常用機構課件

常用機構第一節(jié)平面連桿機構第二節(jié)

凸輪機構第三節(jié)間歇運動機構第一節(jié)平面連桿機構一、鉸鏈四桿機構及其演化二、平面四桿機構的基本特性平面連桿機構被廣泛地使用，例如：

內燃機、牛頭刨、鋼窗啟閉機構、自行車手閘機構等等。

平面連桿機構——若干構件通過低副（轉動副或移動副）聯(lián)接所組成的平面機構。

連桿機構的優(yōu)點：

②

兩構件的接觸面為平面或回轉面，易于制造和獲得較高的精度。

①

連桿機構的兩構件間均為面接觸，故承載能力強、耐磨損；③

一般只能近似地實現給定運動要求。平面連桿機構有四桿、五桿或多桿機構。②

當構件數目較多時，會引起較大的累積運動誤差，影響運動精度。①

低副內存在間隙，會導致運動誤差；連桿機構的不足：多桿機構?？煽闯墒怯蓭讉€四桿機構組成。所以，平面四桿機構不但結構最簡單、應用最廣泛，而且是連桿機構的基礎。本章主要介紹平面四桿機構。一、鉸鏈四桿機構及其演化

鉸鏈四桿機構——構件之間都是用轉動副聯(lián)接的平面四桿機構。特點：①是平面四桿機構中最基本的型式；③

演化出其它型式的四桿機構。曲柄——能作整周回轉的連架桿。搖桿——只能在一定角度范圍內擺動的連架桿。②

是構件數目最少的平面連桿機構；1．鉸鏈四桿機構的基本型式機架連桿連架桿（1）曲柄搖桿機構——兩連架桿分別為曲柄和搖桿的鉸鏈四桿機構。①

當曲柄為原動件時，曲柄的勻速轉動→搖桿的變速擺動。實例：雷達天線俯仰角調整機構

按機構中有無曲柄，有幾個曲柄，鉸鏈四桿機構分為三種基本型式：功用：②當搖桿為原動件時，搖桿的往復擺動→曲柄的整周轉動。實例：縫紉機腳踏驅動機構

雷達天線俯仰機構ABDC1243ABDC1243曲柄主動實現天線（搖桿）的俯仰運動。2143縫紉機踏板機構搖桿主動3124驅動大帶輪（曲柄）的轉動。（2）雙曲柄機構——兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構。

功用：原動曲柄的等速轉動→從動曲柄的變速或等速轉動。慣性篩機構實例：慣性篩驅動機構

使篩子具有較大變化的加速度，從而提高篩子的篩分功能。篩子ABDC1234E631

平行四邊形機構——兩連架桿平行且相等的雙曲柄機構。平行四邊形機構的運動特性：AB=CDBC=ADABCD①兩曲柄等速同向轉動。B′C′ABDC攝影平臺天平攝影車坐斗升降機構

②連桿始終與機架平行（平動）。平行四邊形機構的運動特性：反平行四邊形機構——當主動曲柄轉動時，從動曲柄反向轉動。實例：車門的啟閉機構

③運動不確定性——各構件共線時，機構處于運動不確定狀態(tài)。平行四邊形機構的運動特性：實例：機車驅動輪聯(lián)動機構工程上常采取一些措施克服運動不確定性。利用三個平行曲柄來限制機構的運動不確定性。機車驅動輪聯(lián)動機構（3）雙搖桿機構——兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構。實例：造型機的翻轉機構

功用：原動搖桿的擺動→從動搖桿的擺動。一般情況下兩搖桿的擺角不相等。

利用其連桿可在平面內作360°轉動的運動特點，實現砂箱震實和起模相對翻轉180°的兩個位置。實例：汽車前輪轉向機構ABDCEABDCE當汽車走直道時，ABCD呈等腰梯形；

當汽車走彎道時，利用AB、DC兩搖桿擺不同的角度，使兩前輪轉動軸線匯交于后輪軸線上的P點，以保證四個輪子繞P點作純滾動。ABDCE實例：鶴式起重機

利用雙搖桿機構中連桿上點M的軌跡為近似水平直線，吊鉤水平直線運動，以最小的能量消耗使處在一定高度的貨物水平移動。鶴式起重機2．鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構可演化成其它型式的平面四桿機構。（1）改變構件的形狀和長度方法：

改變構件的形狀和長度；擴大轉動副；取不同構件為機架等。例如：曲柄搖桿機構

改變構件的形狀：將搖桿3改變成弧面滑塊，并沿弧形導槽m-m往復運動。

演化結果：曲柄搖桿機構→具有曲線導槽的曲柄滑塊機構。2．鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構可演化成其它型式的平面四桿機構。（1）改變構件的形狀和長度方法：

改變構件的形狀和長度；擴大轉動副；取不同構件為機架等。搖桿3→往復直線移動的滑塊

改變構件的長度：將搖桿3的長度增大到無限長（構件4也相應增至無限長）?；⌒螌Р踡-m→直線導槽

轉動副D→移動副

演化結果：具有曲線導槽的曲柄滑塊機構→具有直線導槽的曲柄滑塊機構。e=0e≠0偏置曲柄滑塊機構：——滑塊導路中心線偏離曲柄的固定轉動中心，即e≠0。對心曲柄滑塊機構：——滑塊導路中心線通過曲柄的固定轉動中心，即e=0。曲柄滑塊機構應用：活塞式內然機、空氣壓縮機和沖床等。（2）擴大轉動副偏心輪機構的應用：例如：曲柄搖桿機構

擴大轉動副：加大轉動副B的半徑，使其超過曲柄的長度。演化結果：曲柄→偏心圓盤（偏心輪）偏心輪的幾何中心B與其轉動中心A不相重合。

例如：沖床、剪床及顎式破碎機等。

多用于曲柄承受較大沖擊載荷，或曲柄長度較短的機器中。（3）取不同構件為機架

理論依據：在同一低副機構中，不論取哪一個構件為機架，機構中各構件間的相對運動不變。

演化方式：在同一低副機構中，選取不同構件作機架，可得不同型式的機構。

倒置——取不同構件為機架得到不同機構的演化方式。

例如：曲柄搖桿機構→倒置→雙曲柄機構、雙搖桿機構。其它常用四桿機構的倒置：

應用實例①

含有一個移動副的四桿機構以構件4為機架對心曲柄滑塊機構搓絲機其它常用四桿機構的倒置：

應用實例①

含有一個移動副的四桿機構以構件1為機架轉動導桿機構六缸回轉式油泵其它常用四桿機構的倒置：

應用實例①

含有一個移動副的四桿機構以構件2為機架搖塊機構自動卸料卡車其它常用四桿機構的倒置：

應用實例①

含有一個移動副的四桿機構以構件3為機架手動唧筒定塊機構

應用實例②

含有兩個移動副的四桿機構以構件4為機架雙滑塊機構橢圓儀其它常用四桿機構的倒置：

應用實例②

含有兩個移動副的四桿機構以構件1為機架其它常用四桿機構的倒置：移動導桿機構縫紉機下針機構

應用實例②

含有兩個移動副的四桿機構以構件2為機架其它常用四桿機構的倒置：十字滑塊聯(lián)軸器雙轉塊機構

應用實例②

含有兩個移動副的四桿機構以構件3為機架其它常用四桿機構的倒置：移動導桿機構壓縮機二、平面四桿機構的基本特性曲柄存在的重要性：

鉸鏈四桿機構的連架桿是否為曲柄是區(qū)別其三種基本型式的關鍵。

生產實際中驅動機械的原動機（電動機、內燃機等）一般都是作整周轉動，因此要求機構的原動件為曲柄。1．曲柄存在的條件

設：a、b、c、d分別為各桿長度；AB桿為曲柄分析：

曲柄AB整周轉動必通過AB1、AB2兩位置，即與機架兩次共線位置。因此，曲柄AB與其相鄰的兩構件BC、AD間均可相對整周轉動。

曲柄與機架拉直或重疊共線時，有△B1C1D和△B2C2D。三角形兩邊和大于或等于第三邊。

在什么條件下存在曲柄？例：曲柄搖桿機構B2a+d≤b+c

在△B1C1D中：a+b≤c+d

化簡以上三式得：a≤b

a≤c

a≤dabdcC1B1ADC2在△B2C2D中：a+c≤b+d

實際上，只要條件②滿足，最短桿就可相對于相鄰兩桿整周轉動。

可見，在曲柄搖桿機構中，曲柄存在的必要條件是：①曲柄是最短桿；②

最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。若取與最短桿相鄰的任一構件為機架→曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構若取最短桿為機架→雙曲柄機構若取最短桿對邊構件為機架→雙搖桿機構

當條件②不滿足時，則四個構件均相對擺動，即不可能存在曲柄。無論取哪個構件為機架→雙搖桿機構

——作等速轉動的主動件使從動件作往復擺動（或移動）時，從動件工作行程速度較慢、回程速度較快的性質。2．急回特性

牛頭刨床刨削工件時速度較慢，而退刀時速度較快，以縮短非生產時間，減小原動機功率，提高生產率。

當柄AB以角速度ω順時針轉動時，搖桿DC在兩極限位置DC1、DC2間往復擺動。例：曲柄搖桿機構以曲柄AB為主動件，搖桿DC為從動件。

擺角為ψ——搖桿兩極限位置DC1和DC2間的夾角。

搖桿在兩極限位置時，曲柄與連桿處于B1AC1（重疊）共線位置和AB2C2（拉直）共線位置。

極位夾角θ——曲柄在重疊共線位置AB1和拉直共線位置AB2之間所夾的銳角。

搖桿工作行程平均角速度ωw為工作行程：

曲柄從AB1轉到AB2，轉角φ1=180?+θ；搖桿從DC1擺到DC2，擺角為ψ，所需時間為tw?；爻蹋呵鷱腁B2轉到AB1，轉角φ2=180?-θ；搖桿從DC2擺到DC1，擺角為ψ，所需時間為tR。搖桿回程平均角速度ωR為

可見，ωR＞ωw，表明搖桿具有急回特性。曲柄搖桿機構的行程速比系數K為

用行程速度變化系數（或稱行程速比系數）K衡量急回程度，即：若極位夾角θ＞0時，有急回特性。θ越大，K值就越大，機構的急回特性就越顯著。

若極位夾角θ＝0，K＝1，此時ωR=ωw，機構無急回特性。θ180°＋θ180°-θ試分析：對心曲柄滑塊機構的有無急回特性偏置曲柄滑塊機構：有急回特性。擺動導桿機構：θ180°＋θ180°-θ有急回特性，且θ＝ψ。

為獲得有急回特性的平面四桿機構時，通常根據工作要求預先選定K值，再求出θ值，即3．壓力角與傳動角例：曲柄搖桿機構受力分析：

若不考慮運動副的摩擦力、構件的重力、慣性力的影響，且連桿2上不受其它外力（為二力桿），則曲柄1經過連桿2傳遞到搖桿3上C點的力F將沿連桿BC方向。以曲柄AB為主動件，搖桿DC為從動件。FABCD力F分解為：

法向力Fn——沿搖桿CD方向的有害分力。只能使C、D兩處運動副產生徑向壓力，引起阻礙運動的摩擦力。

切向力Ft——沿C點速度υc方向。是推動搖桿3運動的有效分力。αFFt

FnγABCD有效分力的大小為：Ft＝Fcosα=Fsinγ

式中：壓力角α——作用力F的方向與搖桿受力點C處速度υc方向所夾的銳角。力F分解為：

法向力Fn——沿搖桿CD方向的有害分力。只能使C、D兩處運動副產生徑向壓力，引起阻礙運動的摩擦力。

切向力Ft——沿C點速度υc方向。是推動搖桿3運動的有效分力。有效分力的大小為：Ft＝Fcosα=Fsinγ

傳動角γ——連桿2與搖桿3所夾銳角。是壓力角的余角，即γ=90?-α

。αFFt

FnγABCD

若F不變，α值愈小，Ft愈大，機構傳力性越好，故α的大小可判定機構傳力性能的優(yōu)劣。

對應于曲柄的不同位置，壓力角α是變化的，其中有一個最大壓力角αmax。為了保證機構傳力性能良好，應使：[α]——壓力角許用值。αmax≤［α］αFFt

FnγABCD

δ——連桿與從動件之間所夾內角?？芍苯恿康萌我晃恢玫摩闹?。

可見，γ也隨曲柄的位置變化，其值愈接近90?，機構傳力性能愈好。當δ≤90?時，γ＝δ。αFFt

FnγABCD

常用傳動角γ的大小直接判定機構傳動性能的優(yōu)劣。δCDBAFδγ當δ＞90?時，γ＝180?-δ。

對于儀表這類只傳遞運動或受力較小的機構，才允許傳動角小些?？梢宰C明，曲柄搖桿機構的γmin出現在曲柄與機架兩次共線位置AB′、AB″之一。

為保證機構具有良好的傳力性能，應限制最小傳動角γmin的值：重載：γmin≥50?通常：γmin≥40?4．死點——機構在運動中出現γ=0?的位置。例：曲柄搖桿機構以搖桿CD為原動件，曲柄AB為從動件。特點：在死點位置，無論在原動件上施加多大的力都不能使機構運動。ABCDAB1C1D

當搖桿處在極限位置C1D時，連桿與曲柄重疊共線，出現γ=0?；搖桿通過連桿作用于曲柄上的力通過其回轉中心A。

當搖桿處在極限位置C2D時，連桿與曲柄拉直共線，出現γ=0?。搖桿通過連桿作用于曲柄上的力P通過其回轉中心A。

因此，無論施加多大的力P也不能推動從動件曲柄回轉。PAB2C2DP

當機構通過死點位置時，從動件可能卡死（不能運動），也可能出現運動不確定現象。①

利用飛輪的慣性力。

在工程上，使機構順利通過死點而正常運轉的措施有：內燃機縫紉機實例：內燃機曲柄上安裝飛輪。

縫紉機腳踏驅動機構中的帶輪兼有飛輪的作用。A’E’D’G’B’F’C’ABEFDCG②

利用機構的組合錯開死點位置。實例：機車車輪的聯(lián)動裝置

在工程上，使機構順利通過死點而正常運轉的措施有：實例：夾緊裝置工作原理：

在工程上也常利用死點來實現工作要求。工件ABCD1234FFABCD1234工件γ=0Q夾具在力F作用下夾緊工件；

撤去力F后，構件AB在工件反彈力Q作用下成為主動件；

連桿BC與從動件CD共線處于死點，從而保證夾緊工件。夾緊裝置實例：電氣開關分合閘機構

當合閘（接通電路）時，機構處于AB、BC共線的死點位置，不會因機構受到較大的接觸力Q和彈簧拉力F而自動跳閘；工作原理：

分閘（切斷電路）時，只需推動AB桿轉動，使機構離開死點位置。電氣開關分合閘機構三、實現運動要求的機構參數圖解法實例【例5-1】

曲柄為主動時，行程速比系數K=1.4，偏距e=12mm；被推送的工件的長度l=25mm，滑塊的行程H應比工件長度略大些，以保證料斗上的工件能順利下落。試確定曲柄和連桿的尺寸。

解：對于有急回運動的四桿機構，通常由行程速比系數K求得極位夾角θ，并利用機構在極限位置的幾何關系，再結合其它輔助條件來解題。（1）計算極位夾角θ由教材式（5-3）得：（2）選取比例尺、作輔助圓①作出滑塊的行程線段C1C2=H=30mm（取H略大于l）；取比例尺μl=1mm/mm。作圖：②作∠C1C2O=∠C2C1O=90°－θ=60°，直線C1O和C2O交于O；③作輔助圓：O為圓心、C1O（或C2O）為半徑。則圓心角∠C1OC2=2θ。（2）選取比例尺、作輔助圓作圖：①

作直線EF∥C1C2，且間距為e=12mm，交輔助圓于點A（有兩個交點，僅取一個）。點A——曲柄的轉動中心。（3）確定曲柄的轉動中心A②

連接AC1和AC2，此時必有∠C1AC2=θ=30°（為圓心角∠C1OC2的一半）。AC1、AC2——曲柄與連桿重疊、拉直共線位置。（3）確定曲柄的轉動中心A量得：AC1=15mm；AC2=40mm由曲柄滑塊機構在極限位置的幾何關系可得：（4）計算曲柄和連桿的長度lAB、lBClBC+lAB=μl·AC2lBC－lAB=μl·AC1解得：曲柄長連桿長【例5-2】

鑄造車間振實造型機工作臺的翻轉機構。當翻臺8在振實臺上振實造型時，處于圖示Ⅰ位置，此時連桿處于B1C1實線位置；而需要起模時，要求翻臺8能轉過180°到達圖示托臺上方Ⅱ位置，以便托臺10上升接觸砂箱起模，此時連桿處于B2C2虛線位置。若已知連桿BC的長度lBC=0.5m及兩位置B1C1和B2C2，并要求固定鉸鏈中心A、D在同一水平線上，機座AD的長度lAD=lBC。試確定搖桿AB、CD的長度lAB、lCD。解：取比例尺μl=0.1m/mm，則作圖：①在給定位置作B1C1和B2C2；②

連接B1B2，作B1B2的中垂線b12。鉸鏈中心A必定位于中垂線b12上；

連接C1C2，作C1C2的中垂線c12。鉸鏈中心D必定位于中垂線c12上。④

連接AB1C1D得圖示的翻轉機構?？闪康茫篈B1=25mm；

C1D=27mm兩搖桿長度分別為：lAB=μl·AB1

=0.1×25=2.5mlCD=μl·C1D

=0.1×27=2.7m③作水平線AD，與中垂線b12的交點為A；與中垂線c12的交點為D。且AD=BC=5mm。四、構件和運動副的結構

常用較典型的構件和運動副結構如下：1．構件的結構

當轉動副之間的距離較大時，構件一般做成桿狀，且多為直桿。

平面連桿機構中構件和運動副的結構形式，往往隨實際工況條件的不同而多種多樣，需正確安裝、調整及維護。（1）桿狀構件

有特殊要求時，如為避免運動干涉，也可做成曲桿或其它特殊結構形式。（2）盤狀構件

較高轉速時，常在帶輪、齒輪等圓盤類構件上偏離軸心處裝上銷軸，與其他構件構成另一個轉動副，將形成盤狀構件；對于轉動副間距較小的曲柄常做成偏心輪結構。（3）軸狀構件用于回轉軸端部的曲軸式曲柄。用于回轉軸兩支承之間的曲軸式曲柄。曲柄長度很小的偏心軸。

為防止高速轉動時因質量分布不均勻而產生離心力，應采用合理結構使構件的質量趨于均布，并進行構件的平衡。（4）塊狀構件

作移動的構件大都為塊狀，其結構、形狀與運動副的結構有關。實例：與圓柱形缸體構成移動副的活塞。2．運動副的結構

除軸與軸承構成的轉動副外，鉸鏈類型的轉動副廣泛被應用。（1）轉動副浮動銷軸結構：

銷軸與構件1、2之間均能相對轉動。彈性擋圈用來限制銷軸的軸向移動。固定銷軸結構：

銷軸與構件2采用鉚接固連。①

活塞與缸體、滑移齒輪與花鍵等構成移動距離小、行程固定的移動副。（2）移動副②導軌式移動副移動距離較大。常見結構：平面接觸式矩形V形燕尾形組合形①

活塞與缸體、滑移齒輪與花鍵等構成移動距離小、行程固定的移動副。（2）移動副②導軌式移動副移動距離較大。常見結構：圓柱面接觸式

側板用以限制構件和導軌間的相對轉動。1—側板

2—導軌

3—構件3．平面連桿機構的調整與維護

平面連桿機構是面接觸的低副機構，運動副中的間隙將引起運動誤差。應保證良好潤滑來減小接觸面間的摩擦、磨損。措施：鉸鏈可通過油孔注入潤滑油。移動副磨損后的間隙采用如下結構調整：①

利用調整螺釘移動鑲條的位置以調整間隙。②

改變壓板與動導軌結合面間墊片的厚度來調整間隙。平面連桿機構常使用構件長度可調整的結構：

把連桿做成左右兩部分，轉動帶有左、右旋螺紋的連接套，可調整連桿長度BC。

在棘輪機構中，轉動調節(jié)絲杠可改變曲柄的長度r，可調節(jié)棘輪擺角。返回第二節(jié)

凸輪機構一、凸輪機構的基本類型及其應用二、從動件的常用運動規(guī)律

四、凸輪機構基本尺寸的確定三、圖解法繪制凸輪輪廓五、凸輪機構的材料與結構一、凸輪機構的基本類型及其應用

凸輪——具有曲線輪廓或溝槽的構件。傳動時，凸輪用輪廓或溝槽驅動從動件運動。凸輪機構的主要組成：1.凸輪機構的組成和應用

凸輪、從動件及機架三個基本構件。是一種含高副的常用機構。實例：內燃機配氣凸輪機構。

功用：凸輪等速回轉，用其曲線輪廓驅動從動件開啟和關閉（關閉需借助彈簧的作用），實現進氣口或排氣口。1－凸輪2－從動構件

內燃機配氣機構實例：繞線機

功用：凸輪作等速回轉時，其曲線輪廓驅動布線桿往復擺動，將線均勻地纏繞在繞線軸3上。1－凸輪2－布線桿3－繞線軸繞線機實例：行程控制凸輪機構

功用：凸輪固定在機器的運動部件上并隨之移動，當到達預定位置時，其輪廓推動行程開關的推桿，使之發(fā)生電信號，以實現控制運動部件變速、停止或換向等。行程控制凸輪機構1－凸輪2－推桿實例：機床自動進給機構

功用：凸輪作等速回轉，并用其曲線形溝槽驅動從動件繞固定回轉副O(jiān)作往復擺動，通過扇形齒輪和齒條帶動刀架，完成刀具的進給運動。機床自動進給機構1－凸輪

2－從動構件

3－刀架凸輪機構的特點：①

結構簡單、緊湊；工作可靠，只需設計適當的凸輪輪廓，便可使從動件得到準確的任意預期運動。②

凸輪與從動件間為高副接觸，易磨損。常用于傳力不大的場合。

如：自動機床進刀機構、上料機構、內燃機配氣機構、印刷機、紡織機等。凸輪機構的種類繁多，常用凸輪機構分類如下：2．凸輪機構的分類（1）按凸輪的形狀分對心直動滾子凸輪①

盤形凸輪——凸輪形狀如盤，繞定軸轉動且具有變化的向徑。它是凸輪的基本型式。

內燃機配氣機構繞線機移動凸輪②

移動凸輪——凸輪形狀如板，沿直線相對機架作往復移動，并具有曲線形的側輪廓。行程控制凸輪機構（1）按凸輪的形狀分端面圓柱凸輪③圓柱凸輪——凸輪形狀如圓柱，繞其軸線定軸轉動且有曲線形溝槽。圓柱凸輪可視為是移動凸輪卷成圓柱而成的。機床自動進給機構空間凸輪機構——圓柱凸輪等構成的凸輪機構。

平面凸輪機構——有盤形凸輪、移動凸輪構成凸輪機構。（1）按凸輪的形狀分（2）按從動件的結構形式分①尖端從動——從動件端部呈尖點或鑿刃形。能與任何凸輪廓線保持接觸，從動件可實現任意運動。

端部與凸輪是高副接觸，接觸應力大，易磨損，故只用于輕載低速的場合。特點及應用：在實際應用中，尖端常做成半徑不大的圓頭形。繞線機（2）按從動件的結構形式分②滾子從動件——從動件端部裝有可以自由轉動的滾子。能減小摩擦和磨損、傳遞較大的動力。

端部結構復雜，質量較大，不易潤滑，故不宜用于高速。特點及應用：機床自動進給機構行程控制凸輪機構（2）按從動件的結構形式分③平底從動件——不計摩擦時，凸輪對從動件的驅動力垂直于平底，有效作用力較大。

凸輪與平底接觸處易形成楔形油膜，故常用于高速凸輪。但不能用于有內凹或直線輪廓的凸輪。特點及應用：

內燃機配氣機構（3）按從動件運動形式分①直動從動件——作往復直線移動。

偏置直動從動件：從動件導路不通過盤形凸輪回轉中心。

對心直動從動件：從動件導路通過盤形凸輪回轉中心。

偏距e——從動件導路與凸輪回轉中心的距離。②擺動從動件——從動件作往復擺動。繞線機

內燃機配氣機構（4）按鎖合方式分

鎖合——使凸輪輪廓與從動件始終保持接觸。①力鎖合——靠重力、彈簧力或其它力鎖合。鎖合的方式有：例如：彈簧力鎖合

內燃機配氣機構（4）按鎖合方式分②幾何鎖合——靠凸輪和從動件的特殊幾何形狀鎖合。

例如：圓柱凸輪的凹槽兩側面間的距離處處等于滾子直徑，能保證滾子與凸輪始終接觸，以實現鎖合。機床自動進給機構

其它常用的幾何鎖合方式有“主回凸輪”、“等徑凸輪”及“等寬凸輪”等。主回凸輪r1r2等徑凸輪W等寬凸輪凹槽凸輪二、從動件的常用運動規(guī)律例：對心尖端直動從動件盤形凸輪機構。運動過程分析：1.凸輪機構運動概述

凸輪逆時針方向勻速轉動，從動件尖端在離輪心最近（低）位置A和最遠（高）位置B'之間按某一運動規(guī)律往復移動?；鶊A——以凸輪輪廓上最小半徑rb為半徑作的圓。

從動件與基圓上的點接觸時處于“最低”位置，是從動件上升的起始位置。

凸輪轉過Фt角時，從動件與凸輪輪廓段接觸，并上升h至最高位置B'。h——升程推程：Фt——推程運動角rbhB’otsФtФtABΦ，

凸輪轉過ФS角時，從動件與凸輪輪廓段接觸，并在最高處靜止不動。ФS——遠程休止角遠程休止過程：回程：

凸輪轉過Фh角時，從動件與凸輪輪廓上段接觸，從動件下降h。Фh——回程運動角rbhB’otsФtФtABΦ，

ФsФsФhФhA’CrbhB’otsФtФtABΦ，

ФsФsФhФhA’C

凸輪連續(xù)回轉時，從動件重復上述升一停一降一停運動過程。Фsˊ——近程休止角

凸輪轉過Фsˊ角時，從動件尖端與凸輪輪廓上A'A段接觸，從動件在最低處保持不動。近程休止過程：Фs’Фs’

從動件的位移與凸輪轉角（或時間）的關系可用位移線圖表示。

升一停一降一停是最典型的運動過程。在工程實踐中，有缺少遠程休止、缺少近程休止或同時缺少遠、近程休止的情況，都可視為典型運動過程的特殊情況。

凸輪輪廓上的AB段和CA'段的形狀尺寸決定了從動件推程和回程的運動規(guī)律。

2.從動件常用位移線圖

在工程實際應用中，凸輪的輪廓要根據從動件的位移線圖確定，而從動件的位移線圖又要根據工作要求來決定。

幾種從動件常用的位移線圖、作圖方法、特點及適用范圍如下表：幾種從動件常用位移線圖的作圖方法、特點及適用范圍三、圖解法繪制凸輪輪廓

根據選定的從動件運動規(guī)律和其它有關數據，可用圖解法直接繪出平面凸輪輪廓。

圖解法簡單、直觀，但精度較低，多用于確定要求不高的凸輪機構。

例：一偏置尖端直動從動件盤形凸輪機構。凸輪：以角速度ω順時針轉動。從動件：凸輪輪廓驅動其按給定位移線圖的規(guī)律運動。ω繪制凸輪輪廓的方法：

當凸輪平面轉動時，若從動件按給定的位移線圖規(guī)律運動，在轉動的凸輪平面上得到從動件尖端的軌跡——凸輪輪廓。但按上述方法不便于在圖紙上繪制凸輪輪廓。

根據相對運動原理，若給凸輪機構中每個構件加上繞凸輪軸心O的角速度－ω，則各構件間的相對運動不變。反轉法：

凸輪與圖紙相對靜止。從動件隨其導路以－ω轉動，另一方面相對導路按原運動規(guī)律作往復移動。在靜止不動的紙上繪出從動件尖端的軌跡——凸輪輪廓。-ωω

反轉法繪制擺動從動件盤形凸輪：

視凸輪不動。一方面擺動從動件的固定回轉副以－ω繞凸輪軸心轉動；另一方面從動件相對其固定回轉副中心按原角位移運動規(guī)律運動。

已知：凸輪基圓半徑rb、偏距e及偏置方位，從動件的位移線圖，凸輪以等角速度ω順時針轉動，試繪制凸輪輪廓。（1）尖端從動件1．直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制①

取與位移線圖相同的比例尺μ1畫出基圓和偏距圓。過偏距圓上任一點K，按給定導路偏置方位作偏距圓的切線，即導路，切線交基圓于B0(C0)，即為從動件尖端初始位置；sΦ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’作圖步驟和方法如下：eA-ωωO12345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k151’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’sδ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’作圖步驟和方法如下：②

將位移線圖的推程運動角Фt和回程運動角Фh分別分為若干等分；eA-ωωO12345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k151’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’sδ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’作圖步驟和方法如下：③

自OC0開始，沿－ω的方向，在基圓上取Фt、Фs、Фh及Фs’角，再將Фt和Фh等分成與位移線圖上對應運動角相同的等分，得基圓上C1、C2、…各點；eA-ωωO12345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k151’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’sδ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’作圖步驟和方法如下：④過C1、C2、…各點作偏距圓的一系列切線，它們是反轉的一系列導路；eA-ωωO12345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k151’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’sδ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’作圖步驟和方法如下：⑤

沿以上各切線自基圓開始量取對應于凸輪各轉角的從動件的位移量，即取C1B1=11’，C2B2=22’，…得從動件尖端的一系列位置B1、B2、…；eA-ωωO12345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k151’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’sδ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’作圖步驟和方法如下：⑥

將B0、B1、B2、…連成光滑連續(xù)的曲線(B4到B5之間，B9到B0之間均為以O為圓心的圓弧)，該曲線即為凸輪輪廓。eA-ωωO12345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k151’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’sδ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’e=0時，即為對心尖端直動從動件盤形凸輪機構。此時，偏距圓收縮為凸輪回轉中心O，偏距圓的切線即為過O的徑向線，其余作圖的步驟及方法與以上所述相同。eA-ωωO12345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k151’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’（2）滾子從動件

與尖端直動從動件盤形凸輪輪廓繪制相比，應增加一個已知條件，即滾子半徑rT。理論輪廓曲線η——把滾子中心當作從動件的尖端，用反轉法所繪制的尖端軌跡曲線。實際輪廓曲線η′——以理論輪廓曲線η上各點為圓心、滾子半徑rT為半徑所畫一系列圓的內包絡線。

由作圖過程可知，凸輪的基圓應為理論輪廓曲線上半徑最小的圓。（3）平底從動件理論輪廓曲線η——把平底與導路的交點B看作從動件的尖端，用反轉法所繪制的尖端軌跡曲線。實際輪廓曲線η′——過理論輪廓曲線η上一系列點（B1、B2、B3、…）所畫一系列平底的包絡線。

若實際輪廓不能與每個平底內切，將導致運動失真。此時，可以適當增大凸輪基圓半徑，重新繪制凸輪輪廓。例：尖端擺動從動件盤形凸輪機構2.擺動從動件盤形凸輪輪廓的繪制

已知：凸輪基圓半徑rb、凸輪回轉中心與擺動從動件擺動中心間距離LOA、擺動從動件長度LAB、從動件的角位移線圖、凸輪角速度ω及從動件推程擺動方向。試繪制凸輪輪廓。）②

選取長度比例尺μ1，畫基圓，基圓的圓心為O，確定從動件擺動中心A0位置。再以A0為圓心，LAB/μ1為半徑畫圓弧，交基圓于B0點（推程時，從動件逆時針擺動），該點即為從動件尖端的起始位置。①

將ψ-φ線圖的推程運動角Фt和回程運動角Фh分別分為若干等分[圖中各分為四等分]。③以O為圓心，以OA0為半徑畫圓。從OA0開始，沿－ω方向分該圓為Фt、Фs、Фh及Фs’角。將Фt和Фh分為與圖相對應的等分，得A1、A2、…。④

分別以A1、A2、…為圓心，以LAB/μ1為半徑畫圓弧、、…分別交基圓于C1、C2、…。C1D1C2D2繪制的步驟及方法如下：⑥

將B0、B1、B2、…連成光滑曲線，即得尖端擺動從動件盤狀凸輪輪廓曲線。若直線狀的擺動從動件AB與凸輪干涉，可將擺動從動件A、B兩點以曲線相連成曲桿（圖中虛線所示），以避免擺動從動件與凸輪干涉。

若采用滾子或平底從動件，與直動從動件作法相似，先作理論輪廓線，再在理論輪廓線的基礎上繪一系列滾子或平底，最后繪制包絡線便可求得實際輪廓。⑤

求出凸輪轉過如圖5-43(b)所示各轉角時，從動件的擺角ψ1、ψ2、…。分別在圓弧、、…上求B1、B2、…各點，使∠C1A1B1=ψ1、∠C2A2B2=ψ2、…。C1D1C2D2

繪制的步驟及方法如下：A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B8120°60°90°B’1φ1B’2φ2B’3φ3B’4φ4B’5φ5B’6φ6B’7φ7ω-ωr0A0

B0ldψφФsФtФhФs’1’2’3’4’123456785’7’6’8’90°四、凸輪機構基本尺寸的確定

1.凸輪機構壓力角、基圓半徑及偏距

設計凸輪機構時，不僅要能實現預期的運動規(guī)律，還要使其具有良好的傳力性能和緊湊的結構尺寸。

傳力性能直接影響機構的摩擦、磨損、效率和自鎖，且與機構尺寸有關。上式表明：（1）凸輪輪廓上不同點處壓力角一般是不同的α值越小，機構傳力性能越好。通常限定凸輪機構最大壓力角，即αmax≤[α]。例：偏置尖端直動從動件盤形凸輪機構。

若從動件的運動規(guī)律為s=f(φ)

，可推得：許用壓力角值推薦如下：直動從動件：推程許用壓力角[α]=30°~40°。擺動從動件：推程許用壓力角[α]=35°~45°?；爻淘S用壓力角[α’]=70°~80°。例：偏置尖端直動從動件盤形凸輪機構。

若從動件的運動規(guī)律為s=f(φ)

，可推得：①

回程時發(fā)生自鎖的可能性很小，故許用壓力角可取較大值。②

使用滾子從動件、潤滑良好和支承剛性較好時取上限；否則取下限。上式表明：（1）凸輪輪廓上不同點處壓力角一般是不同的α值越小，機構傳力性能越好。通常限定凸輪機構最大壓力角，即αmax≤[α]。（2）當選定s=f(φ)、e后，加大rb可以減小壓力角α，但機構總體尺寸增大。

為使機構既有較好的傳力性能，又有較緊湊的結構尺寸，通常在αmax≤[α]前提下，盡量采用較小基圓半徑。下列經驗數據可供選擇rb參考：①與軸分體的鑄鐵凸輪

rb≥rh+(3~5)+rT

或rb≥1.75rs+(3~5)+rT

②

鋼凸輪的rb值可略減??；軸凸輪的rb可取略大于(rs＋rT)。式中，rh——凸輪輪轂半徑；

rs——裝凸輪處軸的半徑。在實際中確定凸輪輪廓的步驟：

通?？筛鶕臻g位置和經驗初選一個基圓、偏距，并以此得到凸輪輪廓；

用作圖法校核壓力角。αmax一般出現在推程的起始位置、從動件具有最大速度的位置或凸輪輪廓曲線較陡處；

如果不能滿足要求，則應適當增大基圓半徑、調整e值重新確定。2.從動件滾子半徑

滾子半徑的選取，要考慮滾子結構、強度及凸輪輪廓線形狀等因素。η——理論廓線；η’——實際廓線；rT

——滾子半徑；ρ——理論廓線曲率半徑；ρ’——實際廓線曲率半徑。凸輪的內凹部分：ρ’=ρ+rT

。無論rT大小如何，實際廓線總可以畫出。凸輪的外凸部分：ρ’=ρ-rT

。若ρ>rT，實際廓線的ρ’>0，可以畫出；

若ρ<rT，實際廓線的ρ’<0，此處實際輪廓相交（陰影部分），在加工時將被切去，導致不能實現預期的運動規(guī)律，即使從動件運動失真。

若ρ=rT，實際廓線的ρ’=0，此處實際輪廓變尖，凸輪易磨損；

因此，對于外凸凸輪，滾子半徑rT應小于理論廓線上最小曲率半徑ρmin，通常使rT≤0.8ρmin

。

滾子半徑rT應在結構及強度允許條件下盡量取小值，通?？扇T=（0.1~0.5）rb。若不滿足rT≤0.8ρmin，可適當加大rb。

用作圖法求各點的ρ’；此方法也可用于求壓力角。3.平底長度

平底與凸輪實際輪廓的切點，隨著導路反轉的位置變化。

平底左右兩側離導路最遠的兩切點至導路的距離為b’和b″。

取b’和b″中較長者為Lmax。為保證平底始終與凸輪輪廓接觸，從動件平底總長度為：五、凸輪機構的材料與結構

1.凸輪機構的常用材料凸輪材料

——

凸輪的材料要求工作表面有較高的硬度，芯部有較好的韌性。一般尺寸不大的凸輪：

45鋼、40Cr鋼；調質或表面淬火，硬度：52～58HRC。要求更高的凸輪：

15鋼、20Cr鋼。滲碳淬火，表面硬度：56～62HRC，滲碳深度為0.8～1.5mm。尺寸大或輕載的凸輪：優(yōu)質灰鑄鐵。載荷較大的凸輪：耐磨鑄鐵。從動件材料

——

常用45鋼；也可用T8、T10、T12。淬火硬度：55～62HRC；要求較高時用20Cr，滲碳淬火。滾子材料

——20Cr鋼。滲碳淬火，表面硬度：56～62HRC；也可用滾動軸承作為滾子。2.凸輪機構的常用結構（一）凸輪①凸輪軸——用于基圓較小的凸輪機構。②整體式凸輪——用于尺寸較小、無特殊要求或不需經常裝拆的凸輪。特點：加工方便，精度高和剛性好。軸轂常采用平鍵聯(lián)接，其輪轂尺寸的推薦值為：③組合式凸輪——用于大型低速凸輪機構的凸輪或經常調整輪廓形狀的凸輪。利用圓弧槽可調整凸輪盤與輪轂的相對角度。（二）滾子滾子常采用的裝配結構：

無論是哪種結構形式，都必須保證滾子能靈活自由地轉動。返回一、棘輪機構二、槽輪機構三、不完全齒輪機構四、凸輪式間歇運動機構第三節(jié)間歇運動機構一、棘輪機構1.棘輪機構的類型及工作原理按其工作原理可分：齒式棘輪機構和摩擦式棘輪機構。按嚙合（或摩擦）情況分：外“嚙合”和內“嚙合”兩種型式。

外嚙合齒式棘輪機構內嚙合齒式棘輪機構棘條機構1－棘輪2－驅動棘爪3－搖桿4－止回棘爪5－扭簧6－軸7－機架

外摩擦式棘輪機構內摩擦式棘輪機構1－棘輪2、4－棘爪3－搖桿5－機架6、7—彈簧組成：棘輪、搖桿、棘爪和機架及輔助裝置。

棘輪1固聯(lián)在軸6上；搖桿3空套在軸6上，可自由擺動。（1

）齒式棘輪機構棘輪機構傳動原理：

當搖桿作順時針方向擺動時，與搖桿3用回轉副相聯(lián)的驅動棘爪2將插入齒槽推動棘輪轉過一定角度；

當搖桿作逆時針方向擺動時，棘爪2在棘輪的齒上滑過，而止回棘爪4將阻止棘輪作逆時針方向轉動；

扭簧5的作用：使止回棘爪4與棘輪1始終保持接觸。搖桿作往復擺動時，實現棘輪的單向間歇轉動。棘輪轉角的調節(jié)方式：

棘輪機構的搖桿是一曲柄搖桿機構的搖桿。因此可改變曲柄長度、連桿長度及搖桿長度。

棘輪上用遮板遮住了棘爪行程內的部分棘輪齒，可適當調整遮板的位置。

當棘輪半徑趨于無窮大時，棘輪機構演化為棘條機構。棘條作單向間歇移動。齒式棘輪機構常見型式：單向單動式棘條機構（單向）雙動式齒式棘輪機構常見型式：可變向（單動）式1－棘爪2－棘輪3－搖桿4－遮板5－絲杠單向轉動棘輪機構的棘輪齒形多為鋸齒形；可變向棘輪機構棘輪齒形為對稱梯形。齒式棘輪機構常見型式：

棘輪1、搖桿3、棘爪2、4、機架5及輔助裝置組成。（2）摩擦式棘輪機構摩擦式棘輪機構組成：傳動原理：

靠偏心楔塊（棘爪）和棘輪之間的摩擦楔緊作用來工作。傳動過程與齒式棘輪機構相似。滾子摩擦棘輪機構傳動原理：

若構件1順時針轉動，彈簧的推動使?jié)L子在摩擦力作用下楔緊在構件1、2之間的狹隙處，從而帶動構件2一起轉動；

若構件1逆時針轉動，滾子在摩擦力作用下回到構件1、2之間的寬隙處，構件2靜止不動。21432.棘輪機構的特點及應用齒式棘輪機構的特點：故不宜用于高速傳動。①結構簡單、制造方便、運動可靠，容易實現小角度的間歇轉動，轉角調節(jié)方便。②棘輪開始和終止運動的瞬間有剛性沖擊，運動平穩(wěn)性差。搖桿回程時棘爪在棘輪齒上滑行會引起噪聲和磨損。齒式棘輪機構的應用：

常用于各種機器的進給機構、制動器和超越離合器。實例：牛頭刨床的進給機構采用可變向齒式棘輪機構。傳動原理：

棘輪2與橫向進給絲杠5固聯(lián)，帶動工作臺間歇進給。拉起棘爪1，并旋轉180°后再放下，可改變進給方向；轉動遮板4可調節(jié)進給量。實例：起重設備的止動器

在吊起重物后，棘爪能防止與卷筒固聯(lián)的棘輪反轉，以避免重物意外下落。棘輪止動器實例：自行車后輪軸傳動原理：

棘輪1的外圓周是后鏈輪，搖桿3是后輪軸，棘爪2與后輪軸3以回轉副相聯(lián)接。

當鏈條使后鏈輪順時針轉動時，棘輪的棘齒通過棘爪帶動后輪軸順時針轉動；

當鏈條不動時，鏈輪停止轉動。后輪軸仍可借助下滑力或慣性超越主動棘輪順時針轉動，棘爪2沿內棘輪齒面滑過，自行車向前滑行。摩擦式棘輪機構的特點：①與齒式棘輪機構相比，傳遞運動平穩(wěn)而無噪聲，從動轉角隨主動件擺角可作無級變化。②

借助摩擦力來傳遞運動，難免會產生打滑，故傳動精度不高，傳遞的扭矩也受摩擦力的限制。二、槽輪機構1.槽輪機構的類型及工作原理槽輪機構的分類：①外槽輪機構