第3、4章 凸輪機構(gòu)、間歇機構(gòu)

第3章凸輪機構(gòu)

——《機械設(shè)計基礎(chǔ)》

圖1內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)的概述1、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用圖2繞線機凸輪機構(gòu)圖3圓柱凸輪送料機構(gòu)圖4靠模車削機構(gòu)圖5雙凸輪組合寫R字機圖6沖床裝卸料移動凸輪機構(gòu)2、凸輪機構(gòu)的組成凸輪從動件機架凸輪機構(gòu)凸輪機架從動件優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，易于設(shè)計。缺點：易磨損，制造困難，適用于傳力不大的控制機構(gòu)。3、凸輪機構(gòu)的分類按凸輪形狀分類

盤形凸輪移動凸輪

圓柱凸輪凸輪繞固定軸轉(zhuǎn)動且徑向變化的盤形零件?；剞D(zhuǎn)半徑無限大，凸輪作往復(fù)移動。在圓柱面上開有曲線凹槽的構(gòu)件。按從動件型式分類尖頂從動件滾子從動件平底從動件

與凸輪是點接觸，只用于受力小的低速機構(gòu)；尖頂能與復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，傳動精確滾動磨擦，傳遞載荷較大，應(yīng)用極廣；凸輪凹陷輪廓未必能很好地與滾子接觸，影響實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律。受力較好，效率高，接觸面油膜易形成，利于潤滑，可用于高速。按從動件運動形式分類直動從動件凸輪機構(gòu)擺動從動件凸輪機構(gòu)力鎖合幾何鎖合按凸輪與從動件的鎖合方式分類對心平底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)如何通過分析凸輪機構(gòu)的運動過程，計算從動件上升距離h、畫出從動件最高位置?二、凸輪機構(gòu)的運動過程凸輪機構(gòu)ADCB

ri向徑：凸輪輪廓上的任意一點到凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離。用ri表示。Aior0基圓：以凸輪的轉(zhuǎn)動中心為圓心，以凸輪的最小向徑為半徑所作的圓。用r0表示。1、基本專業(yè)術(shù)語凸輪機構(gòu)的工作過程運動過程1：推程r0hB’ωABδt升程：從動件在推程中所走過的徑向距離h。o推程：從動件從上升起始位置A點開始被凸輪輪廓以一定的運動規(guī)律推動，當(dāng)凸輪由A到達距O點最遠(yuǎn)位置B時，從動件由A到B’的過程。推程運動角

：與推程對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角。δt2、凸輪機構(gòu)的運動過程r0B’ωACB遠(yuǎn)休：當(dāng)凸輪繼續(xù)以O(shè)點為中心轉(zhuǎn)過圓弧BC時，從動件因與O點的距離保持不變而在最遠(yuǎn)位置停留不動的過程。δs運動過程2：遠(yuǎn)休遠(yuǎn)休止角

：與遠(yuǎn)休過程對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角。δsr0B’ωADC回程：凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)，曲線CD使從動件在彈簧力或重力作用下，以一定的運動規(guī)律回到距O點最近位置的過程。δh回程運動角δh

：與回程對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角。運動過程3：回程r0ωAD近休：在凸輪基圓段DA，從動件保持最近位置不動的過程。δ’h近休止角δ’h：與近休過程對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角。運動過程4：近休r0hB’oδsδhδtδ’sωADCB凸輪機構(gòu)的運動過程：推程→遠(yuǎn)休→回程→近休1.推程2.遠(yuǎn)休3.回程4.近休r0hB’otδsδsδsδ'sδ‘sδtδtδhδhωADCB位移線圖s-δ

：描述從動件位移s與凸輪轉(zhuǎn)角φ之間關(guān)系的圖形。

3、位移線圖s-δ

凸輪機構(gòu)的運動過程r0hB’otδsδ01δ01δ02δ02δ0δ0δ’0δ’0ωADCB

1、基圓：以凸輪的轉(zhuǎn)動中心O為圓心，以凸輪的最小向徑為半徑r0所作的圓。r0稱為凸輪的基圓半徑

2、推程、推程運動角

3、遠(yuǎn)休、遠(yuǎn)休止角

4、回程、回程運動角

5、近休、近休止角

6、行程h：從動桿在推程或回程中移動的距離h7、位移線圖s-φ：描述位移s與凸輪轉(zhuǎn)角φ之間關(guān)系的圖形推程→遠(yuǎn)休→回程→近休→推程r0δ0δ01δ’0δ02hotδsδsδ'sδtδhhotδsδsδ'sδtδhhotδsδsδ'sδtδh推程—回程思考：對于直動從動件盤形凸輪機構(gòu)，都是包括推程→遠(yuǎn)休→回程→近休的運動過程嗎？OO’AB對于凸輪機構(gòu)中的從動件，如何根據(jù)實際應(yīng)用選擇其運動規(guī)律？三、凸輪從動件運動規(guī)律及選擇1、凸輪從動件運動規(guī)律

從動件在開始和終止的瞬時，速度有突變，加速度a在理論上為無窮大，其慣性力將引起剛性沖擊。所以，等速運動只適用于低速。剛性沖擊：

由于加速度發(fā)生無窮大突度而引起的沖擊稱為剛性沖擊。

0aa=0

0sh

0vv剛性沖擊（1）等速運動規(guī)律柔性沖擊：加速度發(fā)生有限值的突變（適用于中速場合）

從加速度線圖可看出，加速度a在始未及中點處有有限值的突變，因而慣性力也發(fā)生突變。這種有限值的慣性力突變，將產(chǎn)生柔性沖擊，所以，等加速等減速運動用于低、中速場合（2）等加速-等減速運動

由加速度線圖可知：這種運動規(guī)律的從動件在行程的始點和終點有柔性沖擊。但當(dāng)加速度曲線保持連續(xù)時，這種規(guī)律的運動就能避免沖擊。（3）簡諧運動--余弦加速度運動柔性沖擊（4）簡諧運動--正弦加速度運動

由加速度線圖可知，從動件在起點和終點的加速度均為零，并且在整個過程中，加速度曲線是連續(xù)的，沒有加速度突變，因此沒有剛性沖擊，也沒有柔性沖擊,適用于高速無沖擊！從動件的運動規(guī)律是指從動件的位移S、速度V、加速度a隨時間t或凸輪轉(zhuǎn)角￠變化的規(guī)律。

從動件常用運動規(guī)律特性比較運動規(guī)律沖擊推薦應(yīng)用范圍等速運動剛性沖擊低速輕載等加速-等減速運動柔性沖擊中速輕載余弦加速度運動柔性沖擊中速正弦加速度運動無沖擊高速2、從動件的運動規(guī)律選擇總結(jié)凸輪機構(gòu)概述凸輪機構(gòu)從動件的運動過程凸輪機構(gòu)從動件的運動規(guī)律選擇第4章

間歇機構(gòu)

——《機械設(shè)計基礎(chǔ)》

思考：牛頭刨床中，采用何種機構(gòu)實現(xiàn)工作臺橫向進給功能？牛頭刨床間歇運動機構(gòu)在機器工作時，當(dāng)主動件作連續(xù)運動時，常需要從動件產(chǎn)生周期性的運動和停歇，實現(xiàn)這種運動的機構(gòu)，稱為間歇運動機構(gòu)。主動件連續(xù)轉(zhuǎn)動或往復(fù)擺動或往復(fù)移動

從動件間歇轉(zhuǎn)動或間歇移動1、棘輪機構(gòu)的組成、工作原理搖桿棘輪（主動、驅(qū)動）棘爪制動（止回）棘爪機架棘輪機構(gòu)一、棘輪間歇機構(gòu)當(dāng)搖桿作連續(xù)的往復(fù)擺動時，棘輪將作單向間歇轉(zhuǎn)動。工作過程搖桿逆時針擺動——棘爪插入齒槽——棘輪轉(zhuǎn)過角度——制動爪劃過齒背搖桿順時針擺動——棘爪劃過脊背——制動爪阻止棘輪作順時針轉(zhuǎn)動——棘輪靜止不動齒式棘輪機構(gòu)摩擦式棘輪機構(gòu)內(nèi)嚙合外嚙合單向間歇轉(zhuǎn)動單向間歇移動雙動式棘輪機構(gòu)雙向式棘輪機構(gòu)按機構(gòu)分按嚙合方式分按運動形式分齒式摩擦式齒式摩擦式擺動式轉(zhuǎn)動式2、棘輪機構(gòu)的分類外接齒式棘輪機構(gòu)內(nèi)接齒式棘輪機構(gòu)外接摩擦式棘輪機構(gòu)內(nèi)接摩擦式棘輪機構(gòu)雙向棘輪機構(gòu)雙動式棘輪機構(gòu)棘條間隙移動3、棘輪轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)a.調(diào)節(jié)搖桿擺動角度的大小，控制棘輪的轉(zhuǎn)角。b.用遮板調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角。4、棘輪機構(gòu)的特點與應(yīng)用優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便；改變轉(zhuǎn)角大小方便；缺點：工作時沖擊和噪聲較；只能做有級調(diào)節(jié)，運動精度低；應(yīng)用場合：低速、低載間歇進給（牛頭刨床工作臺的橫向進給機構(gòu)）制動（卷揚機、提升機以及運輸機等）轉(zhuǎn)位分度（手槍盤）超越運動（自行車前進行駛）應(yīng)用

1234應(yīng)用實例：牛頭刨床工作臺橫向進給棘輪機構(gòu)卷揚機中利用棘輪機構(gòu)實現(xiàn)制動，防止鏈條或帶斷裂時卷筒逆轉(zhuǎn)。應(yīng)用實例：卷揚機制動手槍盤中利用棘輪機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)位分度功能應(yīng)用實例：手槍盤轉(zhuǎn)位分度應(yīng)用實例：自動送料間歇進給運動應(yīng)用實例：自行車后軸利用棘輪機構(gòu)實現(xiàn)超越運動。知識點1：槽輪機構(gòu)的組成、工作原理具有圓柱銷的主動銷輪具有直槽的從動槽輪機架槽輪機構(gòu)圓柱銷主動銷輪從動槽輪二、槽輪間歇機構(gòu)工作過程當(dāng)撥盤上的圓柱銷沒有進入槽輪的徑向槽時，槽輪的內(nèi)凹鎖止弧面被撥盤上的外凸鎖止弧面卡住，槽輪靜止不動。當(dāng)圓柱銷進入槽輪的徑向槽時，鎖止弧面被松開，則圓柱銷驅(qū)動槽輪轉(zhuǎn)動。當(dāng)撥盤上的圓柱銷離開徑向槽時，下一個鎖止弧面又被卡住，槽輪又靜止不動。知識點2：槽輪機構(gòu)的分類內(nèi)槽輪機構(gòu)外槽輪機構(gòu)1）平面槽輪機構(gòu)特點：外嚙合式嚙合機構(gòu)，主從動構(gòu)件運動方向相反。特點：內(nèi)嚙合式嚙合機構(gòu)，主從動構(gòu)件運動方向相同。2）空間槽輪機構(gòu)特點：傳遞相交軸的運動。當(dāng)要求槽輪在轉(zhuǎn)動一周中實現(xiàn)多個不同的運動時間和間歇時間時，可增加主動撥盤上的圓銷數(shù)，且讓其按要求分布在不同的半徑和不同的角度上。3）其它型式的槽輪機構(gòu)知識點3：槽輪槽數(shù)z和撥盤圓柱銷數(shù)k的選擇由上式可知：1.由于τ

必須大于零，所以z應(yīng)≧3。2.單圓柱銷槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)t總小于0.5，也就是說槽輪的運動時間總小于其靜止的時間

在一個運動循環(huán)內(nèi)，槽輪的運動時間tm與撥盤的運動時間t之比稱為運動系數(shù)，用τ

表示。當(dāng)撥盤作等速轉(zhuǎn)動時，有3.如果要求槽輪機構(gòu)的t

大于0.5，則可在撥盤上安裝多個圓柱銷。設(shè)撥盤1上均勻分布k個圓柱銷，則：由于t應(yīng)當(dāng)小于1，故得到：z=3k=1~5z=4或5k=1~3z≧6k=1或2(k、z為整數(shù))知識點4：槽輪機構(gòu)的特點與應(yīng)用優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)角，機械效率高。與棘輪機構(gòu)相比，工作平穩(wěn)性好。缺點：動程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角大小不可太小，銷輪和槽輪的主從關(guān)系不能互換，起停有沖擊。應(yīng)用：自動機械、輕工機械或儀表中，實現(xiàn)間歇送給和轉(zhuǎn)位功能。間歇進給（電影放映機）轉(zhuǎn)位（自動灌裝機）轉(zhuǎn)位（六角車床轉(zhuǎn)塔刀架）應(yīng)用

123應(yīng)用實例：電影放映機中以槽輪機構(gòu)作為送片機構(gòu)電影放映機卷片機構(gòu)槽輪2具有四個徑向槽,撥盤1上裝一個圓銷A。撥盤轉(zhuǎn)一周,圓銷A撥動槽輪轉(zhuǎn)過1/4周,膠片移動一個畫格,并停留一定時間(即放映一個畫格)。撥盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動,重復(fù)上述運動。利用人眼的視覺暫留特性,當(dāng)每秒放映24幅畫面時即可使人看到連續(xù)的畫面。應(yīng)用實例：自動灌裝機應(yīng)用實例：冰激凌自動灌裝機應(yīng)用實例：刀架轉(zhuǎn)位槽輪機構(gòu)六角車床中通過槽輪機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)塔刀架的間歇轉(zhuǎn)位功能。刀架3上可裝六把刀具并與具有相應(yīng)的徑向槽的槽輪2固連,撥盤上裝有一個圓銷A。撥盤每轉(zhuǎn)一周,圓銷A進入槽輪一次,驅(qū)使槽輪(即刀架)轉(zhuǎn)60°,從而將下一工序的刀具轉(zhuǎn)換到工作位置。知識點1：凸輪間歇機構(gòu)主動凸輪從動轉(zhuǎn)盤機架凸輪間歇機構(gòu)三、凸輪間歇機構(gòu)圓柱凸輪間歇運動機構(gòu)蝸桿凸輪間歇運動機構(gòu)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)可靠、傳動平穩(wěn)、無噪聲，適用于高速、中載和高精度分度的場合。缺點：凸輪加工比較復(fù)雜，裝配與調(diào)整要求也較高。主要應(yīng)用：輕工機械、沖壓機械等高速、高精度的步進進給、分度轉(zhuǎn)位機構(gòu)中。應(yīng)用實例：糖果包裝機應(yīng)用實例：燈泡封氣機知識點2：不完全齒輪機構(gòu)主動輪從動輪機架不完全齒輪機構(gòu)優(yōu)點：設(shè)計靈活、從動輪的運動角范圍大，易實現(xiàn)一個周期中的多次動、停時間不等的間歇運動。缺點：加工復(fù)雜；在進入和退出嚙合時速度有突變，引起剛性沖擊，不宜用于