模塊5凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)

1、模塊模塊5 5 凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)v學習情境1 凸輪機構(gòu)的類型和應用 v學習情境2 從動件運動規(guī)律v學習情境3 凸輪輪廓設計分析 v學習情境4 齒輪機構(gòu)設計與分析 v學習情境5 其他常用齒輪機構(gòu)簡介v【知識目標】【知識目標】v認知凸輪機構(gòu)的類型與應用；認知凸輪機構(gòu)的類型與應用；v理解凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律，了解這些規(guī)律在理解凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律，了解這些規(guī)律在工程實際中的應用；工程實際中的應用；v掌握凸輪輪廓設計的基本原理與方法；掌握凸輪輪廓設計的基本原理與方法；v了解齒輪機構(gòu)的類型與應用，掌握漸開線齒了解齒輪機構(gòu)的類型與應用，掌握漸開線齒廓分析方法和齒輪尺寸的計算。廓分析方法和齒

2、輪尺寸的計算。模塊模塊5 5 凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)v【技能目標】【技能目標】v根據(jù)機構(gòu)要實現(xiàn)的運動，選擇凸輪機構(gòu)的類型；v設計凸輪的輪廓機構(gòu)，分析其能實現(xiàn)的運動特性；v根據(jù)使用要求選用齒輪機構(gòu)的類型，并能設計選擇標準直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)。模塊模塊5 5 凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)v凸輪機構(gòu)是由具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通過高副接觸帶動從動件實現(xiàn)預期運動規(guī)律的一種高副機構(gòu)。如圖5-1（a）、圖5-1(b )所示。 模塊模塊5 5 凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)學習情境1 凸輪機構(gòu)的類型和應用5.1.1凸輪機構(gòu)的組成與應用v凸輪機構(gòu)由凸輪、從動件、機架三個基本構(gòu)件

3、及鎖合裝置組成。由于凸輪機構(gòu)具有多用性和靈活性，因此廣泛應用于機械、儀器、操縱控制裝置和自動生產(chǎn)線中，是自動化生產(chǎn)中主要的驅(qū)動和控制機構(gòu)。如圖5-2所示為內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)。v5.1.2 凸輪機構(gòu)的類型v1.按凸輪形狀分類按凸輪形狀分類 1) 盤形凸輪。如圖5-2所示的構(gòu)件1。 2) 移動凸輪。如圖5-3所示。 3) 圓柱凸輪。如圖5-1（a）中的構(gòu)件1。v5.1.2 凸輪機構(gòu)的類型v2.按從動件末端形狀分類按從動件末端形狀分類 1）尖頂從動件凸輪機構(gòu)。如圖5-4(a)所示 2）滾子從動件凸輪機構(gòu)。如圖5-4（b）所示 3）平底從動件凸輪機構(gòu)。如圖5-4（c）所示 4）球面底從動件凸輪機構(gòu)。如

4、圖5-4（d）所示 v5.1.2 凸輪機構(gòu)的類型v2.按從動件末端形狀分類按從動件末端形狀分類 作往復擺動的從動件稱為擺動從動件, 如圖5-5所示。偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)如圖5-6所示。 5.1.2 凸輪機構(gòu)的類型v3.按鎖合形式分類按鎖合形式分類 1) 力鎖合凸輪機構(gòu)。是指靠重力、 彈簧力或其他外力使從動件與凸輪始終保持接觸的凸輪機構(gòu)。 如圖5-2所示, 它是依靠彈簧力來維持高副接觸的例子。 2) 形鎖合凸輪機構(gòu)。是指利用高副元素本身的幾何形狀使從動件與凸輪始終保持接觸的凸輪機構(gòu), 如圖5-1（a）所示凸輪機構(gòu)。 學習情境2 從動件運動規(guī)律5.2.1 凸輪機構(gòu)的運動過程v 如圖5-7(b

5、)是對心尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu)，其運動過程圖5-7(a)所示。5.2.2 等速運動規(guī)律v 從動件的運動速度v為常數(shù)時的運動規(guī)律，稱為等速運動規(guī)律，如圖5-8所示。 5.2.2 等速運動規(guī)律v等速運動規(guī)律只適用于低速、輕載的凸輪機構(gòu)， 如圖5-9所示的自動機床的進刀機構(gòu)等。 5.2.3等加速等減速運動規(guī)律v是指從動件在一個行程中，前半行程作等加速運動，后半行程作等減速運動的運動規(guī)律。運動線圖如圖5-10所示。 5.2.4余弦加速度運動規(guī)律v是指從動件加速度按余弦規(guī)律變化的運動規(guī)律。這種運動規(guī)律的運動線圖如圖5-11所示。 5.2.5 從動件運動規(guī)律的選擇v常用從動件運動規(guī)律的特性比較見表5-

6、1， 供選擇時參考。學習情境3 凸輪輪廓設計分析5.3.1 盤形凸輪輪廓設計的基本原理v如圖5-12所示為對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)， 設凸輪的輪廓曲線已按給定的從動件運動規(guī)律設計出來。 5.3.2從動件盤形凸輪輪廓設計v1.尖頂對心直動從動件盤形凸輪輪廓設計尖頂對心直動從動件盤形凸輪輪廓設計5.3.2從動件盤形凸輪輪廓設計v2.對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu) 5.3.2從動件盤形凸輪輪廓設計v3.平底從動件平底從動件 平底從動件盤形凸輪輪廓曲線的設計方法與上述方法相似。如圖5-15所示 5.3.3凸輪機構(gòu)設計中應注意的幾個問題 v1.凸輪機構(gòu)的壓力角凸輪機構(gòu)的壓

7、力角 用量角器檢查其夾角是否超過許用值，如圖5-17所示。 5.3.3凸輪機構(gòu)設計中應注意的幾個問題 v2.凸輪基圓半徑的確定凸輪基圓半徑的確定v設計凸輪機構(gòu)時, 基圓半徑選得越小, 機構(gòu)越緊湊。 但基圓半徑的減小會使壓力角增大。基圓半徑的確定應滿足最大壓力角max的要求。 v3.滾子半徑的選擇滾子半徑的選擇v為保證滾子及轉(zhuǎn)動軸有足夠的強度和壽命, 應選用較大的滾子半徑rT, 然而滾子半徑rT的增大受到理論輪廓曲線上最小曲率半徑min的制約, 如圖5-19所示。 5.3.3凸輪機構(gòu)設計中應注意的幾個問題 v4.凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料v1）結(jié)構(gòu)v對于較小尺寸的凸輪，常制成凸輪軸

8、結(jié)構(gòu)，如圖5-20所示。 基圓較大的凸輪如圖5-21所示。5.3.3凸輪機構(gòu)設計中應注意的幾個問題 v4.凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料v1）結(jié)構(gòu)v滾子從動件的滾子可以是專門制造的圓柱體，如圖522(a)、(b)所示；也可采用滾動軸承，如圖5-22(c)所示。 5.3.3凸輪機構(gòu)設計中應注意的幾個問題 v4.凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料 1）2.材料學習情境4 齒輪機構(gòu)設計與分析5.4.1 齒輪機構(gòu)的特點與類型v1.齒輪機構(gòu)的特點齒輪機構(gòu)的特點v主要優(yōu)點有：能保證瞬時傳動比恒定，i=1/2（主動輪角速度1與從動輪角速2之比）； 傳遞的功率和圓周速度范圍廣（功率可達105

9、kW， 速度可達300 m/s）；能實現(xiàn)兩軸平行、相交和交錯的傳動；效率較高（一般可達0.950.99）；工作可靠，壽命長。v主要缺點是：制造和安裝精度要求高，故制造成本較高；不適用于遠距離的傳動，低精度的齒輪會產(chǎn)生有害的沖擊、噪聲和振動。 5.4.1 齒輪機構(gòu)的特點與類型v2.齒輪機構(gòu)的類型齒輪機構(gòu)的類型v齒輪機構(gòu)的類型很多，可按不同的條件加以分類。v1）根據(jù)兩齒輪軸線的相互位置分類v兩軸線平行：直齒圓柱齒輪機構(gòu)（圖5-23(a)），斜齒圓柱齒輪機構(gòu)（圖5-23(b)）, 人字齒圓柱齒輪機構(gòu)（圖5-23(c)）；兩軸線相交：直齒圓錐齒輪機構(gòu)（圖5-23（f），斜齒圓錐齒輪機構(gòu)；兩軸線相錯：螺

10、旋齒輪機構(gòu)（圖5-23（g），蝸桿蝸輪機構(gòu)（圖5-23（h）。 5.4.1 齒輪機構(gòu)的特點與類型v2.齒輪機構(gòu)的類型齒輪機構(gòu)的類型v齒輪機構(gòu)的類型很多，可按不同的條件加以分類。v2） 根據(jù)兩齒輪嚙合方式分類v外嚙合齒輪機構(gòu)（圖5-23（a）、內(nèi)嚙合齒輪機構(gòu)（圖5-23（d）、齒輪齒條機構(gòu)（圖5-23（e）。 v 3） 根據(jù)齒輪齒廓曲線的形狀分為：漸開線齒輪機構(gòu)、擺線齒輪機構(gòu)、圓弧齒輪機構(gòu)。 v 4） 根據(jù)工作條件分為：閉式傳動齒輪機構(gòu)、開式傳動齒輪機構(gòu)。 5.4.2 漸開線齒廓分析v1.齒廓嚙合的基本定律齒廓嚙合的基本定律v齒輪機構(gòu)是高副機構(gòu)，一對齒輪的傳動是通過主動輪齒廓與從動輪齒廓依次嚙合

11、實現(xiàn)的。為保證齒輪傳動準確平穩(wěn)，其瞬時傳動比應保持恒定不變。 v如圖5-24所示，傳動比計算公式為12122112/rrCOCOi5.4.2 漸開線齒廓分析v2.漸開線齒輪齒廓的形成漸開線齒輪齒廓的形成v設在半徑為rb的圓上有一直線L與其相切，如圖5-25所示，當直線L沿圓周作純滾動時，直線上一點K的軌跡為該圓的漸開線。 5.4.2 漸開線齒廓分析v3.漸開線齒輪各部分漸開線齒輪各部分的名稱的名稱v圖5-26所示為標準直齒圓柱齒輪的一部分，其各部分名稱和符號 5.4.2 漸開線齒廓分析v4.漸開線圓柱直齒齒輪的基本參數(shù)v1) 齒數(shù)齒輪整個圓周上輪齒的總數(shù), 用z表示。 v2) 模數(shù)規(guī)定分度圓上

12、的齒距p對的比值為標準值(整數(shù)或有理數(shù))稱為模數(shù), 用m表示, 即v齒輪的模數(shù)在我國已標準化， 表5-3為我國國家標準模數(shù)系列。 pm 5.4.2 漸開線齒廓分析v4.漸開線圓柱直齒齒輪的基本參數(shù)v3) 壓力角v 如圖5-27所示，在漸開線上不同點K1、K2、K的壓力角各不相同，接近基圓的漸開線上壓力角小，遠離基圓的漸開線上壓力角大。v 為了便于設計、制造和維修，規(guī)定分度圓上的壓力角為標準值，我國規(guī)定標準壓力角=20。分度圓的壓力角的計算公式為rrbcos5.4.2 漸開線齒廓分析v4.漸開線圓柱直齒齒輪的基本參數(shù)v4) 齒頂高系數(shù)h*a和頂隙系數(shù)c*v 標準齒輪的尺寸與模數(shù)成正比， 即v h

13、a=h*amv hf=ha+c*m=(h*a+c*)mv h=ha+hf=(2h*a+c*)mv 式中，h*a齒頂高系數(shù)，標準規(guī)定：正常齒制h*a=1, 短齒h*a=0.8； c*頂隙系數(shù)， 正常齒制c*=0.25， 短齒c*=0.3。5.4.2 漸開線齒廓分析v5.標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸的計算公式標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸的計算公式5.4.2 漸開線齒廓分析v6.漸開線齒廓的嚙合特性漸開線齒廓的嚙合特性v1) 傳動比恒定不變 v2) 中心距可分性v3）嚙合角不變v4）一對漸開線標準齒輪要正確嚙合，必須滿足一定的條件。v5） 重合度(一對標準漸開線齒輪連續(xù)傳動的條件)。重合度表示了同時接觸

14、的輪齒對數(shù)，愈大，傳動愈平穩(wěn)。 2121mmm5.4.2 漸開線齒廓分析v6.漸開線齒廓的嚙合特性漸開線齒廓的嚙合特性v6）標準安裝條件：一對齒輪傳動時，一齒輪節(jié)圓上的齒厚之差稱為齒側(cè)間隙。在機械設計中，正確安裝的齒輪應無齒側(cè)間隙。一對相互嚙合的標準齒輪，其模數(shù)相等，故兩輪分度圓上的齒厚和齒槽寬相等，因此，當分度圓與節(jié)圓重合時，可滿足無齒側(cè)間隙的條件。這種安裝稱為標準安裝。標準安裝時的中心距稱為標準中心距為a = m (z1+z2 ) / 2。5.4.3漸開線齒形的切齒原理與根切v1 漸開線齒形的切齒原理漸開線齒形的切齒原理v1）仿形法v仿形法是利用成形刀具的軸面齒形與漸開線齒槽形狀一致的特點, 直接在輪坯上加工出齒形。 常用的成形刀具有盤狀銑刀(見圖5-28(a)和指狀銑刀(見圖5-28(b)兩種。 5.4.3漸開線齒形的切齒原理與根切v1 漸開線齒形的切齒原理漸開線齒形的切齒原理v2）范成法v常用的范成法成形加工有插齒和滾齒等。 如圖5-29和圖5-30所示。 5.4.3漸開線齒形的切齒原理與根切v2.漸開線齒形的根切漸開線齒形的根切v齒輪加工時根部被切除的現(xiàn)象稱為根切，如圖5-31所示。范成法切制的標準齒輪受根切限制，直齒圓柱齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)z=17。所以制造齒輪時最少齒數(shù)是17。學習情境5 其他常用齒輪機構(gòu)簡介5.5.1斜齒圓柱齒