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文档简介
1、第3章 凸轮及间歇运动机构,3.1 凸轮机构 3.2 棘轮机构 3.3 槽轮机构 3.4 不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动 机构,3.1 凸轮机构,3.1.1 凸轮机构的应用,在各种机械中,为了实现各种复杂的运动要求,广泛地应用着凸轮机构。 凸轮机构由凸轮、从动件和机 架三部分组成,结构简单,只要设 计出适当的凸轮轮廓曲线,就可以 使从动件实现任何预期的运动规律。 但另一方面,由于凸轮机构是 高副机构,易于磨损,因此只适用 于传递动力不大的场合。 内燃机配汽机构,平底凸轮动画,凸轮的分类,盘形凸轮:,移动凸轮:,圆柱凸轮:可看成是移动凸轮卷在圆柱体上,移动凸轮动画,移动凸轮机构动画,圆柱凸轮动画
2、(3D),圆柱凸轮动画(3D),尖顶推杆,滚子推杆,平底推杆,能与任意凸轮轮廓保持接触,可实现复杂的运动规律 易磨损,只宜用于轻载、低速,(4)一般凸轮机构的命名原则 布置形式运动形式推杆形状凸轮形状,对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构,偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构,摆动平底推杆盘形凸轮机构,对心直动平底推杆盘形凸轮机构动画,摆动平底推杆盘形凸轮动画,对心直动尖顶推杆盘形凸轮动画,摆动圆底推杆盘形凸轮动画,摆动滚子推杆盘形凸轮动画,对心直动滚子推杆盘形凸轮机构动画,偏心凸轮动画,等径凸轮动画,槽凸轮动画,回程,回程运动角h 休止,休止角s 行程(升程),h 位移线图:从动件的位移s、速度v、加速度a
3、等随时间t或凸轮转角d变化的关系图。,3.1.2 从动件常用的运动规律,从动件的运动规律是指从动件的位移、速度、加速度等随时间t或凸轮转角d变化的规律。,基圆,基圆半径r1 推程,推程运动角t,从动件常用的运动规律动画,1、等速运动规律,推程(0 t) 回程(0 t),运动线图 冲击特性:始点、末点刚性冲击 适用场合:低速轻载,位移,速度,加速度,2、等加速等减速运动规律,推程: 先加速,运动线图 冲击特性:起、中、末点柔性冲击 适用场合:低速轻载,v,后减速,3、余弦加速度运动规律,推程(0 t),运动线图 冲击特性:始、末点有柔性冲击 适用场合:中低速、中轻载,4、正弦加速度运动规律,0
4、1 2 3 4 5 6 7 8,h,t,推程(0 t),运动线图 冲击特性:无冲击 适用场合:高速轻载,t,t,1、从动件的压力角,Fn 的两个分力:,Ff 为导路对从动件的磨擦力,Fn一定时,a , F x , Ff ,当Ff Fy 时,机构发生自锁!,3.1.3 凸轮机构的压力角,3.1.4 凸轮的基圆半径,1基圆半径越小,凸轮的外廓尺寸越小。 2基圆半径越小,凸轮理论廓线的最小曲率半径越小,滚子凸轮的实际轮廓容易变尖和交叉。 3基圆半径越小,压力角越大,凸轮机构容易自锁。 4基圆半径过小,不便于凸轮与轴进行联接。,从图可见 按结构条件确定基圆半径 r11.8rb+410 mm rb轴的半
5、径。,3.2 按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓,凸轮轮廓线设计基本原理:反转法。,作图步骤: 根据从动件的运动规律:作出位移线图S2-t,并等分角度; 定基圆; 作出推杆在反转运动中依次占据的位置; 据运动规律,求出从动件在预期运动中依次占据的位置; 将两种运动复合,就求出了从动件尖端在复合运动中依次占据的位置点; 将各位置点联接成光滑的曲线; 在理论轮廓上再作出凸轮的实际轮廓。,作图法设计凸轮轮廓线,1 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构 2 对心直动滚子推杆盘形凸轮机构 3 对心直动平底推杆盘形凸轮机构 4 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构,1、对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构,已知:r1 ,推杆运动规律
6、,凸轮逆时针方向转动。 设计:凸轮轮廓线,定比例尺 初始位置及推杆位移曲线 确定推杆反转运动占据的各位置 确定推杆预期运动占据的各位置 推杆高副元素族 推杆高副元素的包络线,求解步骤:,2、对心直动滚子推杆盘形凸轮机构,已知:r1 ,推杆运动规律,滚子半径rk, 凸轮逆时针方向转动 设计:凸轮轮廓线,求解步骤:,定比例尺 初始位置及推杆位移曲线 注:两条轮廓线,理论实际轮廓线 实际轮廓线基圆rmin 理论轮廓线基圆r1 确定推杆反转运动占据的各位置 确定推杆预期运动占据的各位置 推杆高副元素族 推杆高副元素的包络线,r = -rk0,r= -rk0, = rk, rk,外凸凸轮轮廓线 r= -
7、rk rk, r 0,实际廓线平滑 =rk, r=0,实际廓线变尖 rk, r 0,实际廓线出现交叉,加工切割掉一部分,运动失真。,rk,r= -rk0,滚子半径的选择:,实际轮廓线曲率半径:r 理论轮廓线曲率半径: 滚子半径: rk 内凹凸轮廓线 r= +rk 理论轮廓线最小 结论:无论滚子半径多大,总能由理论轮廓线得到实际廓线。,r= +rk,3、对心直动平底推杆盘形凸轮机构,已知:r1 ,推杆运动规律,凸轮逆时针方向转动 设计:凸轮轮廓线,求解步骤:,定比例尺 初始位置及推杆位移曲线 确定推杆反转运动占据的各位置 确定推杆预期运动占据的各位置 推杆高副元素族 推杆高副元素的包络线,压力角
8、校核动画,3.1.6 凸轮的结构和材料,1凸轮在轴上的固定方式,当凸轮轮廓尺寸接近轴的直径时,凸轮与轴可制作成一体,如左图所示;当其尺寸相差比较大时,凸轮与轴分开制造,凸轮与轴通过键联接,如右图所示;或通过圆锥销联接,如下图所示。,2.滚子及其联接,下图所示为常见的几种滚子结构。,3.凸轮和滚子的材料,凸轮机构工作时,往往承受冲击载荷,凸轮与从动件接触部分磨损较严重,因此必须合理地选择凸轮与滚子的材料,并进行适当的热处理,使滚子和凸轮的工作表面具有较高的硬度和耐磨性,而芯部具有较好的韧性。 常用的材料有45、20Cr、18CrMnTi或T8、T10等,并经过表面淬火处理。,3.3 棘轮机构,3
9、.3.1 棘轮机构的工作原理,棘轮机构是一种 常用的间歇机构, 主 要由棘轮、 棘爪和 机架组成。,棘轮机构是一种常用的间歇机构, 其工作原理见下页图。棘轮3与轴用键连接, 弹簧5用来使制动棘爪4和棘轮3保持接触, 驱动棘爪2与连杆机构的摇杆1组成回转副N。摇杆空套在轴上, 可自由摆动。 当摇杆逆时针摆动时, 驱动棘爪便插入棘轮的齿槽中, 推动棘轮转过一定角度, 而制动棘爪则在棘轮的齿上滑过;当摇杆顺时针摆动时, 驱动棘爪在棘轮的齿上滑过, 而制动棘爪将阻止棘轮作顺时针转动, 故棘轮静止不动。 因此, 摇杆作连续的往复摆动时, 棘轮作单向间歇转动。,棘轮机构的工作原理,棘轮机构工作原理动画,如
10、果要求摇杆往复摆动时都能使棘轮向同一方向转动, 则可采用下图所示的双动式棘轮机构。 驱动棘爪可制成钩头或直头。,双动式棘轮机构动画,双向棘轮机构: 左图所示为矩形齿双向棘轮机构, 当棘爪1处于实线位置时, 棘轮2作逆时针间歇转动; 当棘爪处于图示虚线位置时, 棘轮作顺时针间歇转动。右图所示为回转棘爪式双向棘轮机构。 若将棘爪提升并绕本身轴线转动90棘轮将静止不动。,回转棘爪式双向棘轮机构动画,可变向棘轮机构动画,3.3.2 棘轮转角的调节,1.调节摇杆摆动角度的大小,控制棘轮的转角,改变曲柄长度调节棘轮转角,2用遮板调节棘轮转角,转角可调的棘轮机构,用遮板调节棘轮转角动画,3.3.3、 棘轮机
11、构的特点与应用,棘轮机构结构简单, 加工容易, 改变转角大小方便, 可实现送进、 制动及超越等功能, 故广泛应用于各种自动机械和仪表中。 其缺点是在运动开始和终止时, 棘轮和棘爪间都产生冲击, 因此不宜用在具有很大质量的轴上。,棘轮机构还常 用作防止机构逆转 的停止器。这类停 止器广泛用于卷扬 机、提升机以及运 输机中。,棘轮机构防止逆转动画(3D),3.4 槽轮机构,3.4.1. 槽轮机构的工作原理 槽轮机构如图所示, 由带圆(柱)销A的主动拨盘1、 具有径向槽的从动槽轮2和机架组成。 拨盘作匀速转动时, 驱动槽轮作时转、 时停的单向间歇运动。,3.4.2 槽轮机构的类型、特点及应用,槽轮机
12、构有两种基本形式:一是外啮合槽轮机构, 如图所示, 其拨盘1与槽轮2转向相反;,槽轮机构动画,双圆销外啮合槽轮机构动画,二是内啮合槽轮机构, 如图所示, 其拨盘1与槽轮2转向相同。 一般常用外啮合槽轮机构。,内啮合槽轮机构动画,空间槽轮机构动画,槽轮机构结构简单、 工作可靠, 机械效率高, 在进入和脱离接触时运动比较平稳, 能准确控制转动的角度。 但槽轮的转角不可调节, 故只能用于定转角的间歇运动机构中, 如自动机床、 电影机械、 包装机械等。,电影放映机卷片机构动画,又如图所示的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的径向槽的槽轮2固连, 拨盘上装有一个圆销A。 拨盘
13、每转一周, 圆销A进入槽轮一次, 驱使槽轮(即刀架)转60, 从而将下一工序的刀具转换到工作位置。,转塔刀架动画(3D),3.4.3 槽轮槽数z和拨盘圆柱销数k的选择,在一个运动循环内,槽轮2的运动时间与拨盘1的运动时间之比称为运动系数,用 表示。当拨盘1作等速转动时,也可用转角之比来表示。,由于运动系数应当小于1,故由上式得,有关棘轮机构和槽轮机构的设计,可参阅机械设计手册等。,3.5 不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构,3.5.1 不完全齿轮机构 1不完全齿轮机构的工作原理和类型 不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮机构演化而成的间歇运动机构,其基本结构型式分为外啮合与内啮合两种,如下图所示。,不完全齿轮内啮合机构动画,不完全外啮合齿轮机构动画,2.不完全齿轮机构的特点及用途,不完全齿轮机构结构简单、制造方便,从动轮的运动时间和静止时间的比例不受机构结构的限制。一般仅用于低速、轻载场合,如计数机构及在自动机、半自动机中用作工作台间歇转动的转位机构等。,3.5.2 凸轮式间歇运动机构,
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