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1、第四章 凸轮机构及间歇运动机构4.1 凸轮机构的类型凸轮机构的类型4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律4.3 按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓4.4 设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构应注意的问题4.5 间歇运动机构间歇运动机构4.6 凸轮机构及间歇运动机构的应用凸轮机构及间歇运动机构的应用凸轮机构的类型凸轮机构的类型一、按凸轮的形状分类一、按凸轮的形状分类凸轮机构的类型凸轮机构的类型尖顶从动件尖顶从动件二、按从动件的型式分类二、按从动件的型式分类平底从动件平底从动件滚子从动件滚子从动件凸轮机构的类型凸轮机构的类型s2CDh行程行程推程运动角推程运动角
2、远休止角远休止角回程运动角回程运动角近休止角近休止角Bos2DrbeABC凸轮的基圆凸轮的基圆该位置为初始位置该位置为初始位置从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律常用的从动件运动规律：常用的从动件运动规律：一、等速运动规律一、等速运动规律当当凸凸轮轮以以等等角角速速度度 回回转转时时，若若从从动动件件上上升升或或下下降降的的速速度度为为一一常常数数，这这种种运运动动规规律律称称为等速运动规律。为等速运动规律。hOS2v0Ov2Oa2从从动动件件在在运运动动起起始始位位置置和和终终止止两两瞬瞬时时的的加加速速度度在在理理论论上上由由零零值值突突变变为为
3、无无穷穷大大，惯惯性性力也为无穷大。力也为无穷大。由由此此的的冲冲击击称称为为刚刚性性冲冲击击。适用于低速场合。适用于低速场合。从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律二、等加速等减速运动规律二、等加速等减速运动规律从动件在前半行程作从动件在前半行程作等加速运动，后半行等加速运动，后半行程作等减速运动。程作等减速运动。149410h1423560s20vvmax0a0ae在在o，m，e，各点处的，各点处的加速度为突然变化的有加速度为突然变化的有限值的变化，因而产生限值的变化，因而产生有限惯性力的改变，结有限惯性力的改变，结果将引起所谓果将引起所谓柔性冲击柔性冲击。适用于中、低速场合。适用于中、
4、低速场合。从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律三、简谐运动规律三、简谐运动规律质点在圆周上作匀速运动质点在圆周上作匀速运动时，它在这个圆的直径上时，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动称为的投影所构成的运动称为简谐运动。简谐运动。123456ha21 2 3456amax-amaxvmaxv21 23456s2柔性冲击柔性冲击从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律0 s21 23456四、正弦加速度运动定律四、正弦加速度运动定律无刚性冲击无刚性冲击无柔性冲击无柔性冲击从动件的加速度采用按正弦从动件的加速度采用按正弦曲线变化的运动规律。曲线变化的运动规律。从动件的常用运动规律从动件的常用运
5、动规律选择从动推杆的运动规律时，除考虑冲击外，还选择从动推杆的运动规律时，除考虑冲击外，还应注意各种运动规律的最大速度应注意各种运动规律的最大速度vmax的影响。的影响。最大速度最大速度从动件的最大动量从动件的最大动量（动量较大时，在从动件起动、停止时会产生（动量较大时，在从动件起动、停止时会产生较大的冲击）较大的冲击）最大加速度最大加速度从动件的最大惯性力从动件的最大惯性力动压力动压力（机构零件的强度与运动副的磨损）（机构零件的强度与运动副的磨损）选择从动杆的运动规律时必须综合考虑。选择从动杆的运动规律时必须综合考虑。从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓按给
6、定运动规律设计盘形凸轮轮廓解析法、作图法解析法、作图法一、移动从动件盘形凸轮轮廓的绘制一、移动从动件盘形凸轮轮廓的绘制1.对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构反转法原理：反转法原理：假假想想给给整整个个机机构构加加一一公公共共角角速速度度-,则则凸凸轮轮相相对对静静止止不不动动，而而推推杆杆一一方方面面随随导导轨轨以以-绕绕凸凸轮轮轴轴心心转转动动，另另一一方方面面又又沿沿导导轨轨作作预预期期的的往往复复移移动动。推推杆杆尖尖顶顶在在这这种种复复合合运运动动中中的的运运动动轨迹即为凸轮轮廓曲线。轨迹即为凸轮轮廓曲线。设计步骤设计步骤按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓按给定运
7、动规律设计盘形凸轮轮廓采用滚子从动件时：采用滚子从动件时：注意：注意：凸轮基圆半径指理论廓线凸轮基圆半径指理论廓线的最小半径的最小半径设计说明：设计说明：1)将将滚滚子子中中心心看看作作尖尖顶顶，然然后后按按尖尖顶顶推推杆杆凸凸轮轮廓廓线线的的设设计计方方法法确确定定滚滚子子中中心心的的轨轨迹迹，称称其其为为凸凸轮轮的理论廓线；的理论廓线；2)以理论廓线上各点为圆心，以滚以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径子半径rk为半径，作一系列圆；为半径，作一系列圆；3)再作此圆族的包络线，即为凸再作此圆族的包络线，即为凸轮工作廓线（实际廓线）。轮工作廓线（实际廓线）。按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓按给定运
8、动规律设计盘形凸轮轮廓2.尖顶偏置移动从动件盘形凸轮机构尖顶偏置移动从动件盘形凸轮机构设计步骤与对心直动相同设计步骤与对心直动相同偏距圆偏距圆：以凸轮轴心：以凸轮轴心O为圆心，为圆心，以偏距以偏距e为半径作的圆。为半径作的圆。应注意的不同点：应注意的不同点：先先作作出出基基圆圆和和偏偏距距圆圆，根根据据推推杆偏置方向确定其起始位置。杆偏置方向确定其起始位置。偏偏距距圆圆与与位位移移线线图图对对应应等等分分。推推杆杆在在反反转转运运动动中中依依次次占占据据的的位置都是偏距圆的切线。位置都是偏距圆的切线。按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓（1）按已设计好的运动规律作出按已
9、设计好的运动规律作出 位移线图；位移线图；-（2）按基本按基本 尺寸作出凸轮机构的尺寸作出凸轮机构的 初始位置；初始位置；（3）按按-方向划分偏距圆得方向划分偏距圆得 c0、c1、c2等点；并过这等点；并过这 些点作些点作 偏距圆的切线，即为反转导路线；偏距圆的切线，即为反转导路线；c1c2c3c4c5c6c7c0erbO180B1B3B4B2B5B8（4）在各反转导路线上量取与位移在各反转导路线上量取与位移 图相应的位移，得图相应的位移，得B1、B2、等点，即为凸轮轮廓上的点。等点，即为凸轮轮廓上的点。B6c10c8c9B7120B9B1060B0oS21801206012 3 4 5 67
10、 8 910h采用滚子从动件时：采用滚子从动件时：按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓滚子中心将描绘一条与凸轮廓线法向等距的曲线理论廓线。rb指的是理论廓线的基圆。按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓 作内包络线，得到凸轮的实际廓线；若同时作外包络线，可形成槽凸轮廓线。按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓二、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制二、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制设计要求：设计要求：运动规律与直动推杆的运动规律相同，所不同的是将从动运动规律与直动推杆的运动规律相同，所不同的是将从动件的位移改为角位移。件的位移改为角位移
11、。按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓18012060o12 3 4 5 67 8 910（1）作出角位移线图；作出角位移线图；（2）作初始位置；作初始位置；（4）找从动件反转后的一系找从动件反转后的一系列位置，列位置，得得 C1、C2、等点，即为凸轮轮廓上的点。等点，即为凸轮轮廓上的点。A1A2A3A5A6A7A8A9A10A40000000000（3）按按-方方向向划划分分圆圆R得得A0、A1、A2等等点点；即即得得机架反转的一系列位置；机架反转的一系列位置；0rbB0L18060120B1B2B3B4B5B6B7B8B9B101C12C23C3C4C5C6C7C8
12、C9C10ROA0a-用图解法设计凸轮轮廓曲线小结：用图解法设计凸轮轮廓曲线小结：1）确定）确定基圆基圆和推杆的和推杆的起始位置起始位置；2）作出）作出推杆推杆在反转运动中依次占据的在反转运动中依次占据的各位置线各位置线；3）根根据据推推杆杆运运动动规规律律，确确定定推推杆杆在在反反转转所所占占据据的的各位置线中的各位置线中的尖顶位置尖顶位置，即复合运动后的位置；，即复合运动后的位置；4）在在所所占占据据的的各各尖尖顶顶位位置置作作出出推推杆杆高高副副元元素素所所形形成的曲线族；成的曲线族；5）作作推推杆杆高高副副元元素素所所形形成成的的曲曲线线族族的的包包络络线线，即即是所求的凸轮轮廓曲线。
13、是所求的凸轮轮廓曲线。按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构应注意的问题一、滚子半径的选择一、滚子半径的选择理论轮廓曲线理论轮廓曲线 为内凹曲线时，实际轮廓曲线为内凹曲线时，实际轮廓曲线 的曲率半径的曲率半径rp为理论轮廓曲线的曲率半径为理论轮廓曲线的曲率半径 与滚与滚子半径子半径rk之和，即之和，即的大小不受的大小不受 的限制的限制理论轮廓曲线为外凸时，理论轮廓曲线为外凸时，rp=min-rk0 minrk minrk0min=rk min=rk为避免运动失真，为避免运动失真，rp=min-rk 3mm建议：建议：rk min设计凸轮
14、机构应注意的问题设计凸轮机构应注意的问题 minrk0minrk二、压力角的校核二、压力角的校核自锁自锁移动从动件推程移动从动件推程，摆动从动件推程摆动从动件推程，移动、摆动从动件回程，移动、摆动从动件回程，设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构：设计凸轮机构：选定基圆半径选定基圆半径rmin,绘制凸轮轮廓曲线绘制凸轮轮廓曲线对轮廓推程各处的压力角进行校核对轮廓推程各处的压力角进行校核检验方法：检验方法：在理论轮廓线比较陡的地方取若干点，作压力在理论轮廓线比较陡的地方取若干点，作压力角校核。角校核。修改设计：修改设计：加大凸
15、轮基圆半径加大凸轮基圆半径rmin,使最大压力角使最大压力角maxmax减小。减小。三、基圆半径对凸轮机构的影响三、基圆半径对凸轮机构的影响设设计计凸凸轮轮机机构构时时，凸凸轮轮的的基基圆圆半半径径rmin越越小小，设设计计的的凸凸轮轮机机构构就就越越紧紧凑凑，但但是是基基圆圆半半径径过过小小会会引起压力角增大引起压力角增大，致使凸轮机构工作情况变坏。，致使凸轮机构工作情况变坏。设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构应注意的问题只能在保证只能在保证maxmax不超过许用值的前提下考虑不超过许用值的前提下考虑缩小凸轮的尺寸。缩小凸轮的尺寸。O摆杆摆杆棘爪棘爪棘轮棘轮制动棘爪制动棘爪一、棘轮机构一、
16、棘轮机构1.工作原理工作原理间歇运动机构间歇运动机构双动式棘轮机构双动式棘轮机构原动杆原动杆棘爪棘爪棘轮棘轮间歇运动机构间歇运动机构BO1BO2可换向的棘轮机构可换向的棘轮机构间歇运动机构间歇运动机构ttFfNRk无棘齿棘轮机构无棘齿棘轮机构间歇运动机构间歇运动机构BO1BO2棘条机构棘条机构间歇运动机构间歇运动机构二、棘轮机构的运动设计二、棘轮机构的运动设计间歇运动机构间歇运动机构间歇运动机构间歇运动机构z,m二、槽轮机构二、槽轮机构1.工作原理工作原理槽轮槽轮圆柱销圆柱销拨盘拨盘机架机架间歇运动机构间歇运动机构间歇运动机构间歇运动机构2.主要参数主要参数槽数槽数z运动关系运动关系(运动特性
17、系数运动特性系数)：间歇运动机构间歇运动机构拨盘拨盘1等速转动时等速转动时间歇运动机构间歇运动机构12012022PO2S2FPO1E当拨盘上只有一个圆柱销，当拨盘上只有一个圆柱销，运动时间总小于静止时间运动时间总小于静止时间n个圆柱销：个圆柱销：要实现槽轮的间歇运动，要实现槽轮的间歇运动，必须必须即即内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构间歇运动机构间歇运动机构当当给给出出槽槽轮轮的的径径向向槽槽数数z，并并由由结结构构确确定定中中心心距距a和和圆圆柱柱销销半半径径r1之之后后，外外啮啮合合的的单单圆圆柱柱销销槽槽轮轮机机构构的的主主要要尺尺寸寸，可可用下列公式计算：用下列公式计算：间歇运动机构间歇运
18、动机构三、不完全齿轮机构三、不完全齿轮机构主主动动轮轮1为为只只有有一一个个或或几几个个齿齿的的不不完完全全齿齿轮轮，从从动动轮轮2可可以以是是普普通通的的完完全全齿齿轮轮，也也可可以以是是由由正正常常齿齿和和带带锁锁住住弧弧的厚齿彼此相间组成。的厚齿彼此相间组成。间歇运动机构间歇运动机构间歇运动机构间歇运动机构间歇运动机构间歇运动机构O2O112LKP瞬心线附加杆瞬心线附加杆L,K为减小刚性冲击：为减小刚性冲击：4.凸轮间歇运动机构凸轮间歇运动机构圆柱凸轮式间隙运动机构圆柱凸轮式间隙运动机构蜗杆形凸轮间隙运动机构蜗杆形凸轮间隙运动机构间歇运动机构间歇运动机构凸轮机构及间歇运动机构的应用凸轮机构及间歇运动机构的应用凸轮机构及间歇运动机构的应用凸轮机构及间歇运动机构的应用凸轮机构及间歇运动机构的应用凸轮机构及间歇运动机构的应用凸轮机构及间歇运动机构的应用凸轮机构及间歇运动机构的应用凸轮机构及间歇运动机构的应用凸轮机构及间歇运动机构的应用