C₂中垂线C12。(

3

)

在b₁2

上任取一点A,

在

C₁2

上任取一点D,

连接ABCD,则ABCD即为所求的四杆机构。各杆长度分别是

1AB

=μ1.AB₁lcD=μ1.C₁D

1AD=μ1.AD(

4

)以B1为圆心，以10

mm

为半径作圆弧，交B₁B₂中垂线b₁2与

A

点

,

以

C₁

为圆心，

以33

mm

为半径作圆弧，交C₁C₂中垂线

C₁2与

D点，连接AD,则ABCD

为所求的四

i任务3.1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构图3.26

曲柄摇杆机构设计3.1.6拓展训练如图3.27所示，给定连杆的长度及三个位置，设计平面四杆机构。3图中，连杆长度为500

mm,B₁C₁成水平线；B₂C₂与水平线成15°,

B₂

到B₁C₁的距离为50mm,且垂足

E到

B₁

的距离为200mm;B₃C₃与水平线成30°,

B₁

在B₃C₃的延长线上，且B₁B₃=

350

mm。任务3

.

1

按给定连杆两位置设计平面四杆机构任务3.2

按给定行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构按给定行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构任务3.3

按给定行程速度变化系数K按给定行程速度变化系数K设计曲柄滑块机构设计曲柄滑块机构机械设计基础项目4凸轮机构凸轮机构通常由凸轮、从动件和机架组成，是机械常用传动机构之一，其功能是将凸轮的连续转动或移动转换为从动件的连续或不连续的移动或摆动。本项目通过对心、偏置直动从动件盘形凸轮轮廓设计以及凸轮

的加工三个工作任务的实施，使学生掌握凸轮轮廓设计与加工的工作方法

和步骤，会选择滚子半径、基圆半径、校核凸轮压力角等，完成凸轮轮廓

的设计与凸轮的加工。任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计4.1.1任务书设计一对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构，凸轮按逆时针方向转动，行程h=20mm,

从动件的运动规律如下：δ0°~90°90°~150°150°~240°240°~360°运动规律等速上升停止等加速等减速下

降停止(1)绘制从动件位移线图；(2)设计凸轮轮廓曲线；(3)选用材料和确定加工精度。任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计4.1.2知识点和技能点1.知识点(1)凸轮机构的类型、特点及应用(2)凸轮机构中从动件的运动规律(3)按从动件运动规律设计对心直动从动件盘形凸轮轮廓的基本理

论与方法2.技

能

点

：用图解法设计对心直动从动件盘形凸轮轮廓。4.1.3任务分析对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计的内容为：根据工作要求初步确定凸轮的基圆半径，根据从动件位移图线进行凸轮轮廓的设计，选择凸轮副材料，制定凸轮的加工精度等。4.1.4凸轮机构的基本知识1.凸轮机构的应用凸轮机构常用于轻载、低速的自动机或半自动机的控制，以下列举任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计4.2自动送料机构其应用实例。任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计4.3自动装卸机构4.4绕线机构2.凸轮机构的类型及特点(1)按凸轮形状分按照凸轮轮廓曲线的形状，凸轮可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮三类。1)盘形凸轮

2)移动凸轮

3)圆柱凸轮

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计a

盘形凸轮b

移动凸轮c

圆柱凸轮任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计a

尖顶从动件

b滚子从动件

C平底从动件图4.6按从动件的形状分(2)按从动件的形状分a

尖顶从动件

b

滚子从动件

c

平底从动件图4.7

摆动从动件(3)按从动件运动形式分1)直动从动件

如图4.6a、c所示。2)摆动从动件

如图4.7a、b、c所示任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计图4.8

对心尖顶直动从动杆盘形凸轮机构3.凸轮机构的运动过程和基本参数以图4.8所示对心尖顶直动从动杆盘形凸轮机构为例，说明原动件凸轮和从动件间的运动关系和有关名称。(1)基圆以凸轮轮廓最小向径r₆为半径所作的圆称为凸轮的基圆，

r₆为基圆半径。(2)推程及推程运动角当从动件与凸轮轮廓上A点相接触时，从动件处于上升的起始位置。凸轮以角速度@逆时针方向转动一个角度，从动件在凸轮轮廓推动下由A点到达最高位置，这个过程称为推程。凸轮相应转角称为推程运动角。(3)行程在推程(回程)中，从动件移动的距离h称为行程。(4)远休止角当从动件到达最远位置后，凸轮继续转动角，从动件尖顶与凸轮轮廓BC

段接触，而BC

段是以0为中心，

OB为半径的圆弧，从动件停留在离凸轮轴心最远的位置，称为远休止，凸轮相应转角

称为远休止角。

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计(5)回程及回程运动角当凸轮继续转动δ₂角，从动件逐渐回到起始位置A,这个过程称为回程，

凸轮相应转角δ₂称为回程角。(6)近休止角当凸轮继续转动δ角，从动件尖顶与凸轮的DA圆弧段接触，停留离凸轮轴

心最近的位置A,称为近休止。凸轮相应转角03为近休止角。如果凸轮继续转动，从动件将重复上述动作。(7)从动件位移线图以凸轮转角δ或者对应的时间为横坐标，以从动件位移s

为纵坐标所作的线图，称为从动件位移线图，如图4.8(b)所示。

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计·

4.从动件常用运动规律·

从动件常用的运动规律有等速运动规律、等加速等减速运动规律、余弦加速度

运动规律等。它们的运动规律如下。·

(1)等速运动规律V◎0.+a0图4.9

等速运动规律

-0任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计8(t)8(t)任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计8ct)·

(2)等加速等减速运动规律图4.10等加速等减速运动规律8Bct)a0等加速度抛物线图作图方法如下：1)取长度比例尺

μs,

在纵坐标轴上做出从动件的行程h,

并将其分成

相等的两部分；2)取角度比例尺μδ,在横坐标轴上做出凸轮与行程h对应的推程角δ0,

将其也分成相等的两部分；3)在横坐标上将的线段分成若干等分(图中为四等分),得1、2、3、4

各点，过这些点作横坐标的垂直线；(4)将推程h/2分成相同的等分，得1'、2'、3'、4',连接01'、02'、03'、04',与横坐标垂直线分别交于1"、2"、3"、4",各点，将点O、1”、2”、3”和4”连成光滑的曲线，

即为前半行程的等加速运动的位移线图。

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计·

用同样的方法可得到等减速段位移曲线。从动件等减速段的运动方程(推程)任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计(3)简谐运动规律某一质点在圆周上作匀速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动

称为简谐运动。从动件在推程作简谐运动的运动方程见表达式(4.4)。任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计图4.11简谐运动规律由式4.11可知，从动件的位移曲线为简谐运动曲线，速度线图是正弦曲线，加速度线图是余弦曲线，因此简谐运动规律又称为余弦加速度运动规律。由速度和加速度线图可以看出，其速度和加速度是连续的，但在运动的起始和终止位置，加速度作有限值突变，会产生柔性冲击，因此这种运动规律仅适用于中低速、轻载场合。推程时从动件的位移线图如图4.11所示，

作图步骤如下：1)取角度比例尺μδ,在横坐标轴上作出推程角δ0,将其分成若干

等分(图中为六等分),得1、2、3、4、5、6各点，过这些分点作横坐标

的垂直线；2)取长度比例尺μs,以行程h为直径在纵坐标轴上画半圆，把半圆周也分成相应的等分，得1′、2′、3′、4′、5′、6′各点，并将这些

点向纵坐标轴投影，过投影点作投影线的延长线，分别交于横坐标垂直线

上，得1"、2"、3"、4"、5"、6"各点，将这些点连接成光滑的曲线。

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计·

5.

凸轮机构的压力角·

如图4.12所示为对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构在推程的任一位置，从

动件上的外载荷为FQ,

当不考虑摩擦时，凸轮给予从动件的力Fn是沿法线

方向的。从动件运动方向与力Fn方向之间所夹的锐角α即为压力角。·

将Fn分解为沿从动件导路方向的分力F1和垂直于导路方向的分力F2,其中

F2

是推动从动件运动的力，它除了克服作用于从动件的工作阻力FQ外，还

需要克服因F1引起的导路对从动件的摩擦阻力。任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计图4.12凸轮机构的压力角

图4.13压力角的测量压力角大小可使用量角器测取(图4.13)任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计量角器最大压力角αmax也可根据从动件运动规律、运动角δ0和h/rb比值，由诺模图查得。图4.14为对心直动从动件凸轮机构的诺模图。5-

35085任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计图4.14为对心直动从动件凸轮机构的诺模图6.基圆半径的确定凸轮机构中，凸轮的基圆半径越小，机构越紧凑，但在其他条件都不变的情况下，基圆半径越小，凸轮工作轮廓越陡，压力角越大；基圆半径

越大的凸轮工作轮廓越平缓，压力角越小；因此在设计凸轮时，应在满足

a

max≤[α]的条件下，选尽可能小的基圆半径。对于凸轮与轴做成一体的凸轮轮廓的基园半径比轴的半径大2～5mm,当凸轮是单独加工，然后装在凸轮轴上时，通常可取基园半径rb=(0.8～1)ds

(轴的半径)。基园半径也可按运动规律、许用压力角由诺模图中求出。

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计δ0°~90°90°~150°150°~240°240°~360°运动规律等速上升停止等加速等减速下降停止4.1.5

任务实施由任务书已知：凸轮按逆时针方向转动，行程h=20mm,凸轮轴直径为40mm,从动件的运动规律为：1.按许用压力角的要求确定最小基园半径rbmin推程δ0=90°,取[a]=30°,按等速运动规律，由图4.14a所示的诺模

图中找出δ0=90°、amax=30

°的两点，然后用直线将其相连交等速运任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计将h=20mm带入上式，可得动标尺与1处，即回程

δ2=90°,取[α]=70°,按等加速等减速运动规律，由图4.14a

所示的诺模图中找出δ2=90°、

amax=70°

的两点，然后用直线将其相连交等加速等减速运动标尺与大于5处，即任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计将h=20mm带入上式，可得故

Yamin=20

mm。·

2.按轴的结构要求选取基园半径·

按许用压力角的要求，

rbmin=20

mm,

按轴的结构要求r₆=(0.8～1)d=(0.8～1)×40=32～40(mm)取

rb=40mm。

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计3.按作图法设计凸轮轮廓(1)反转法原理凸轮机构工作时，凸轮在运，假想给整个凸轮机构加上一个与凸轮角速度大小相等、方向相反的角速度-@,机构中各构件之间的相对运动关系并

没有改变，而凸轮相对静止，从动件则随机架和导路以角速度-w

绕0点转动，同时又在导路中作往复移动。由于从动件尖顶始终与凸轮轮廓保持接触，所以反转后的从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓。这种设计方法称

为“反转法”,它是绘制凸轮轮廓曲线的基本方法。(2)设计凸轮轮廓，见图4.15.

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计s8101)选取比例尺，作位移线图。选长度比例尺μs=2mm/mm,角度比例尺μδ=6°/mm,画从动件位移线图。并将推程运动角4等分，回程运动角6等分，得等分点1、2、3、

…、10、11、12,过这些等分点作横坐标的垂直线。2)画基圆并确定从动件尖顶的起始位置如图4.15所示，取相同的比例尺，以0为圆心、为半径作基圆。过0点画从动件导路中心线与基圆的交点A,则A点即为尖顶从动件的起始位置。3)画反转运动中从动件的导路位置。自OA沿-@的方向取角度8。

,δ₃,并将它们各分成与图4.15a对应的等份，得到1、2、3、…、10、11、12点，过各等分点作一系列径向线01、02、03、

…,则各径向线代表从动件在反转运动中依次占据的位置。

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计4)作从动件尖顶轨迹在位移曲线中量取各个位移量，11/、22/、33/、

…,自各径向线与基圆的交点1、2、3、…起，截取同样的长度11/、22/、33/、

…。(5)绘制凸轮轮廓将起始点和1′、2′、3′

…依次连成一条光滑曲线，即为所设计的凸轮

轮廓曲线。4.检验凸轮轮廓由于按许用压力角拟定基圆半径，并按结构要求放大，所以不需检验a

max;

该凸轮机构采用尖顶从动件，所以没有运动失真问题。

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计5.以坐标数值表示凸轮轮廓由于用作图法设计出的凸轮轮廓不够精确，需附凸轮轮廓的坐标数值，即用转角和向径表示凸轮轮廓，以便于划线、加工和检验。凸轮转角以等分编号表示，位移以位移和行程的比值s/h

表示。表4.1是运动角为90等分时的位移比。使用时，按所选的运动规律，查出凸轮转

角各等分编号的位移比s/h,再由下式求出相应的向径。按rb=40mm、h=20mm及任务书所给的运动规律，由表4.1的数值，通过式4.6计算出向径值，并列在凸轮工作图4.18中。任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计6.选用材料和制定加工精度(1)凸轮机构常用材料及热处理凸轮机构工作时，

一般存在着冲击，从而使凸轮与从动件表面产生磨损。因此对凸轮材料的要求是表面要有一定的硬度，而芯部韧性要好；从动件尖端或滚子的表面硬度要高。低速轻载的盘形凸轮机构：凸轮可选HT250HT300QT800-2QT900-2等材料。从动件用中碳钢，高副端表面淬火至40-50HRC,也可采用尼龙。中速中载时，凸轮常用45、40Cr

、

20Cr

、20CrMn等材料。从动件可用20Cr等低碳合金钢，经渗碳淬火，渗碳层深0.8-1.5mm,硬度达56-62HRC。高速重载时，凸轮用40Cr等中碳合金钢，表面高频淬火至56-60HRC。从动件可用T8、T10

等碳素工具钢进行表面淬火处理。(2)凸轮机构的结构

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计图4.16凸轮的结构A—A凸轮精度公差等级或极限偏差，

mm表面粗糙度μm向径凸轮槽宽基准孔盘形凸轮凸轮槽较高±(0.05～0.1)H8(H7)H70.32<Ra≤0.630.63<Ra≤1.25一般±(0.1～0.2)H8H7(H8)0.63<Ra≤1.251.25<Ra≤2.5低±(0.2～0.5)H9(H10)H8凸轮精度的要求主要包括凸轮公差及表面粗糙度表4.2凸轮的公差和表面粗糙度任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计(3)凸轮加工精度图4.17滚子的结构该凸轮机构的基圆半径rb=40mm,凸轮尺寸较大，故采用凸轮与轴分开的结构，如图4.16

b;

又因凸轮用于自动机中，属中载中速，所以选20

Cr,渗碳淬火，渗碳深度1.2mm、表面硬度56～62HRC;取向径公差为±0.08、表面结构Ra=0.8μm;

为防止装配时错位，在凸轮上打印0°标记。

零件工作图见图4.18。

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计δ0°~90°90°~150°150°~240°240°~360°运动规律等速上升停止等加速等减速下降停止4.1.6

拓展训练.设计一对心滚子直动从动件盘形凸轮机构，凸轮按逆时针方向转动，行程h=20mm,滚子半径=8

mm,从动件的运动规律如下：任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计设计此凸轮轮廓。240°

Ra0812±0.02150°4012Ra1.6角度

6/(°)向径r040.001042.222044.443046.674048.915051.136053.357055.578057.7990~1506015060.0016059.5117058.0218055.56-43.3+8¹-50°90°

Ra32

(

√)19052.1020047.9021044.4422041.9823040.3924040.00240～36040.00技术要求1.轮廓渗碳深度1.2,淬硬至56～62HRC。2.向径公差为±0.08。3.未注倒角为2×45°,去尖角毛剌。凸

轮120Cr件数材料设计比例1:1审核(单位名)

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计中

4

0

±

0

.

0

2

5φ65Ra631.滚子从动件盘形凸轮尖顶从动件尖端磨损较快，故常采用滚子从动件来代替尖顶从动件。由于在工作中，滚子从动件的滚子始终与凸轮轮廓曲线相切，滚子中心到凸轮轮廓表面的距离等于滚子半径，因此可把滚子中心看作是尖顶从动件的尖顶，作图步骤如下：(1)将滚子的中心看作从动件的尖顶，按尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓

的绘制方法绘出凸轮的轮廓曲线β0,称为理论轮廓曲线，如图4.19所示。(2)在已画出的理论轮廓曲线上选取一系列圆心，以滚子半径为半径作若干

个滚子小圆。(3)作上述系列滚子小圆的内包络线，由于它是与滚子实际接触的凸轮轮廓

曲线，故称为实际轮廓曲线β,即为所求的凸轮轮廓

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计·

2.滚子半径选择·

滚子从动件有摩擦及磨损小的优点，若仅从强度和耐磨性考虑，滚子的半径宜大些，但滚子的半径受到凸轮轮廓曲线曲率半径的限制。·

设滚子半径为，凸轮理论轮廓曲率半径为，实际轮廓曲率半径为。如图4.20a

所示，当凸轮理论轮廓曲线内凹时，无论滚子取多大，都可以作出实际轮廓曲线。外凸时=一，当

pmin>

时，可完整绘出实际轮廓曲线。当

pmin

=时，实际轮廓曲线出现尖顶，尖顶容易磨损，导致从动件的运

动失真。当pmin

<时，实际轮廓曲线发生交叉，交点以外的部分在加工凸

轮轮廓时将被切除，从动件的运动规律实现不了。·

因此在设计时应保证pmin>,通常在选取滚子半径时按<pmin

一(3～5)mm。

任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计图4.20滚子半径的选取3.拓展训练题设计一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮回转方向及从动件初

始位置如图所示。已知基圆半径=4

0mm,

滚子半径=10mm,

从动件运动规

律如下：δ₀=150°,δ₁=30°,δ₂=120°,δ₃=60°,从动件在推程以简谐运动规

律上升，行程h=20mm;

回程以等速运动规律返回原处，试绘制从动件位

移线图及凸轮轮廓曲线。任务4.1对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计nnt4.2.1任务书一偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮顺时针方向转动。已知偏距e=10mm,

基圆半径=40mm,从动件运动规律如下：δ。=150°,δ₁=30°,δ₂=120°,δ₃=60°,从动件在推程以简谐运动规律上升，行程h=20mm;回程以等速运动规律返回原处。设计此凸轮轮廓。4.2.2知识点和技能点知识点(1)偏置直动从动件盘形凸轮从动件的常用运动规律(3)按从动件运动规律设计盘形凸轮轮廓的基本理论与方法技能点：用图解法设计偏置直动从动件盘形凸轮轮廓

任务4.2偏置直动从动件盘形凸轮轮廓设计4.2.3任务分析如图4.21所示为偏置尖顶直动从动件盘形凸轮。所谓偏置式即从动件导路中心线与凸轮轴心的垂直距离为偏距e,

以偏距e为半径所作的圆称为

偏距圆。从动件导路中心线在反转时始终与偏距圆相切，从动件的位移沿切线方向变化。4.2.4任务实施从动件在推程以简谐运动规律上升，回程以等速运动规律返回原处，

用作图法绘制从动件位移线图的方法与任务一相同，如图4.21a所示。作图步骤如下：(1)取适当比例尺作出从动件位移线图。

任务4.2偏置直动从动件盘形凸轮轮廓设计(2)以偏距e=10mm为半径作偏距圆，=40mm为半径作基圆，作偏距圆

的切线(即从动件导路中心线)该切线与基圆的交点A定为凸轮机构运动的

起始点。(3)沿w的相反方向，自从动件导路中心线与偏距圆切点开始取推程角、

回程角、近停程角，与位移线图对应，并将推程角、回程角在偏距圆上等

分成位移