哈工大機械原理課件

1、機機 械械 原原 理理 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)2004年年2月月第一章第一章 緒論緒論 & 1-1 機械原理課程的研究對象與內(nèi)容機械原理課程的研究對象與內(nèi)容機械是機器與機構(gòu)的總稱。機械是機器與機構(gòu)的總稱。機機械械機機 器器機機 構(gòu)構(gòu)研究對象：研究對象：什么是機器呢？什么是機器呢？ 什么是機構(gòu)呢？什么是機構(gòu)呢？普通車床普通車床數(shù)控車床數(shù)控車床數(shù)控銑床，數(shù)控銑床，這是一種這是一種機器機器，主，主要用來加要用來加工平面和工平面和曲面。曲面。主軸主軸安裝安裝銑刀銑刀工作臺工作臺鋸床鋸床數(shù)控壓彎機數(shù)控壓彎機數(shù)控剪板機數(shù)控剪板機美國西科斯基公司生產(chǎn)的美國西科斯基公司生產(chǎn)的“黑鷹黑鷹”直升機直

2、升機主旋翼主旋翼尾尾旋旋翼翼“神舟五號神舟五號”發(fā)射時的情景。發(fā)射時的情景。發(fā)射塔發(fā)射塔、運載火箭運載火箭都是龐大的都是龐大的機器機器。索杰納火星車索杰納火星車它是美國國家航空航它是美國國家航空航天局于格林威治時間天局于格林威治時間1997年年7月月4日日17時時07分發(fā)射的火星探路者分發(fā)射的火星探路者號宇宙飛船成功地在號宇宙飛船成功地在火星表面著陸，該飛火星表面著陸，該飛船攜帶了索杰納火星船攜帶了索杰納火星車，這也是一種機器。車，這也是一種機器。世世 界界 最最 小小 的的 微微 型型 機機 械械 人人Worlds smallest robot美國山迪亞國家實美國山迪亞國家實驗室的科學(xué)家，成

3、驗室的科學(xué)家，成功研制了相信是世功研制了相信是世界最小的微型機械界最小的微型機械人，這微型機械人人，這微型機械人體積只有四分之一體積只有四分之一立方寸，體重小於立方寸，體重小於一盎司。一盎司。 什么是機器呢？什么是機器呢？ 機器是一種人為實物組合的具有確定機械運動機器是一種人為實物組合的具有確定機械運動的裝置，它用來完成有用功、轉(zhuǎn)換能量或處理信息，的裝置，它用來完成有用功、轉(zhuǎn)換能量或處理信息，以代替或減輕人類的勞動。以代替或減輕人類的勞動。一部機器可能包含多種類型的機構(gòu)，也可能只包含一種機構(gòu)。一部機器可能包含多種類型的機構(gòu)，也可能只包含一種機構(gòu)。凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)

4、什么是機構(gòu)呢？什么是機構(gòu)呢？機構(gòu)機構(gòu)可以定義為：是一個具有確定的機械運動的構(gòu)件可以定義為：是一個具有確定的機械運動的構(gòu)件系統(tǒng)，或稱它是用來傳遞運動和動力的可動裝置。系統(tǒng)，或稱它是用來傳遞運動和動力的可動裝置。在機械原理課程中要研究以下內(nèi)容：在機械原理課程中要研究以下內(nèi)容：1、機構(gòu)的分析、機構(gòu)的分析（1）機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析）機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析研究機構(gòu)的組成原理，即機構(gòu)組成的一般規(guī)律。研究機構(gòu)的組成原理，即機構(gòu)組成的一般規(guī)律。研究機構(gòu)運動的可能性與確定性的條件。研究機構(gòu)運動的可能性與確定性的條件。（2）機構(gòu)的運動分析）機構(gòu)的運動分析研究在給定原動件運動的條件下，機構(gòu)各點的軌跡、研究在給定原動件運動的條件下

5、，機構(gòu)各點的軌跡、位移、速度、加速度等運動特性。位移、速度、加速度等運動特性。“機械原理機械原理”是一門從力學(xué)原理的角度研究機械的組成是一門從力學(xué)原理的角度研究機械的組成、分析與設(shè)計基本理論的課程，是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。、分析與設(shè)計基本理論的課程，是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。2、常用機構(gòu)的設(shè)計問題、常用機構(gòu)的設(shè)計問題主要研究：連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、間歇運主要研究：連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)等的設(shè)計理論和設(shè)計方法。動機構(gòu)等的設(shè)計理論和設(shè)計方法。3、機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計、機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計4、機械動力學(xué)問題、機械動力學(xué)問題主要研究：如何根據(jù)機器的功能來確定運動方案。主要研究：如何根據(jù)機

6、器的功能來確定運動方案。主要研究：機械系統(tǒng)的真實運動規(guī)律、機械的調(diào)速和主要研究：機械系統(tǒng)的真實運動規(guī)律、機械的調(diào)速和機構(gòu)的平衡。機構(gòu)的平衡。（3）機構(gòu)的力分析）機構(gòu)的力分析研究機構(gòu)的各構(gòu)件和運動副中力的計算、摩擦及效率研究機構(gòu)的各構(gòu)件和運動副中力的計算、摩擦及效率問題。問題。研究內(nèi)容：研究內(nèi)容：機械設(shè)計的一般過程：機械設(shè)計的一般過程：需求需求分析分析機械方案機械方案設(shè)設(shè) 計計機械方案機械方案運動分析運動分析機械方案機械方案動力分析動力分析機機 械械造型設(shè)計造型設(shè)計機械工作機械工作能力設(shè)計能力設(shè)計確確 定定工藝方案工藝方案確確 定定工藝參數(shù)工藝參數(shù)機械結(jié)構(gòu)機械結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè) 計計 一臺典型的現(xiàn)代化機器

7、是由四個部分組成的，即一臺典型的現(xiàn)代化機器是由四個部分組成的，即原動機、傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)原動機、傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)。機機器器原原 動動 機機傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)& 1-2 現(xiàn)代化機器的組成現(xiàn)代化機器的組成原動機原動機用于提供動力用于提供動力發(fā)電機發(fā)電機化石燃料化石燃料水水 能能太陽能太陽能內(nèi)燃機內(nèi)燃機外燃機外燃機電動機電動機風(fēng)風(fēng) 能能水輪機水輪機風(fēng)力機風(fēng)力機太陽能電池太陽能電池機機 器器化石燃料化石燃料內(nèi)燃機內(nèi)燃機機機 器器化石燃料化石燃料外燃機外燃機機機 器器水水 能能風(fēng)風(fēng) 能能水輪機水輪機風(fēng)力機風(fēng)力機機機 器器機機 器器液壓馬達液壓

8、馬達電動機電動機機機 器器泵泵液液 壓壓 缸缸氣壓馬達氣壓馬達電動機電動機機機 器器空氣壓縮機空氣壓縮機氣氣 缸缸原動機主要有電動、液動、氣動三種形式原動機主要有電動、液動、氣動三種形式從運動形式來劃分有回轉(zhuǎn)、往復(fù)直線和步進等多種運動形式從運動形式來劃分有回轉(zhuǎn)、往復(fù)直線和步進等多種運動形式常用原動機形式常用原動機形式電動原動機電動原動機:電動原動機的形式是：電動機電動原動機的形式是：電動機從運動形式看，電動機有輸出轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)電動機和輸出往復(fù)移動的直從運動形式看，電動機有輸出轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)電動機和輸出往復(fù)移動的直線電動機線電動機從電源形式看，電動機有使用交流電源的交流電動機和使用直流電源從電源形式看

9、，電動機有使用交流電源的交流電動機和使用直流電源的直流電動機的直流電動機從控制形式看，有輸出位移、速度都不可控制的電動機，有輸出位移、從控制形式看，有輸出位移、速度都不可控制的電動機，有輸出位移、速度、力矩可以控制的控制電動機。速度、力矩可以控制的控制電動機。這是最常用的交流異步電動機這是最常用的交流異步電動機這是這是步進電機步進電機，它可以按輸入的電脈，它可以按輸入的電脈沖數(shù)回轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。沖數(shù)回轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。這是伺服這是伺服電動機電動機，它可以精確的控制電動機的輸出位移和轉(zhuǎn)速。，它可以精確的控制電動機的輸出位移和轉(zhuǎn)速。液壓原動機液壓原動機:液壓原動機的形式是：液壓馬達和液壓油缸。液壓原動機

10、的形式是：液壓馬達和液壓油缸。液壓馬達輸出回轉(zhuǎn)運動，液壓油缸輸出往復(fù)直線運動。液壓馬達輸出回轉(zhuǎn)運動，液壓油缸輸出往復(fù)直線運動。BM型擺線液壓馬達型擺線液壓馬達液壓油缸液壓油缸氣動原動機氣動原動機:氣動原動機的形式是：氣動馬達和氣缸。氣動原動機的形式是：氣動馬達和氣缸。氣動馬達輸出回轉(zhuǎn)運動，氣缸輸出往復(fù)直線運動。氣動馬達輸出回轉(zhuǎn)運動，氣缸輸出往復(fù)直線運動。葉片馬達葉片馬達柱塞馬達柱塞馬達無導(dǎo)桿氣缸無導(dǎo)桿氣缸有導(dǎo)桿氣缸有導(dǎo)桿氣缸氣氣 缸缸傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)將運動和動力傳遞或變換給執(zhí)行機構(gòu)將運動和動力傳遞或變換給執(zhí)行機構(gòu)在傳動機構(gòu)中一般首先與電機聯(lián)接的是減速機構(gòu)，最常用的是各種類型的在傳動機構(gòu)中一般首

11、先與電機聯(lián)接的是減速機構(gòu)，最常用的是各種類型的減速器、變速器等。減速器、變速器等。圓柱齒輪減速器圓柱齒輪減速器錐齒輪減速器錐齒輪減速器擺線針輪減速器擺線針輪減速器38mm50mm50mm50mm直流伺服電機（直流伺服電機（100W）重量重量0.7 且與原動件數(shù)相等，則機構(gòu)各構(gòu)件間的相對運動是且與原動件數(shù)相等，則機構(gòu)各構(gòu)件間的相對運動是確定的，因此，機構(gòu)具有確定運動的條件是：機構(gòu)的原動件數(shù)確定的，因此，機構(gòu)具有確定運動的條件是：機構(gòu)的原動件數(shù)等于機構(gòu)的自由度數(shù)；等于機構(gòu)的自由度數(shù)；3)3)若若00，而原動件數(shù)，而原動件數(shù) ，而原動件數(shù)，而原動件數(shù) F F，則構(gòu)件間不能運動或產(chǎn)生破壞，則構(gòu)件間不能

12、運動或產(chǎn)生破壞。三、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項1. 1. 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈例例：由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈。由。由m m個構(gòu)件構(gòu)成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當包含個構(gòu)件構(gòu)成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當包含(m-1)(m-1)個轉(zhuǎn)動副。個轉(zhuǎn)動副。2. 2. 局部自由度局部自由度不影響機構(gòu)整體運動的自由度，稱為局部自由度不影響機構(gòu)整體運動的自由度，稱為局部自由度。在計算機構(gòu)自由度時，局部自由度應(yīng)當舍棄不計。在計算機構(gòu)自由度時，局部自由度應(yīng)當舍棄不計。3. 3. 虛約束虛約束應(yīng)在計算結(jié)果中加上虛約束數(shù)，或先將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件和應(yīng)在計算結(jié)果中加上虛約束數(shù)

13、，或先將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件和運動副去掉，然后再進行計算。運動副去掉，然后再進行計算。在機構(gòu)中，有些約束所起的限制作用可能是重復(fù)的，這種不在機構(gòu)中，有些約束所起的限制作用可能是重復(fù)的，這種不起獨立限制作用的約束稱為虛約束。起獨立限制作用的約束稱為虛約束。常見的虛約束有以下幾種情況常見的虛約束有以下幾種情況: :）當兩構(gòu)件組成多個移動副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時）當兩構(gòu)件組成多個移動副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時，則只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束。，則只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束。帶虛約束的凸輪機構(gòu)帶虛約束的凸輪機構(gòu)帶虛約束的曲軸帶虛約束的曲軸）當兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線互相

14、重合時，則只有）當兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線互相重合時，則只有一個轉(zhuǎn)動副起作用，其余轉(zhuǎn)動副都是虛約束。一個轉(zhuǎn)動副起作用，其余轉(zhuǎn)動副都是虛約束。）如果機構(gòu)中兩活動構(gòu)件上某兩點的距離始終保持不變，此）如果機構(gòu)中兩活動構(gòu)件上某兩點的距離始終保持不變，此時若用具有兩個轉(zhuǎn)動副的附加構(gòu)件來連接這兩個點，則將會引時若用具有兩個轉(zhuǎn)動副的附加構(gòu)件來連接這兩個點，則將會引入一個虛約束。入一個虛約束。帶虛約束的桿機構(gòu)帶虛約束的桿機構(gòu)）機構(gòu)中對運動起重復(fù)限制作用的對稱部分也往往會引入）機構(gòu)中對運動起重復(fù)限制作用的對稱部分也往往會引入虛約束。虛約束。帶虛約束的行星輪系帶虛約束的行星輪系虛約束的本質(zhì)是什么虛約束的本質(zhì)是

15、什么?從運動的角度看從運動的角度看, ,虛約束就是虛約束就是“重復(fù)的約束重復(fù)的約束”或者或者是是“多余的約束多余的約束”。機構(gòu)中為什么要使用虛約束機構(gòu)中為什么要使用虛約束?a.使受力狀態(tài)更合理使受力狀態(tài)更合理b.使機構(gòu)平衡使機構(gòu)平衡c.考慮機構(gòu)在特殊位置的運動考慮機構(gòu)在特殊位置的運動使用虛約束時要注意什么問題使用虛約束時要注意什么問題?保證滿足虛約束存在的幾何條件，在機械設(shè)計中保證滿足虛約束存在的幾何條件，在機械設(shè)計中使用虛約束時，機械制造的精度要提高。使用虛約束時，機械制造的精度要提高。2-4 2-4 平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析一、平面機構(gòu)的組成原理一、平面機構(gòu)

16、的組成原理機構(gòu)都是由機架、原動件和從動件組構(gòu)成的。機構(gòu)都是由機架、原動件和從動件組構(gòu)成的。機架機架原動件原動件從動件組從動件組從動件組從動件組當把該機構(gòu)的機架和原動件拆去后，則余下的從動件組為當把該機構(gòu)的機架和原動件拆去后，則余下的從動件組為：這個從動件組的自由度為零，即：這個從動件組的自由度為零，即：06243236,4LLPnFPn 這個從動件組還可以分解成若干個更簡單的、自由度這個從動件組還可以分解成若干個更簡單的、自由度等于零的從動件組。等于零的從動件組。分分解解？還能進一步分解嗎？還能進一步分解嗎？還能進一步分解嗎？還能進一步分解嗎？這樣的從動件組已經(jīng)不能進一步分解成更簡單、自由度為

17、零的這樣的從動件組已經(jīng)不能進一步分解成更簡單、自由度為零的從動件組。從動件組。 通常把這樣的從動件組稱為：通常把這樣的從動件組稱為：基本桿組基本桿組基本桿組的概念非常重要，它是機構(gòu)分析的重要的理論基本桿組的概念非常重要，它是機構(gòu)分析的重要的理論基礎(chǔ)?；A(chǔ)。機構(gòu)的組成原理機構(gòu)的組成原理 任何機構(gòu)都可以看作是由任何機構(gòu)都可以看作是由若干個基本桿組依次連接于若干個基本桿組依次連接于原動件和機架上所組成的原動件和機架上所組成的如果基本桿組的運動副全為低副，則基本桿組自由度的如果基本桿組的運動副全為低副，則基本桿組自由度的計算公式為：計算公式為：023LPnFLPn32 由于活動構(gòu)件數(shù)由于活動構(gòu)件數(shù)n和

18、低副數(shù)和低副數(shù)PL都必須是整數(shù)，所以都必須是整數(shù)，所以 n應(yīng)是應(yīng)是 的倍數(shù)，的倍數(shù)， PL應(yīng)是應(yīng)是 的倍數(shù)。的倍數(shù)。 這也就是說，在一個基本桿組中，其構(gòu)件數(shù)和低副數(shù)這也就是說，在一個基本桿組中，其構(gòu)件數(shù)和低副數(shù)有以下關(guān)系：有以下關(guān)系：n=2, PL=3n=4, PL=6n=6, PL=9二、基本桿組的類型二、基本桿組的類型 最簡單的平面基本桿組是由兩個構(gòu)件三個低副組成的桿組最簡單的平面基本桿組是由兩個構(gòu)件三個低副組成的桿組，稱之為，稱之為級桿組。級桿組。級桿組是機構(gòu)中最常見的一類基本桿組級桿組是機構(gòu)中最常見的一類基本桿組級桿組有以下五種形式：級桿組有以下五種形式：（）（）RRR桿組桿組（）（）

19、RRP桿組桿組（）（）RPR桿組桿組（）（）PRP桿組桿組（）（）RPP桿組桿組除除級桿組外，還有級桿組外，還有、級等較高級的基本桿組級等較高級的基本桿組。這是這是級桿組級桿組由個構(gòu)件個低副組成，具有一個由個構(gòu)件個低副組成，具有一個副構(gòu)件，而每個內(nèi)副所連接的分支是雙副構(gòu)件。副構(gòu)件，而每個內(nèi)副所連接的分支是雙副構(gòu)件。這是這是級桿組級桿組由個構(gòu)件個低副組成，有個內(nèi)副。由個構(gòu)件個低副組成，有個內(nèi)副。機構(gòu)自由度計算舉例機構(gòu)自由度計算舉例例 1 圖示牛頭刨床設(shè)計方案草圖。設(shè)計思路為：動力由曲柄1輸入，通過滑塊2使擺動導(dǎo)桿 3 作往復(fù)擺動，并帶動滑枕4作往復(fù)移動 ，已達到刨削加工目的。 試問圖示的構(gòu)件組合

20、是否能達到此目的？ 如果不能，該如何修改？1 12 23 34解：首先計算設(shè)計方案草圖的自由度解：首先計算設(shè)計方案草圖的自由度0624323HPPnFL改進措施：改進措施：1 1、增加一個低副和一個活動構(gòu)件；、增加一個低副和一個活動構(gòu)件；2 2、用一個高副代替低副。、用一個高副代替低副。即表示如果按此方案設(shè)計機構(gòu)，機構(gòu)是不能運動的。必即表示如果按此方案設(shè)計機構(gòu)，機構(gòu)是不能運動的。必須修改，以達到設(shè)計目的。須修改，以達到設(shè)計目的。改進方案改進方案改進方案改進方案改進方案改進方案改進方案改進方案例例 2 2 如圖所示，已知：如圖所示，已知： DE=FG=HIDE=FG=HI，且相互平行；，且相互平

21、行；DF=EGDF=EG，且相互平行；，且相互平行；DH=EIDH=EI，且相互平行。計算此機構(gòu)的自由度，且相互平行。計算此機構(gòu)的自由度 ( (若存在局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束請標出）。若存在局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束請標出）。ADECHGFIBK1234567891111283231;11;8HHLPPnFPPnLADECHGFIBK123456789局部自由度局部自由度復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈虛約束虛約束例例 3 3 計算圖所示機構(gòu)的自由度計算圖所示機構(gòu)的自由度 ( (若存在局部自由度、若存在局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束請標出）。復(fù)合鉸鏈、虛約束請標出）。7 7A AC C1 12B B3 3

22、D DE EF FG GH HI I4 45 56 67 7A AC C1 12B B3 3D DE EF FG GH HI I4 45 56 6局部自由度局部自由度虛約束虛約束118263231;8;6HHLPPnFPPnL例例 4 4 如圖所示如圖所示, , 已知已知HG=IJ,HG=IJ,且相互平行；且相互平行；GL=JKGL=JK，且相，且相互平行。計算此機構(gòu)的自由度互平行。計算此機構(gòu)的自由度 ( (若存在局部自由度、復(fù)若存在局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束請標出）。合鉸鏈、虛約束請標出）。 C C2 21 1A AB BE ED DF F3 34 45 56 67 78 89 91 10

23、 01 11 1G GH HI IJ JK KL L1111283231;11;8HHLPPnFPPnLC C2 21 1A AB B6 67 78 89 91 10 01 11 1G GH HI IJ JK KL LE ED DF F3 34 45 5局部自由度局部自由度復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈虛約束虛約束本章結(jié)束本章結(jié)束機機 械械 原原 理理 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)2003年年12月月第四章第四章 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計典型的凸輪機構(gòu)的工作原理典型的凸輪機構(gòu)的工作原理從動件從動件凸輪凸輪滾子滾子機架機架一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用盤形凸輪機構(gòu)盤形凸輪機構(gòu)在印刷機中的應(yīng)用在印

24、刷機中的應(yīng)用等經(jīng)凸輪機構(gòu)等經(jīng)凸輪機構(gòu)在機械加工中的應(yīng)用在機械加工中的應(yīng)用4-1 4-1 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類利用分度凸輪利用分度凸輪機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)位機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)位圓柱凸輪機構(gòu)在機圓柱凸輪機構(gòu)在機械加工中的應(yīng)用械加工中的應(yīng)用二、凸輪機構(gòu)的分類二、凸輪機構(gòu)的分類凸輪機構(gòu)分類凸輪機構(gòu)分類1 1、按兩活動構(gòu)件之間、按兩活動構(gòu)件之間相對運動特性分類相對運動特性分類2 2、按從動件運動副、按從動件運動副元素形狀分類元素形狀分類3 3、按凸輪高副的鎖、按凸輪高副的鎖合方式分類合方式分類平面凸輪機構(gòu)平面凸輪機構(gòu)空間凸輪機構(gòu)空間凸輪機構(gòu)盤形凸輪盤形凸輪移動凸輪移動凸輪 尖頂從動件尖頂從動件滾子從動

25、件滾子從動件平底從動件平底從動件力鎖合力鎖合形鎖合形鎖合1、按兩活動構(gòu)件之間的相對運動特性分類、按兩活動構(gòu)件之間的相對運動特性分類（1 1）平面凸輪機構(gòu)）平面凸輪機構(gòu) 1 1）盤形凸輪）盤形凸輪 2 2）移動凸輪）移動凸輪 （ 2 2）空間凸輪機構(gòu)）空間凸輪機構(gòu)2 2、按從動件運動副元素形狀分類、按從動件運動副元素形狀分類（1 1） 直動尖頂從動件直動尖頂從動件對心直動尖頂從動件對心直動尖頂從動件偏置直動尖頂從動件偏置直動尖頂從動件（2 2）直動滾子從動件）直動滾子從動件（3 3）直動平底從動件）直動平底從動件 根據(jù)運動形式的不同，以上三種從動件還可分為直動從根據(jù)運動形式的不同，以上三種從動件

26、還可分為直動從動件，擺動從動件，平面復(fù)雜運動從動件。動件，擺動從動件，平面復(fù)雜運動從動件。擺動滾子從動件擺動滾子從動件擺動尖頂從動件擺動尖頂從動件擺動平底從動件擺動平底從動件平面復(fù)雜運動從動件平面復(fù)雜運動從動件3 3、按凸輪高副的鎖合方式分類、按凸輪高副的鎖合方式分類1)力鎖合力鎖合2) 2) 形鎖合形鎖合 凸輪機構(gòu)的優(yōu)缺點：凸輪機構(gòu)的優(yōu)缺點： 只要設(shè)計出適當?shù)耐馆嗇喞?，即可使從動件實現(xiàn)只要設(shè)計出適當?shù)耐馆嗇喞纯墒箯膭蛹崿F(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作可靠。預(yù)期的運動規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作可靠。 凸輪為高副接觸（點或線），壓強較大，容易磨凸輪為高副接觸（點或線），壓強較大，容易

27、磨損，凸輪輪廓加工比較困難，費用較高。損，凸輪輪廓加工比較困難，費用較高。優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點：4-2 4-2 從動件運動規(guī)律及其選擇從動件運動規(guī)律及其選擇一、凸輪機構(gòu)的運動循環(huán)及基本名詞術(shù)語一、凸輪機構(gòu)的運動循環(huán)及基本名詞術(shù)語凸輪基圓基、圓半徑凸輪基圓基、圓半徑偏距圓、偏距偏距圓、偏距從動件行程從動件行程從動件推程從動件推程從動件回程從動件回程推程運動角推程運動角回程運動角回程運動角從動件遠從動件遠( (近近) )休程休程遠（近）休止角遠（近）休止角從動件位移從動件位移二、從動件運動規(guī)律二、從動件運動規(guī)律等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律h0s0s等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律 0s0sh

28、余弦加速度（簡諧）運動規(guī)律余弦加速度（簡諧）運動規(guī)律 0s0sh正弦加速度（擺線）運動規(guī)律正弦加速度（擺線）運動規(guī)律 0s0sh3-4-53-4-5多項式運動規(guī)律多項式運動規(guī)律 0s0sh三、從動件運動規(guī)律的選擇三、從動件運動規(guī)律的選擇 在選擇從動件的運動規(guī)律時，除要考慮剛性沖擊與柔性在選擇從動件的運動規(guī)律時，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應(yīng)該考慮各種運動規(guī)律的速度幅值沖擊外，還應(yīng)該考慮各種運動規(guī)律的速度幅值 、加速、加速度幅值度幅值 及其影響加以分析和比較。及其影響加以分析和比較。maxvmaxamaxvmaxamaxmv從動件動量從動件動量maxma從動件慣性力從動件慣性力對于重載凸輪機

29、構(gòu)，應(yīng)選擇對于重載凸輪機構(gòu)，應(yīng)選擇 值較小的運動規(guī)律；值較小的運動規(guī)律；對于高速凸輪機構(gòu)，宜選擇對于高速凸輪機構(gòu)，宜選擇 值較小的運動規(guī)律。值較小的運動規(guī)律。maxvmaxa若干種從動件運動規(guī)律特性比較若干種從動件運動規(guī)律特性比較運動規(guī)律 )/(0maxhv)/(202maxha沖 擊應(yīng)用場合等速1.00剛 性低速輕負荷等加速等減速2.004.00柔 性中速輕負荷余弦加速度1.574.93柔 性中低速中負荷正弦加速度2.006.28中高速輕負荷3-4-5多項式1.885.77高速中負荷改進型等速1.338.38低速重負荷改進型正弦加速度1.765.53中高速重負荷改進型梯形加速度2.004.8

30、9高速輕負荷4-3 4-3 按預(yù)定運動規(guī)律設(shè)計盤形凸輪廓線按預(yù)定運動規(guī)律設(shè)計盤形凸輪廓線一、凸輪設(shè)計的基本問題一、凸輪設(shè)計的基本問題1 1、已知運動規(guī)律，設(shè)計凸輪、已知運動規(guī)律，設(shè)計凸輪已知條件：已知條件：運動規(guī)律運動規(guī)律)(ss )(vv )(aa )()()(幾何尺寸：幾何尺寸：基圓半徑基圓半徑r r0 0，偏距圓半徑，偏距圓半徑e e2 2、已知從動件行程、已知從動件行程h h，設(shè)計凸輪，設(shè)計凸輪已知條件：已知條件：選定運動規(guī)律選定運動規(guī)律)(ss )(vv )(aa )()()(幾何尺寸：幾何尺寸：基圓半徑基圓半徑r r0 0，偏距圓半徑，偏距圓半徑e e從動件行程從動件行程h h二、

31、凸輪設(shè)計的步驟二、凸輪設(shè)計的步驟1 1、確定基圓、偏距圓、確定基圓、偏距圓3 3、設(shè)計理論廓線、設(shè)計理論廓線2 2、確定從動件運動規(guī)律、確定從動件運動規(guī)律4 4、設(shè)計實際廓線、設(shè)計實際廓線基圓基圓偏距圓偏距圓理論廓線理論廓線實際廓線實際廓線三、凸輪理論廓線設(shè)計的基本原理三、凸輪理論廓線設(shè)計的基本原理反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法0s0shso0s0sho反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法0四、凸輪實際廓線設(shè)計四、凸輪實際廓線設(shè)計理論廓線理論廓線實際廓線實際廓線滾子滾子rr五、刀具中心軌跡五、刀具中心軌跡實際廓線實際廓線理論廓線理論廓線刀具中心軌跡刀具中心軌跡rc-rr刀具刀具cr4-4 4-4 盤形凸輪機構(gòu)盤形凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定

32、基本尺寸的確定一、壓力角一、壓力角 及其許用值及其許用值FRR1211220sin()()cosFQRR1211220cos()()sinRlbRb22120cos()cos：x：y:MlbFFcostansin21cos21112120)()()(21112tansin21cos)()lb()(QF考慮摩擦?xí)r驅(qū)動力的表達式考慮摩擦?xí)r驅(qū)動力的表達式理想情況（無摩擦）時驅(qū)動力的表達式理想情況（無摩擦）時驅(qū)動力的表達式QFcos120凸輪機構(gòu)的瞬時效率凸輪機構(gòu)的瞬時效率0時，機構(gòu)自鎖時，機構(gòu)自鎖0costansin21cos211)()lb()(解方程解方程得臨界壓力角得臨界壓力角 c：12tan

33、)21/(1arctanlbcmax 即：即：c 凸輪機構(gòu)的許用壓力角凸輪機構(gòu)的許用壓力角 在工程實際中，為保證較高的機械效率，改善受力狀在工程實際中，為保證較高的機械效率，改善受力狀況，通常規(guī)定凸輪機構(gòu)的最大壓力角況，通常規(guī)定凸輪機構(gòu)的最大壓力角 應(yīng)小于或等于應(yīng)小于或等于某一許用壓力角某一許用壓力角 。max根據(jù)實踐經(jīng)驗，推薦的許用壓力角取值為根據(jù)實踐經(jīng)驗，推薦的許用壓力角取值為:推程：推程：直動從動件取直動從動件取 ；擺動從動件取擺動從動件取 ；30403545 回程：回程： 直動和擺動從動件薦取直動和擺動從動件薦取 。7080二、按許用壓力角二、按許用壓力角 確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸ds/dOP12121212OPv sseds/dsseOP0012tan式中：式中：2200ers12P在點在點（升程）（升程）12F2v1212P12P1O2v121OP2v121OP0res21Fds/dOP12121212OPv 12F2v21F1212P12P1O2v121OP2v121OP0ressseds/dsseOP0012tan式中：式中：2200ers12P在點在點（回程）（回程）sseds/dsseOP001