第3章凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)01凸輪機(jī)構(gòu)的組成和分類02凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律目錄CONTENTS03盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)04凸輪設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題凸輪機(jī)構(gòu)的組成和分類013.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的組成凸輪機(jī)構(gòu)主要由凸輪、從動(dòng)件及機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成，是一種含高副的常用機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn):只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，便可使從動(dòng)件得到所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工作可靠，容易設(shè)計(jì)。高副接觸，不便潤滑，易磨損。3.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類1按凸輪的形狀分類圓柱凸輪移動(dòng)凸輪盤形凸輪3.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類2按從動(dòng)件形狀分類平底偏置從動(dòng)件凸輪滾子偏置從動(dòng)件凸輪尖端偏置從動(dòng)件凸輪3.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類3按從動(dòng)件與凸輪的鎖合方式分類形鎖合凸輪形鎖合凸輪力鎖合凸輪凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律023.2.1平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)和工作過程凸輪機(jī)構(gòu)的工作過程基圓近停程角近停程回程運(yùn)動(dòng)角回程遠(yuǎn)停程角遠(yuǎn)停程推程運(yùn)動(dòng)角推程行程從動(dòng)件位移曲線凸輪連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件重復(fù)升→?！怠＿\(yùn)動(dòng)過程?；鶊A︰以凸輪輪廓的最小向徑為半徑所作的圓稱為基圓，基圓半徑用r。表示。(2）推程運(yùn)動(dòng)角如圖3-7所示，主動(dòng)件凸輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件被凸輪推動(dòng)直動(dòng)，從動(dòng)件的尖頂以一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律從最近位置運(yùn)動(dòng)到最遠(yuǎn)位置，這一過程稱為推程。從動(dòng)件位移h稱為升程或升距，凸輪對應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度幣稱為推程運(yùn)動(dòng)角。遠(yuǎn)休止角﹐當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，由于凸輪的向徑不變，從動(dòng)件的尖頂在最遠(yuǎn)位置劃過凸輪表面，保持不動(dòng)，這一過程稱為遠(yuǎn)停程，此時(shí)凸輪轉(zhuǎn)過的角度。稱為遠(yuǎn)休止角?；爻踢\(yùn)動(dòng)角﹐當(dāng)凸輪再繼續(xù)回轉(zhuǎn)，從動(dòng)件的尖頂以一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律從最遠(yuǎn)位置回到最近位置，這一過程稱為回程，對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角幣'稱為回程運(yùn)動(dòng)角。近休止角﹐當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件的尖頂劃過凸輪表面，保持不動(dòng)，這一過程稱為近停程，凸輪轉(zhuǎn)過的角度'稱為近休止角。3.2.2從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律1等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律sδδ0vδaδh+∞－∞剛性沖擊圖4-13等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖

從動(dòng)件在推程（上升）或回程（下降）中運(yùn)動(dòng)速度不變的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,稱為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

推程中從動(dòng)件等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)線圖如圖4-13所示,其位移線圖為一條過原點(diǎn)的斜直線。由圖4-13b、c可知,在推程開始時(shí),從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)速度由零突變?yōu)関0,此時(shí)加速度為正無窮大;同理,在推程終止時(shí),從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)速度又由v0突變?yōu)榱?其加速度為負(fù)無窮大。因此,等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律下,在從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的始、末兩處由加速度引起的慣性力在理論上為無窮大,由此產(chǎn)生的沖擊稱為剛性沖擊。3.2.2從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

從動(dòng)件在推程的前半段為等加速，后半段為等減速的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，稱為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通常前半段和后半段完全對稱，即兩者的位移相等，加速運(yùn)動(dòng)和減速運(yùn)動(dòng)加速度的絕對值也相等。

等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移線圖由兩段拋物線組成，而速度線圖由兩段斜直線組成。

從動(dòng)件在推程的前半段做等加速運(yùn)動(dòng),在后半段做等減速運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,稱為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律1δsδvδa23546h/2δ0h/22hω/δ04hω2/δ02圖4-14等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖3.2.2從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律3余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律123456δaδvδshδ0123456Vmax=1.57hω/δ0圖4-15簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖

質(zhì)點(diǎn)在圓周上作等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)稱為簡諧運(yùn)動(dòng)。按簡諧運(yùn)動(dòng)的定義可作出其位移線圖如圖4-15所示。

從動(dòng)件作簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，其加速度曲線為余弦曲線，故又稱為余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

質(zhì)點(diǎn)在圓周上做等速運(yùn)動(dòng)時(shí),它在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)稱為簡諧運(yùn)動(dòng)。盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)033盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)反轉(zhuǎn)法的原理圖4-16“反轉(zhuǎn)法”原理

根據(jù)相對運(yùn)動(dòng)原理，如果給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)中每個(gè)構(gòu)件加上與凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω大小相等、方向相反的-ω角速度，則凸輪與圖紙相對靜止，而從動(dòng)件一方面隨其導(dǎo)路以角速度-ω轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面相對導(dǎo)路按原運(yùn)動(dòng)規(guī)律作往復(fù)移動(dòng)構(gòu)件之間的相對運(yùn)動(dòng)不變。

由于從動(dòng)件的尖端始終與凸輪輪廓接觸，故在從動(dòng)件反轉(zhuǎn)過程中，其尖端的運(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪輪廓，這種設(shè)計(jì)凸輪輪廓的方法稱為反轉(zhuǎn)法。3.3.1偏置頂尖制動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓繪制已知凸輪基圓半徑rb，偏距e及偏置方位，凸輪以等角速度ω順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件的位移線圖，試?yán)L制凸輪輪廓。3.3.2直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓繪制理論輪廓曲線η——滾子中心當(dāng)作從動(dòng)件的尖端，先按繪制尖端從動(dòng)件凸輪的步驟和方法繪出一條凸輪輪廓曲線。實(shí)際輪廓曲線η'——再以上各點(diǎn)為圓心，以滾子半徑rT為半徑畫一系列的圓，這些圓的內(nèi)包絡(luò)線即為采用滾子從動(dòng)件時(shí)凸輪的實(shí)際輪廓曲線。凸輪設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題043.4.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角

從動(dòng)件的受力方向F與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向之間所夾的銳角，稱為凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。研究凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角有兩個(gè)意義：

①壓力角的大小表示了機(jī)構(gòu)傳力的難易程度；

②壓力角的大小是機(jī)構(gòu)產(chǎn)生自鎖的重要原因。凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角F′=FcosαF〞=Fsinα由式（4-1）可知，隨著α的增大，有效分力減小，而有害分力增大。當(dāng)α增大到某一數(shù)值，F(xiàn)〞在導(dǎo)路中產(chǎn)生的摩擦阻力大于有效分力F′時(shí)，則無論凸輪給從動(dòng)件施加多大的力，都無法驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件，這種現(xiàn)象稱為“自鎖”。3.4.2基圓半徑的確定OBω1P點(diǎn)為速度瞬心，于是有：v=lOPω1rmin↑nnP

lOP=v2/ω1eαds2/dδ1=ds2/dδ1=lOC+lCPlCP=lOC=elCP=ds2/dδ1-e

α↓C

(S2+S0

)tanα

S0=r2min-e2若發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果α〉[α]，可增大rmin

s0s2Dv2v2rmin

為了獲得緊湊的機(jī)構(gòu)，一般在保證凸輪退成輪廓的最大壓力角不超過許用值的前提下，選取盡可能小的基圓半徑，以縮小凸輪的尺寸。3.4.3滾子半徑的選擇滾子半徑的選擇對于內(nèi)凹的凸輪輪廓曲線，設(shè)p為理論輪廓曲率半徑，p'為實(shí)際輪廓曲率半徑，r為滾子半徑，則p'=p+r。無論滾子半徑大小如何，總能做出實(shí)際輪廓。曲線。對于外凸的凸輪輪廓曲線如圖所示，由于p'=p-rT，所以:若p>rT，p'>0，則實(shí)際輪廓為平滑曲線;若p=rT，p'=0，則實(shí)際輪廓出現(xiàn)尖點(diǎn)，易磨損;若p<rT，p'<0，則實(shí)際輪廓出現(xiàn)交叉，加工時(shí)，交叉部分被切除，出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失真。綜上所述，為使凸輪機(jī)構(gòu)正常工作，應(yīng)保證理論輪廓的最小曲率半徑ρmin>rT，即ρmin-rT>0。第4章間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)01概述02棘輪機(jī)構(gòu)目錄CONTENTS03槽輪機(jī)構(gòu)04不完全齒輪機(jī)構(gòu)概述014.1概述在機(jī)械系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、控制和操作裝置中，經(jīng)常需要用到某些能將主動(dòng)件的連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)件時(shí)停時(shí)動(dòng)的規(guī)律性間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，這類機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。常見的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)等。棘輪機(jī)構(gòu)024.2.1棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理齒式棘輪機(jī)構(gòu)摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)由棘輪、棘爪、搖桿及機(jī)架等組成，如圖5-5所示。主動(dòng)件棘爪

鉸接在連桿機(jī)構(gòu)的搖桿上，當(dāng)搖桿順時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，棘爪推動(dòng)棘輪

轉(zhuǎn)過一定的角度；當(dāng)搖桿逆時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，止退棘爪

阻止棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)，棘爪在棘齒背上滑過，此時(shí)棘輪停歇不動(dòng)。因此，在搖桿作往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪作單向時(shí)動(dòng)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)。4.2.2棘輪機(jī)構(gòu)的類型按其工作原理可分：齒式棘輪機(jī)構(gòu)和摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)。齒式棘輪機(jī)構(gòu)摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)4.2.2棘輪機(jī)構(gòu)的類型內(nèi)嚙合齒式棘輪機(jī)構(gòu)按嚙合情況分：外“嚙合”和內(nèi)“嚙合”兩種型式。搖桿棘輪棘爪止回棘爪4.2.2棘輪機(jī)構(gòu)的類型按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式不同分：單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)、雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)、可變向棘輪機(jī)構(gòu)4.2.3棘輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用1進(jìn)給在機(jī)械傳動(dòng)中，除了常用平面連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)外，還廣泛應(yīng)用其他機(jī)構(gòu)，如圖5-1所示為牛頭刨床工作臺(tái)進(jìn)給棘輪機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的作用是把曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)通過棘輪機(jī)構(gòu)變成時(shí)動(dòng)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)，通過絲杠、螺母帶動(dòng)工作臺(tái)作橫向間歇送進(jìn)運(yùn)動(dòng)，使牛頭刨床完成工件的刨削加工。4.2.3棘輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用2制動(dòng)如圖所示為起重設(shè)備中的棘輪制動(dòng)器。正常工作時(shí)，卷筒逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，棘爪在棘輪齒背上滑過。當(dāng)突然停電或原動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，卷筒在重物的作用下有順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢。此時(shí)，棘爪與棘輪嚙合，阻止卷筒逆轉(zhuǎn)，起制動(dòng)作用。4.2.3棘輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用3超越

內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)是自行車后輪上的“飛輪”機(jī)構(gòu)，當(dāng)腳蹬轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)大鏈輪和鏈條帶動(dòng)內(nèi)齒圈具有棘齒的小鏈輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過棘爪的作用，使輪轂（和后車輪為一體）逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)使自行車前進(jìn)。當(dāng)自行車后輪的轉(zhuǎn)速超過小鏈輪的轉(zhuǎn)速（或自行車前進(jìn)而腳蹬不動(dòng)）時(shí)，輪轂便會(huì)超越小鏈輪而轉(zhuǎn)動(dòng)，讓棘爪在棘輪齒背上滑過，從而實(shí)現(xiàn)了從動(dòng)件相對于主動(dòng)件的超越運(yùn)動(dòng)，這種特性稱為超越。圖5-11內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)小鏈輪棘爪輪轂（后輪）槽輪機(jī)構(gòu)034.3.1槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理組成：帶圓銷的撥盤、帶有徑向槽的槽輪。撥盤和槽輪上都有鎖止?。浩疰i定作用。工作過程：撥盤連續(xù)回轉(zhuǎn)，當(dāng)兩鎖止弧接觸時(shí)，槽輪靜止；反之槽輪運(yùn)動(dòng)。作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)變換為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。4.3.2槽輪機(jī)構(gòu)的類型撥盤槽輪撥盤槽輪圖5-13內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)圖5-12外槽輪機(jī)構(gòu)外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)根據(jù)嚙合情況不同，分為4.3.2槽輪機(jī)構(gòu)的類型單銷槽輪機(jī)構(gòu)、雙銷槽輪機(jī)構(gòu)、多銷槽輪機(jī)構(gòu)根據(jù)撥盤上的圓柱銷數(shù)目不同，分為撥盤槽輪4.3.2槽輪機(jī)構(gòu)的類型平面槽輪機(jī)構(gòu)、空間槽輪機(jī)構(gòu)根據(jù)構(gòu)建是否在同一平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，分為4.3.3槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用

槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：槽輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。槽輪在進(jìn)入和退出嚙合時(shí)比棘輪平穩(wěn)，但仍然存在有限值的加速度突變，即存在柔性沖擊。槽輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，其角速度和角加速度有較大的變化。槽輪的槽數(shù)z越少，變化就越大。所以槽數(shù)不宜選得過少，一般?。簔=4～8。槽輪每次轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角是不可調(diào)的。槽數(shù)受結(jié)構(gòu)限制又不能過多，所以在轉(zhuǎn)角太小的場合下，不宜使用槽輪機(jī)構(gòu)。槽輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用：用于轉(zhuǎn)速較低、轉(zhuǎn)角較大且不需調(diào)節(jié)的場合。

不完全齒輪機(jī)構(gòu)044不完全齒輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪1只有一個(gè)或幾個(gè)齒，從動(dòng)輪2上有若干輪齒及鎖止弧。當(dāng)主動(dòng)輪1作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)輪2作間歇單向轉(zhuǎn)動(dòng)。主動(dòng)輪1逆時(shí)針轉(zhuǎn)一周，從動(dòng)輪2順時(shí)針轉(zhuǎn)四分之一周。當(dāng)從動(dòng)輪處于停歇位置時(shí)，從動(dòng)輪的鎖止弧S2被主動(dòng)輪的鎖止弧S1鎖住，使從動(dòng)輪停在確定的位置。內(nèi)嚙