1、第 十 章 凸輪機(jī)構(gòu)和其他常用機(jī)構(gòu),授課學(xué)時(shí)：3學(xué)時(shí),10-1,10-2,基 本 要 求,1.了解凸輪機(jī)構(gòu)的基本類(lèi)型和應(yīng)用。 2.了解凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 3.掌握用圖解法設(shè)計(jì)盤(pán)形凸輪輪廓的方法。 4.掌握凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與基圓半徑的概念與應(yīng)用。 5.了解棘輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用。 6.了解不完全齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理。,10.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與分類(lèi),10.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)的組成,凸輪機(jī)構(gòu) 是由凸輪、 從動(dòng)件和 機(jī)架三個(gè) 基本構(gòu)件 組成的高 副機(jī)構(gòu)。,內(nèi) 燃 機(jī) 配氣機(jī)構(gòu),凸輪是該機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件，具有曲線(xiàn)工作表面（即曲線(xiàn)輪廓和凹槽）。通常作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)（有時(shí)，作往復(fù)直線(xiàn)移

2、動(dòng)）。 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)是由凸輪給予的，在極限范圍內(nèi)，按要求作一定規(guī)律的運(yùn)動(dòng)。例如連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)、間歇運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)等，即可使從動(dòng)件作連續(xù)的或不連續(xù)的任意預(yù)期運(yùn)動(dòng)。,內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖,10.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,凸輪機(jī)構(gòu)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的常用機(jī)構(gòu)。 利用凸輪輪廓曲線(xiàn)可使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)各種給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因此，凸輪機(jī)構(gòu)在多種機(jī)械，特別是在自動(dòng)化和半自動(dòng)化機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。,6.1.3 凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi) 1.按凸輪型式分 盤(pán)形凸輪是一個(gè)繞固定軸回轉(zhuǎn)、工作輪廓具有不同曲率半徑的盤(pán)形零件。是凸輪的最基本型式。 移動(dòng)凸輪是相對(duì)于機(jī)架作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)凸輪1在其他機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下左右移動(dòng)時(shí)，

3、凸輪上的溝槽通過(guò)滾子推動(dòng)從動(dòng)件上下運(yùn)動(dòng)。, 圓柱凸輪是在圓柱面上加工出曲線(xiàn)工作表面的凸輪，也可視為將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體而繞一固定軸回轉(zhuǎn)而構(gòu)成的。,移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu),圓柱凸輪機(jī)構(gòu),2按從動(dòng)件型式分,直動(dòng),擺動(dòng),凸輪機(jī)構(gòu),盤(pán)形凸輪,移動(dòng)凸輪,圓柱凸輪,尖端,曲面,滾子,平底,按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式和工作端形式區(qū)分，從動(dòng)件可直動(dòng)或擺動(dòng)，其工作端可為尖端、滾子、平底和其他曲面。,10.1.4 凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),1優(yōu)點(diǎn)：從動(dòng)件可實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。 2缺點(diǎn)：由于是高副接觸，產(chǎn)生高接觸應(yīng)力，易磨損；不宜傳遞很大的力。此外，凸輪制造較復(fù)雜，精度要求高時(shí)需用數(shù)控機(jī)床加工。,10.2 從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)

4、規(guī)律,10.2.1從動(dòng)件的位移圖線(xiàn),分析機(jī)凸輪構(gòu)的工作原理可知，由凸輪輪廓的形狀決定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；而設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，則是根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律去確定凸輪的工作輪廓。,從動(dòng)件位移圖線(xiàn)是指從動(dòng)件的位移S和凸輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線(xiàn)。它是設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線(xiàn)的依據(jù)。,基 本 術(shù) 語(yǔ),基圓：以凸輪輪廓的最小向徑rb為半徑繪制的圓。 推程：當(dāng)凸輪以勻速角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)0角時(shí)，從動(dòng)件被凸輪推動(dòng)，以一定規(guī)律由距離回轉(zhuǎn)中心最近位置到達(dá)最遠(yuǎn)位置的過(guò)程。 推程運(yùn)動(dòng)角：與推程對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角0。 升程：在推程中，從動(dòng)件上升的距離h。 遠(yuǎn)休止角：當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)s角時(shí)，從動(dòng)件在最遠(yuǎn)位置停留不動(dòng)，s稱(chēng)為遠(yuǎn)休止角。 回程：從動(dòng)件在彈簧

5、或重力作用下，以一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律（沿凸輪上相應(yīng)輪廓）由最遠(yuǎn)位置回到最近位置的過(guò)程。是推程的逆向運(yùn)動(dòng)。 近休止角：當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)s角時(shí)，從動(dòng)件在最近位置停留不動(dòng)，s稱(chēng)為近休止角。,凸輪輪廓形狀決定了從動(dòng)件的位移圖線(xiàn)。反之，從動(dòng)件不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求凸輪具有不同形狀的輪廓曲線(xiàn)。,10.2.2 從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律,從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有勻速、勻加速勻減速、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律等幾種。以簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律為主介紹從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)（余弦加速度運(yùn)動(dòng)）,質(zhì)點(diǎn)在圓周上作勻速運(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(chēng)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。,為了便于設(shè)計(jì)和制造，通常把從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律表示為凸輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)。, 以從動(dòng)件升程h為直

6、徑畫(huà)半圓,將該半圓分成n等分(n6)，得1、2、3、n點(diǎn)。 將凸輪推程運(yùn)動(dòng)角0也分成相應(yīng)的等分。 從圓周上各分點(diǎn)作水平線(xiàn)，分別與0角各對(duì)應(yīng)分點(diǎn)的垂線(xiàn)相交，得1、點(diǎn)。 光滑連線(xiàn)。把上述交點(diǎn)連成的光滑曲線(xiàn)便是從動(dòng)件的位移圖線(xiàn)。,由加速度圖線(xiàn)可知，從動(dòng)件在行程的始末兩點(diǎn)，加速度出現(xiàn)有限值的突變，因而產(chǎn)生有限的慣性力，引起所謂的“柔性沖擊”。,2勻速運(yùn)動(dòng),當(dāng)凸輪等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件上升或下降的速度為一常數(shù),這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱(chēng)為勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,由圖可知，從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和終止時(shí)的瞬時(shí)速度有突變，所以這時(shí)的加速度及其產(chǎn)生的慣性力在理論上為無(wú)窮大（由于材料有彈性變形，雖然加速度和慣性力不會(huì)達(dá)到無(wú)窮大，但仍很大），

7、從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊、噪聲、高應(yīng)力和磨損。這種沖擊稱(chēng)為“剛性沖擊”。因此，勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于低速輕載。,3勻加速勻減速運(yùn)動(dòng)（拋物線(xiàn)運(yùn)動(dòng)）,這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在一個(gè)行程中，常取前半程作勻加速運(yùn)動(dòng)，后半程作勻減速運(yùn)動(dòng)，并取兩加速度的絕對(duì)值相等。采用此運(yùn)動(dòng)規(guī)律可使凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力特性有一定的改善。,由于從動(dòng)件的位移s與凸輪轉(zhuǎn)角的平方成正比，其位移曲線(xiàn)為一拋物線(xiàn)，如圖所示，當(dāng)轉(zhuǎn)角為1、2、3、4個(gè)單位時(shí)，位移的比值為1：4：9：16。,由圖可知，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在O、A和B各點(diǎn)處加速度出現(xiàn)有限值的突變，因而產(chǎn)生有限的慣性力，引起“柔性沖擊”。 所以勻加速勻減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律只使用于低、中速情況。,此外，為了使加速度曲線(xiàn)

8、保持連續(xù)而避免沖擊，特別對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，工程中還采用正弦加速度（擺線(xiàn)運(yùn)動(dòng)）、高次多項(xiàng)式等運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,10.3 圖解法設(shè)計(jì)盤(pán)形凸輪輪廓曲線(xiàn),10.3.1反轉(zhuǎn)法原理,凸輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，若凸輪以角速度回轉(zhuǎn)。,在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，則需要凸輪相對(duì)固定。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，若給整個(gè)機(jī)構(gòu)加上繞凸輪軸心的公共角速度（-），機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變。于是，凸輪變成不動(dòng)，而從動(dòng)件一方面和機(jī)架以角速度（-）繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面仍按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)于機(jī)架導(dǎo)路作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于尖端始終與凸輪輪廓保持接觸，所以反轉(zhuǎn)后尖底的運(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪輪廓。這種設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線(xiàn)的方法稱(chēng)為反轉(zhuǎn)法，又稱(chēng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)法。,10.3.2對(duì)心直動(dòng)尖底從動(dòng)件

9、盤(pán)形凸輪,其理論根據(jù)是相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，在整個(gè)機(jī)構(gòu)上附加公共角速度后，機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系仍保持不變。 建立在“反轉(zhuǎn)法原理”基礎(chǔ)上，根據(jù)從動(dòng)件的位移圖線(xiàn)和所確定（或已知）的基圓半徑繪制凸輪輪廓的方法稱(chēng)為“圖解法”。,當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪以等角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪基圓半徑為rb；從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：推程運(yùn)動(dòng)角120o，從動(dòng)件等速上升一個(gè)行程h，遠(yuǎn)休止角60o，回程運(yùn)動(dòng)角90o ，從動(dòng)件等速下降回到最低位置，近休止角90o，此時(shí)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周。試設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線(xiàn)。,.根據(jù)已知條件（從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律），選取長(zhǎng)度比例尺和角度比例尺（實(shí)際角度/圖樣線(xiàn)性尺寸）作出位移圖線(xiàn)。,.將位移圖線(xiàn)的推程和回程所對(duì)

10、應(yīng)的轉(zhuǎn)角等分為若干等分（圖中推程為四等分，回程為三等分）。,.用同樣的比例尺，以O(shè)為圓心，以,為半徑作基圓。從動(dòng)件導(dǎo)路與基圓的交點(diǎn)C0（B0）即為從動(dòng)件尖底的起始位置。,.確定從動(dòng)件在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的各個(gè)位置。自O(shè)B0開(kāi)始沿-方向量取凸輪各運(yùn)動(dòng)階段的角度，并將轉(zhuǎn)角與位移圖線(xiàn)相同的等分。等分線(xiàn)與基圓相交C1、C2、C3等點(diǎn)。等分線(xiàn)表示從動(dòng)件在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置線(xiàn)。,，點(diǎn)B1、B2、B3，就是從動(dòng)件尖底作復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)各點(diǎn)的位置，光滑連接各點(diǎn)即為所求凸輪輪廓曲線(xiàn)。,.在等分線(xiàn)上，過(guò)C1、C2、C3各點(diǎn)分別向外按位移曲線(xiàn)量對(duì)應(yīng)的位移，得點(diǎn)B1、B2、B3；即,10.3.3 對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)

11、形凸輪,滾子中心的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與尖底從動(dòng)件尖底處的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，故可把滾子中心看成從動(dòng)件的尖底，按上述方法先求得尖底從動(dòng)件的凸輪輪廓線(xiàn)，再以該曲線(xiàn)上各點(diǎn)為圓心，用滾子半徑r為半徑作一系列圓，這些圓的內(nèi)包絡(luò)線(xiàn)為與滾子從動(dòng)件直接接觸的凸輪輪廓，稱(chēng)為凸輪工作輪廓。相應(yīng)尖底從動(dòng)件的凸輪輪廓線(xiàn)在凸輪工作時(shí)并不直接，而與滾子接觸，故稱(chēng)為凸輪理論輪廓。,滾子從動(dòng)件凸輪的基圓半徑rb是指理論輪廓的最小向徑。,設(shè)計(jì)滾子從動(dòng)件凸輪工作輪廓的步驟：,先按尖底從動(dòng)件凸輪的設(shè)計(jì)方法作出其理論輪廓， 再根據(jù)滾子半徑作出理論輪廓的法向等距曲線(xiàn)，即為滾子從動(dòng)件的凸輪的工作輪廓線(xiàn)。,滾子半徑大小對(duì)凸輪實(shí)際輪廓線(xiàn)的形狀的影響,如圖所

12、示的外凸凸輪輪廓線(xiàn)，工作輪廓的曲率半徑a等于理論輪廓曲線(xiàn)曲率半徑與滾子半徑之差，即a=-r。,在設(shè)計(jì)中，若r，則a 0，工作輪廓為一光滑曲線(xiàn)，即下圖所示。,若=r，則a =0，工作輪廓線(xiàn)將出現(xiàn)尖點(diǎn)，如圖b，這種輪廓極易磨損，不能使用。,若r，則a 0，工作輪廓線(xiàn)的曲率半徑出現(xiàn)負(fù)值，而凸輪的一部分工作將成為自交曲線(xiàn)，如圖c，圖中的陰影部分在制造時(shí)將被切去，致使從動(dòng)件不能完成預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,滾子半徑的選擇,對(duì)外凸凸輪應(yīng)使?jié)L子半徑r小于理論輪廓的最小曲率半徑min，通常取,為了防止凸輪磨損過(guò)快，工作輪廓線(xiàn)上最小曲率半徑不宜過(guò)小，一般取,另一方面，滾子的尺寸還要受強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)等的限制，因而也不能做得太

13、小，通常取,此外，可以用加大基圓半徑的方法使a0,10.4 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和基圓半徑,基圓半徑rb是凸輪輪廓設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，它對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的尺寸、受力、磨損和效率等都有著重要的影響?；鶊A半徑是預(yù)先選定的，其大小取決于凸輪軸的直徑和許用壓力角。,10.4.1壓力角及其許用值,凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角是指在不計(jì)摩擦的情況下，凸輪對(duì)從動(dòng)件的作用力方向（即接觸點(diǎn)輪廓法線(xiàn)方向）與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向之間所夾的銳角。 壓力角是衡量凸輪機(jī)構(gòu)傳力特性好壞的一個(gè)重要參數(shù)。,凸輪給從動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力Fn將沿法線(xiàn)nn方向，F(xiàn)n可分解為沿從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向的有用分力Fy和使從動(dòng)件對(duì)導(dǎo)路產(chǎn)生側(cè)向壓力的有害分力Fx,當(dāng)Fn一定時(shí)，壓力角

14、越大，機(jī)構(gòu)的效率越低。當(dāng)Fx增大到一定程度，致使它產(chǎn)生的摩擦阻力Ff等于或大于有用分力Fy時(shí)，無(wú)論凸輪給從動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力有多大，也不能使從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)。 僅在驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩作用下，所引起的摩擦使機(jī)構(gòu)不能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為自鎖。,機(jī)構(gòu)開(kāi)始自鎖時(shí)的壓力角稱(chēng)為極限壓力角。,為了保證凸輪機(jī)構(gòu)能順利地工作，并且有一定的傳動(dòng)效率，必須對(duì)壓力角加以限制。凸輪輪廓線(xiàn)上各點(diǎn)的壓力角是變化的，故設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)使最大壓力角不超過(guò)許用值，即,許用壓力角遠(yuǎn)小于極限壓力角，一般設(shè)計(jì)中推薦許用壓力角為：,在直動(dòng)從動(dòng)件推程中，,在擺動(dòng)從動(dòng)件推程中，,當(dāng)從動(dòng)件處于回程時(shí)，由于從動(dòng)件實(shí)際上不是由凸輪推動(dòng)，一般不存在自鎖現(xiàn)象，故通常規(guī)

15、定直動(dòng)從動(dòng)件和擺動(dòng)從動(dòng)件回程時(shí)的許用壓力角,以上推薦的數(shù)據(jù)，當(dāng)采用滾子從動(dòng)件、潤(rùn)滑狀態(tài)較好以及載荷不大、轉(zhuǎn)速不高時(shí)，可取大值，否則取小值。,凸輪輪廓畫(huà)好后，應(yīng)檢查其最大壓力角是否超過(guò)許用值。用圖解法檢驗(yàn)壓力角時(shí)，無(wú)論對(duì)尖底、滾子或斜平底從動(dòng)件，都可在凸輪理論輪廓曲線(xiàn)比較陡的地方取若干點(diǎn)來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。,一般情況下，最大壓力角位于從動(dòng)件位移圖線(xiàn)的拐點(diǎn)處，即位移曲線(xiàn)從上凸至下凹（或反之）的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處。所以，可在理論輪廓曲線(xiàn)上找出相應(yīng)的點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)，若最大壓力角max超過(guò)許用值，可適當(dāng)增大基圓半徑rb，使max減小，或重新選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 對(duì)平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪對(duì)從動(dòng)件的法向力與從動(dòng)件該點(diǎn)速度方向平

16、行，故壓力角始終為0，一般不會(huì)發(fā)生自鎖。,10.4.2 壓力角與基圓半徑的關(guān)系,從動(dòng)件位移S2與B點(diǎn)處凸輪向徑r和凸輪基圓半徑rb的關(guān)系,凸輪上B點(diǎn)的速度與從動(dòng)件上B點(diǎn)的速度在接觸點(diǎn)的速度在法線(xiàn)上的分量應(yīng)相等,當(dāng)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，1、2、s2均為已知。由上式可知，基圓的半徑越小，則壓力角越大，若基圓半徑過(guò)小，則壓力角將超過(guò)許用值，使得機(jī)構(gòu)效率太低，甚至自鎖。 在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)在保證最大壓力角不超過(guò)許用值的前提下減小凸輪機(jī)構(gòu)的尺寸，其基圓半徑一般推薦為,d為凸輪軸直徑,10.5 棘 輪 機(jī) 構(gòu),當(dāng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件能產(chǎn)生“動(dòng)作停止動(dòng)作”的運(yùn)動(dòng)，這類(lèi)機(jī)構(gòu)稱(chēng)為間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。,棘輪機(jī)構(gòu)是指能實(shí)

17、現(xiàn)短暫停留的一種間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。,通常，我們所講的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不包括凸輪機(jī)構(gòu)。 常用的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)和不完全齒輪機(jī)構(gòu)。,10.5.1 棘輪機(jī)構(gòu)的組成和工作原理,常見(jiàn)的外嚙合齒式棘輪機(jī)構(gòu)主要由棘輪、主動(dòng)棘爪、止回棘爪和機(jī)架組成。,10.5.2 棘輪機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié),棘輪機(jī)構(gòu)中的棘輪的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)角不能改變，且轉(zhuǎn)角不能太大或太小。在實(shí)際應(yīng)用中，可采用一些方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。 1利用調(diào)節(jié)搖桿控制棘輪轉(zhuǎn)角 2利用遮板調(diào)節(jié)棘輪的轉(zhuǎn)角 3利用多棘爪以適應(yīng)較小的轉(zhuǎn)角 4利用雙動(dòng)棘爪以加大棘輪轉(zhuǎn)角 以上棘輪機(jī)構(gòu)的棘輪轉(zhuǎn)角都是相鄰兩齒所夾中心角的倍數(shù)，即棘輪的轉(zhuǎn)角只能有級(jí)地改變。若要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，可采用摩

18、擦式棘輪機(jī)構(gòu)。 5摩擦式棘輪機(jī)構(gòu),10.5.3 棘輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用,齒式棘輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便和運(yùn)動(dòng)可靠等特點(diǎn)，在各類(lèi)機(jī)械中有較廣泛的應(yīng)用。齒式棘輪機(jī)構(gòu)不宜用于高速傳動(dòng)，也不宜直接用在具有很大質(zhì)量的軸上。,棘輪機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械的間歇送進(jìn)、制動(dòng)和超越離合。,牛頭刨床的示意圖,棘輪機(jī)構(gòu)在起重設(shè)備中，可用于防止機(jī)構(gòu)逆轉(zhuǎn)的制動(dòng)器。,棘輪機(jī)構(gòu)也常在各種機(jī)構(gòu)中起超越離合作用。,起重設(shè)備中的防逆轉(zhuǎn)棘輪機(jī)構(gòu),10.6 槽 輪 機(jī) 構(gòu),槽輪機(jī)構(gòu)是指能實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件較長(zhǎng)時(shí)間停留的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。,10.6.1 槽輪機(jī)構(gòu)的組成與工作原理,一、槽輪機(jī)構(gòu)的組成,單 圓 銷(xiāo) 外 嚙 合 槽 輪 機(jī) 構(gòu),槽輪機(jī)構(gòu)由帶圓銷(xiāo)

19、A的撥盤(pán)(曲柄)1、具有徑向槽的槽輪2及機(jī)架等組成。撥盤(pán)上有一段外凸的鎖止圓弧，槽輪上制有若干段內(nèi)凹的鎖止圓弧。,二、槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理 撥盤(pán)為主動(dòng)件，當(dāng)它以等角速度1作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，曲柄隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，其上的圓銷(xiāo)進(jìn)入槽輪的徑向槽內(nèi)時(shí)，槽輪即按2的方向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)圓銷(xiāo)從徑向槽內(nèi)脫出時(shí)，槽輪上的內(nèi)凹鎖止圓弧被撥盤(pán)上的外凸鎖止圓弧“卡住”，故槽輪停止不動(dòng)，直至圓銷(xiāo)進(jìn)入下一個(gè)徑向槽內(nèi)時(shí)，才又重復(fù)上述的運(yùn)動(dòng)循環(huán)，使槽輪實(shí)現(xiàn)間歇的單向轉(zhuǎn)動(dòng)。,10.6.2 槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用,槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，機(jī)械效率較高，在進(jìn)入和退出嚙合時(shí)運(yùn)動(dòng)較為平穩(wěn)。 槽輪機(jī)構(gòu)只能用于轉(zhuǎn)角較大的間歇傳動(dòng)。 為了避免槽輪在開(kāi)始和終止轉(zhuǎn)

20、動(dòng)時(shí)發(fā)生剛性沖擊，槽輪機(jī)構(gòu)槽數(shù)z不能過(guò)少。 槽輪機(jī)構(gòu)常在自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)械和輕工機(jī)械中用作轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，如六角車(chē)床的刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、放映機(jī)的卷片機(jī)構(gòu)。由于槽輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中有較大的角加速度，故不宜用在速度過(guò)高的場(chǎng)合，尤其從動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大時(shí)，將引起較大的慣性力矩。,圖所示的六角車(chē)床刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，可裝六種可以變換的刀具，按加工工藝要求，自動(dòng)改變需用的刀具。1-圓銷(xiāo)撥盤(pán)，2-槽輪,內(nèi)槽輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與外槽輪相反，槽輪的轉(zhuǎn)向2與主動(dòng)圓銷(xiāo)撥盤(pán)的轉(zhuǎn)向1相同，且轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間大于停歇時(shí)間。,10.6.3 槽輪機(jī)構(gòu)的主要參數(shù),槽輪機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)是槽輪的槽數(shù)z和曲柄的圓銷(xiāo)數(shù)目K。,在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2與撥盤(pán)

21、曲柄的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1的比值稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)，用表示。,對(duì)于單銷(xiāo)軸的槽輪機(jī)構(gòu)，t2和t1所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角為21和2。故,槽輪機(jī)構(gòu)中，槽輪的徑向槽數(shù)z3。,當(dāng)有K個(gè)圓銷(xiāo)時(shí)，故,由于槽輪機(jī)構(gòu)為間歇機(jī)構(gòu)，所以1，故,10.7 不完全齒輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介,不完全齒輪機(jī)構(gòu)是由齒輪機(jī)構(gòu)演化而來(lái)的，這種機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪1是只有一個(gè)或幾個(gè)齒的不完全齒輪，從動(dòng)輪2由正常齒和帶鎖止弧的厚齒彼此相間地組成。當(dāng)主動(dòng)輪有齒部分作用時(shí)，從動(dòng)輪2就轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)主動(dòng)輪1的無(wú)齒圓弧部分作用時(shí)，從動(dòng)輪停止不動(dòng)，因而，當(dāng)主動(dòng)輪連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)齒輪獲得時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)。為了防止從動(dòng)輪在停歇期間游動(dòng)，兩輪輪緣上均裝有鎖止弧。,不完全齒輪機(jī)構(gòu),圖所示的為不完

22、全齒輪傳動(dòng)的往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)。1為不完全齒輪，2為齒條。,作業(yè) 10-2、10-3、10-6 10-5(將滾子改為尖頂）,第 十一 章 機(jī)械工程常用材料,授課學(xué)時(shí)：1學(xué)時(shí),1.碳鋼 碳鋼的主要成分為鐵和碳兩種元素，此外還含有少量的錳、硅、硫、磷、氫、氧等元素。 按碳鋼的碳含量分為低碳鋼（0.25%）、中碳鋼（0.25%0.6%）和高碳鋼（0.6% 2.5%）；按鋼的質(zhì)量好壞分為普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼；按用途分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。 （1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼簡(jiǎn)稱(chēng)碳鋼，磷、硫含量較高，多用于工程結(jié)構(gòu)件，如軋制鋼板、鋼筋、鋼管、建筑物構(gòu)件、普通螺釘、螺母等，其中Q215、Q235、Q25

23、5等比較常用。 （2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的磷、硫含量較低，主要用來(lái)制造各種機(jī)械零件，如沖壓件、焊接件、軸、齒輪等。 （3）碳素工具鋼用來(lái)制造各種刃具、量具、模具。 （4）鑄鋼用來(lái)鑄造一切形狀復(fù)雜而需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件。,11.1常用金屬材料,合金鋼是指特意加入合金元素的碳鋼。合金鋼種類(lèi)繁多，分類(lèi)方法也很多。按含合金元素?cái)?shù)量多少分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼；按所含合金元素質(zhì)量高低分為鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼和硅錳鋼等；按用途分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。 （1）合金結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強(qiáng)度鋼，主要用于制造橋梁、船舶、車(chē)輛等大型鋼結(jié)構(gòu)件； 合金滲碳鋼，主要用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)中的變速齒輪

24、，內(nèi)燃機(jī)上的凸輪軸活塞銷(xiāo)等機(jī)械零件； 合金調(diào)質(zhì)鋼，廣泛用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)。機(jī)床的各種重要零件，如齒輪、連桿； 彈簧鋼，主要用于制造各種彈簧和彈性組件； 滾動(dòng)軸承鋼，主要用于制造軸承中的滾動(dòng)體（如滾柱、滾針等）、內(nèi)外滾套。,2.合金鋼,合金刃具鋼，可分為低合金工具鋼和高速鋼，具有高硬度、高耐磨性和高熱硬性，主要用于車(chē)刀、銑刀和鉆頭等金屬切削刀具； 合金模具鋼，主要用于制作各種冷沖模、冷擠壓模、熱鍛模、熱壓模等； 合金量具鋼，主要用于制作各種量測(cè)工具，如卡尺、千分尺、量規(guī)等。,（2）合金工具鋼,不銹鋼：具有很高的耐腐蝕性，主要用來(lái)制作在各種腐蝕介質(zhì)中工作并具有較高抗腐蝕能力的零件，如化工裝置中的

25、各種管道、泵，醫(yī)療器械和日常生活用品等； 耐熱鋼是指在高溫下具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和強(qiáng)度的鋼，主要用于汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、鍋爐等設(shè)備中。,（3）特殊性能鋼,鑄鐵是含碳量大于2.5%的鐵碳含金，并且含有較多的硅、錳、磷、硫等元素。 （1）灰鑄鐵 拉伸強(qiáng)度和塑性較低，但價(jià)格便宜，主要用來(lái)制造閥殼、軸承座，機(jī)床底座、床身、滑臺(tái)等。 （2）可鍛鑄鐵 具有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，可部分代用碳鋼。常用于制造形狀復(fù)雜、承受沖擊和振動(dòng)載荷的零件，如汽車(chē)的后橋外殼、管接頭等。 （3）球墨鑄鐵 抗拉強(qiáng)度明顯超過(guò)灰鑄鐵，與鋼相當(dāng)，主要用來(lái)制作柴油機(jī)、汽油機(jī)的曲軸，磨床、銑床和車(chē)床的主軸，閥體、閥蓋、汽車(chē)、拖拉機(jī)底盤(pán)零

26、件。 （4）蠕墨鑄鐵 其強(qiáng)度接近于球墨鑄鐵，并具有一定的韌性、較高的耐磨性和良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性能，主要用于制造氣缸蓋、氣缸體等。 （5）合金鑄鐵 在鑄鐵中加入某些合金元素，可得到具有較好的耐磨性、耐腐蝕性和耐熱性的合金鑄鐵。,2.鑄鐵,工程上通常將鋼鐵材料以外的金屬及其合金，稱(chēng)為有色金屬及其合金（或非鐵金屬及其合金）。有色金屬及其合金具有鋼鐵材料所沒(méi)有的許多特殊的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，是現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的金屬材料。 （1）鋁及其合金 密度小、比強(qiáng)度高；導(dǎo)電性好、抗大氣腐蝕能力好；磁化率極低；具有良好的冷成形、切削加工和鑄造成形性能。 純鋁中含有鐵、硅、銅、鋅等雜質(zhì)，使其性能略微下降。按純鋁

27、中鋁的含量不同，純鋁可分為： 高純鋁（鋁含量為99.9399.99%），主要用于科學(xué)研究和制作電容器。 工業(yè)高純鋁（鋁含量為98.8599.9%），用于制作鋁箔、包鋁及冶煉鋁合金的原料。 工業(yè)純鋁（鋁含量為 98.099.0%） ，用于制作電線(xiàn)、電纜、日用器皿及配制合金。,4.有色金屬及其合金,純銅導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性極佳，是抗磁性物質(zhì)；銅合金的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性也很好；具有很高的對(duì)大氣和水的抗蝕能力；具有良好的加工性能，容易鑄造成形；具有優(yōu)良的減摩性、耐磨性，以及高的彈性極限和疲勞極限；但儲(chǔ)量小、價(jià)格較貴。 純銅呈紫紅色，俗稱(chēng)紫銅，主要用于制作電導(dǎo)體及配制合金；由于強(qiáng)度低，不宜作結(jié)構(gòu)件。,鋁合金是在純

28、鋁中加入合金元素后而獲得的具有較高強(qiáng)度、硬度的金屬材料。 鋁合金一般分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。 變形鋁合金塑性較好，適合于變形加工。主要用于鉚釘、管道、受力構(gòu)件及高載荷零件，形狀復(fù)雜的鍛件。 鑄造鋁合金流動(dòng)性好，適合于鑄造生產(chǎn)。主要用于形狀復(fù)雜的零件，如汽車(chē)、飛機(jī)、儀器零件和抽水機(jī)殼體等。,（2）銅及其合金,黃銅是指以鋅為主要合金元素的銅合金。 按化學(xué)成分，黃銅可分為普通黃銅和復(fù)雜黃銅。復(fù)雜黃銅又分為壓力加工黃銅（以黃銅加工產(chǎn)品的形式供應(yīng)）和鑄造黃銅。其中，普通黃銅主要用于機(jī)械及電器零件、沖壓件、散熱器外殼等。壓力加工黃銅主要用于機(jī)器結(jié)構(gòu)零件、耐腐蝕和耐磨零件。鑄造黃銅主要用于散熱器和耐腐蝕

29、、耐磨零件，如軸承、襯套等。 青銅原指銅錫合金，但目前習(xí)慣上將含鋁、硅、鉛、鈹、錳等的銅基合金統(tǒng)稱(chēng)為青銅。 青銅可分為壓力加工青銅（以青銅加工產(chǎn)品的形式供應(yīng)）和鑄造青銅。其中，壓力加工青銅主要用于軸承、軸套等耐磨零件及一些彈性組件。鑄造青銅主要用于閥門(mén)、泵體、齒輪及軸承等耐磨零件。,銅合金是指在純銅中加入合金元素后而獲得的較高強(qiáng)度的金屬。銅合金一般分為黃銅和青銅。,為了工程上使用方便，金屬材料常常被做成各種型材、板材和帶材等。如鋁鎂合金可以被擠壓成角形型材、丁字型材、槽形型材、工字型材。,5.金屬型材,碳鋼和鑄鐵的主要成分為鐵和碳兩種元素，此外還含少量的錳、硅、硫、磷、氫、氧等元素，因此也將它

30、們稱(chēng)為鐵碳合金。鐵碳合金的成分不同（碳和鐵的含量不同），則內(nèi)部組織和性能不同，在實(shí)際中應(yīng)用也不同。,11.2鋼的熱處理,1.鐵碳合金的內(nèi)部組織,鐵碳合金有以下一種或幾種內(nèi)部組織構(gòu)成： 鐵素體：有很低的強(qiáng)度、硬度和良好的塑性、韌性； 奧氏體：有良好的塑性和較低的變形抗力； 滲碳體：有很高的硬度和很低的塑性、沖擊韌性； 珠光體：為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，有較好的強(qiáng)度、適中的硬度和一定的塑性； 萊氏體：為奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，有很高的硬度和很差的塑性。 鋼的熱處理是把鋼在固態(tài)下加熱到一定的溫度后保溫一段時(shí)間，再以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度進(jìn)行冷卻，從而改變鋼的內(nèi)部組織，以獲得預(yù)期的性能的工藝方法。,鐵

31、碳合金的內(nèi)部組織構(gòu)成,熱處理分為?，F(xiàn)熱處理和特殊熱處理。 常規(guī)熱處理包括： （1）退火 將鋼件加熱到某一合適溫度范圍，保溫一段時(shí)間后，在爐中或埋入導(dǎo)熱性差的介質(zhì)中，使其緩慢冷卻的熱處理方法。退火可以使工件內(nèi)部組織均勻細(xì)化，提高性能；可以降低硬度，改善加工性能；可以消除內(nèi)應(yīng)力。 （2）正火 將鋼件加熱到某一合適溫度范圍，保溫一段時(shí)間后，從爐中取出工件在空氣中冷卻的熱處理方法。正火與退火的主要差別在于正火的冷卻速度快，可以使工件獲得稍高的強(qiáng)度和硬度。 （3）淬火 將鋼件加熱到某一合適溫度范圍，保溫一段時(shí)間后，在水中或油中急劇冷卻的熱處理方法。淬火可以提高工件的硬度和耐磨性。,2.常規(guī)熱處理,（4）

32、回火 將淬火后的鋼件加熱到某一合適溫度，保溫一段時(shí)間后，然后冷卻到室溫的熱處理方法。回火的目的是為了消除淬火工件的內(nèi)部應(yīng)力，防止工件的變形和開(kāi)裂，減少脆性。 （5）調(diào)質(zhì)處理 是指淬火加高溫回火的熱處理工藝。調(diào)質(zhì)處理能兼顧強(qiáng)度、硬度和韌性要求，廣泛用于要求具有較好綜合力學(xué)性能的重要零件，如齒輪、連桿、螺栓和軸等。,特殊熱處理可分為表面熱處理和化學(xué)熱處理。如表面淬火、滲碳、滲氮、碳氮共滲。 表面熱處理是指僅對(duì)鋼的表面進(jìn)行加熱、冷卻，改變其表層組織和性能而不改變其內(nèi)部的組織和性能的熱處理工藝。,3.特殊熱處理,最常用的表面熱處理工藝為表面淬火。鋼的表面淬火是通過(guò)感應(yīng)加熱、火焰加熱等快速加熱方法將工件

33、表面迅速地加熱到某一個(gè)溫度，在心部組織尚未發(fā)生相變時(shí)，立即予以淬火冷卻，使工件表層發(fā)生相變，獲得硬且耐磨的組織的一種工藝。表面淬火可以使工件表面具有較高的硬度和耐磨性，而工件的心部仍然保持著原來(lái)的韌性和塑性；另外還可以顯著提高工件的疲勞強(qiáng)度。,化學(xué)熱處理是指將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面，達(dá)到改變表層的成分、組織和性能，滿(mǎn)足技術(shù)要求的熱處理工藝。 按照表層滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲等種類(lèi)。 滲碳是將鋼件放在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲入到鋼件表層的化學(xué)熱處理。 滲氮是指向鋼件表層滲入氮的工藝。 碳氮共滲是同時(shí)向鋼件表面滲入碳和氮的

34、工藝。,高分子材料是由大量低分子化合物聚合而成。它包括工程塑料、橡膠、纖維和粘結(jié)劑。按熱性能不同，工程塑料可分為： （l）熱塑性塑料 這種塑料的特點(diǎn)是加熱時(shí)軟化，可塑造成型，冷卻后變硬。此過(guò)程可重復(fù)進(jìn)行。 （2）熱固性塑料 這種塑料的特點(diǎn)是初加熱時(shí)軟化，可塑造成型，但固化之后再加熱將不再軟化，也不溶于溶劑。,11.3機(jī)械工程中常用的非金屬材料,1.高分子材料,陶瓷是指用各種粉狀原料做成一定形狀后，在高溫窯爐中燒制而成的一種非金屬固體材料。在傳統(tǒng)上，陶瓷是指陶器和瓷器；現(xiàn)在，陶瓷實(shí)際上是對(duì)包括玻璃、搪瓷、耐火材料、磚瓦、水泥、石灰、石膏等無(wú)機(jī)非金屬材料的統(tǒng)稱(chēng)。 陶瓷的性能特點(diǎn)：剛性和硬度在各種材

35、料中最高；抗拉強(qiáng)度很低、抗彎強(qiáng)度較好、抗壓強(qiáng)度非常高；在室溫下幾乎沒(méi)有塑性；韌性極低、脆性極高，抗沖擊韌性極差（陶瓷的最大缺點(diǎn)）；熱膨脹系數(shù)低；導(dǎo)熱性差，是較好的絕緣材料；熱穩(wěn)定性很低，在不同溫度范圍波動(dòng)時(shí)容易破裂（陶瓷的又一缺點(diǎn)）；化學(xué)穩(wěn)定性好，具有很高的耐火性或不可燃性，是很好的耐火材料；另外，陶瓷對(duì)于酸、堿、鹽等腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)均有較強(qiáng)的抗蝕能力。,2.陶瓷,復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上的物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)經(jīng)人工制作而成的一種多相固體材料。 復(fù)合材料的性能特點(diǎn)是：比強(qiáng)度和比剛度高；抗疲勞性能好；抗斷裂能力強(qiáng)；減震能力強(qiáng)；高溫性能好。 復(fù)合材料為多相固體材料，全部相可分為兩類(lèi)：一類(lèi)相

36、為基體，起粘結(jié)劑作用；另一類(lèi)為增強(qiáng)相，起提高強(qiáng)度（或韌性）作用。按基體和增強(qiáng)相不同，復(fù)合材料的分類(lèi)。,3.復(fù)合材料,為了工程上使用方便，像金屬材料一樣，非金屬材料也常常被做成各種管材、棒材和板材等，如硬聚氯乙烯（PVC-U）管材、聚四氟乙烯棒材、織物強(qiáng)力液壓橡膠軟管、鋼化玻璃、鈦-鋼復(fù)合板等。,4.非金屬型材,11.4機(jī)械零件材料及毛坯選擇,機(jī)械設(shè)計(jì)不僅包括機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還包括零件的材料選擇。零件的材料選擇對(duì)零件的工作性能、制造質(zhì)量和加工成本都有重要影響。 選擇零件材料時(shí)必須保證零件在使用過(guò)程中具有良好的工作性能，在加工過(guò)程中具有良好的工藝性能，并盡量降低零件的成本。,零件材料選擇的一般原則是在滿(mǎn)足零件使用性能的前題下，考慮材料的加工工藝性能和經(jīng)濟(jì)性。,11.4.1零件材料的選擇,使用性能是指零件在工作狀態(tài)下為了完成所規(guī)定的功能，要求材料應(yīng)具有的力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能。它是在大多