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1、第三章第三章 凸轮机构与间歇运动机构凸轮机构与间歇运动机构【能力目标】【能力目标】【案例导入】【案例导入】【知识要点】【知识要点】3.1 凸轮机构的类型和识别凸轮机构的类型和识别3.2 凸轮机构的运行特性分析凸轮机构的运行特性分析3.3 用图解法设计盘行凸轮轮廓用图解法设计盘行凸轮轮廓3.4 间歇运行机构间歇运行机构棘轮机构棘轮机构3.5 间歇运行机构间歇运行机构槽轮机构槽轮机构【能力训练】【能力训练】本章小结1【能力目标】【能力目标】1.熟悉凸轮机构的分类、从动件运动规律及其特性。2.熟练掌握平面凸轮轮廓曲线的图解法设计。3.了解滚子半径、压力角和基圆半径之间的关系。4.熟悉间歇运动机构的特
2、点和应用。5.掌握棘轮机构和槽轮机构的工作原理和特点。返回目录2【案例导入】【案例导入】n当向径变化的凸轮轮廓与气门的平底接触时，气门产生向下开启或向上关闭的往复运动(向上运动是借助弹簧的弹力作用)；当以凸轮回转中心为圆心的圆弧段轮廓与气门接触时，气门将静止不动。因此，当具有某种轮廓曲线的凸轮2连续转动时，气门1可获得间歇的、按预期规律的开闭运动,从而使内燃机正常工作。返回目录图图3-1 3-1 内燃机配气机构内燃机配气机构33.1凸轮机构的类型识别凸轮机构的类型识别凸轮机构的组成、特点和应用凸轮机构的组成、特点和应用 凸轮机构广泛应用于自动机械和自动控制装置中，它是一种常见的高副机构，由凸轮
3、、从动件、机架以及辅助装置组成。图3-2所示为一自动机床的进刀机构。当圆柱凸轮1回转时，其凹槽的侧面迫使从动件2做往复摆动，通过从动件2上的扇形齿轮与固定在刀架上的齿条啮合，控制刀架作进刀和退刀运动。返回目录4n圆柱凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，被凸轮直接推动的构件称为从动件（或称为推杆）。凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或者往复直线移动等其他运动。从动件通过凸轮的曲线轮廓与其以高副接触从而获得预期的运动，所以凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。返回目录图图3-2 3-2 自动机床进刀机构自动机床进刀机构图图3-2 自动机床进刀机构自动机床进刀机构5n凸轮机构在
4、自动送料机构、仿形机床进刀机构、内燃机配气机构、汽车的凸轮式制动器以及印刷机、纺织机、插秧机、闹钟和各种电气开关等传力不大的控制装置中得到广泛应用。如下图纺织机械里的绕线机构。返回目录6凸轮机构的类型凸轮机构的类型返回目录1、按凸轮形状分类：盘形、圆柱、移动凸轮、按凸轮形状分类：盘形、圆柱、移动凸轮7返回目录2、从动件的形状：尖顶、从动件的形状：尖顶滚子、平底滚子、平底3、从动件运动：移动、从动件运动：移动、摆动摆动83.2凸轮机构的运动特性分析凸轮机构的基本名词术语凸轮机构的基本名词术语基圆、基圆半径基圆、基圆半径以凸轮轮廓最小向径rmin为半径所作的圆称为凸轮的基圆，rmin称为基圆半径。
5、如图所示。从从动动件件推推程程、升升程程、推推程程运运动动角角从动件在凸轮轮廓的作用下由距凸轮轴心最近位置被推到距凸轮轴心最远位置的过程称为从动件的推程，在推程中从动件所走过的距离称为从动件的升程h，推程对应的凸轮转角称为推程运动角，如图所示。返回目录9返回目录hhABOOr0abcDBabcdS基圆基圆回程运动角回程运动角近休止角近休止角推程运动角推程运动角远休止角远休止角C10从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律返回目录1、等速运动规律、等速运动规律s()=CS()=Ca()=0特点特点：1）刚性冲击）刚性冲击从从动件在某瞬时速度动件在某瞬时速度突变，其加速度及惯性力在理论上突变，其加
6、速度及惯性力在理论上均趋于无穷大。均趋于无穷大。2）只适用于低速轻载的凸轮机构。）只适用于低速轻载的凸轮机构。11返回目录2、等加速等减速运动规律、等加速等减速运动规律s()=CS 2()=C a()=Ca（常数）（常数）特点特点：1）柔性冲击）柔性冲击从从动件在动件在某瞬时加速度发生有限值某瞬时加速度发生有限值的突变所引起的冲击。的突变所引起的冲击。2）适用于中、低速的凸）适用于中、低速的凸轮机构。轮机构。12返回目录3、间谐运动规律、间谐运动规律s()=h(1-cos/0)/2()=C sin/0a()=Cacos/0特点特点：1）仅在运动始末两处有柔）仅在运动始末两处有柔性冲击。性冲击。
7、2）适用于高速凸轮机构。）适用于高速凸轮机构。133.3用图解法设计盘形用图解法设计盘形凸轮轮廓凸轮轮廓返回目录14返回目录直动从动件盘形凸轮轮廓的设计直动从动件盘形凸轮轮廓的设计a)a)在凸轮轮廓作用下从动件向上移动在凸轮轮廓作用下从动件向上移动 b)b)机架和从动件绕凸轮中心相对转动机架和从动件绕凸轮中心相对转动图图 3-8 3-8 反转法原理反转法原理15返回目录尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制过程尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制过程16选取比例尺，以rmin为半径作凸轮的基圆，并把基圆与从动件导路的交点A0作为从动件尖顶的起始位置。将位移图线的推程运动角t和回程运动角h分为若干
8、等份，求得从动件各分点的位移值11、22、，如图b所示。沿-方向由从动件尖顶起始位置A0处开始取角t、h、s，再将t、h各分为与图b相对应的若干等份，得A1、A2、A3、点，连接OA1、OA2、OA3、，这些径向线即为反转后从动件导路所占据的各个位置。分别以A1、A2、A3为起点从位移图线上量取各个位移量使A1A1=11、A2A2=22、A3A3=33、得反转后尖顶所占据的一系列位置A1、A2、A3、。将A0、A1、A2、A3、连成光滑曲线，便是所要求的凸轮轮廓曲线。返回目录17滚子直动从动件盘形凸轮滚子直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制过程轮廓的绘制过程滚子式可改善尖顶型从动件与凸轮接触处的摩擦、
9、磨损情况，其凸轮轮廓设计方法如右图所示。把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按上述方法求出一条理论轮廓0，再以0上各点为圆心，以滚子半径为半径，作一系列圆，并作这一系列圆的内包络线，就得到滚子从动件凸轮的实际廓线。返回目录18返回目录平底平底从动件盘形凸轮从动件盘形凸轮轮廓的绘制过程轮廓的绘制过程把平底与导路的交点A0看作尖顶从动件的尖顶，按照尖顶从动件凸轮轮廓的绘制方法，求出理论轮廓上一系列点A1、A2、A3、；过这些点画平底的各个位置A0B0、A1B1、A2B2、A3B3、；作这些平底的包络线，便得到平底从动件凸轮的轮廓曲线。19返回目录盘形凸轮机构设计基本参数盘形凸轮机构设计基本参数1 1、
10、压力角：、压力角：从动件与凸轮在从动件与凸轮在接触点处的受力方向与其在接触点处的受力方向与其在该点绝对速度方向之间所夹该点绝对速度方向之间所夹的锐角的锐角20 许用压力角：许用压力角：为改善凸轮机构的受力情况、提高为改善凸轮机构的受力情况、提高机械效率，规定了允许采用的最大压力角。机械效率，规定了允许采用的最大压力角。推程推程（工作行程）推荐的许用压力角为：（工作行程）推荐的许用压力角为：直动从动件直动从动件摆动从动件摆动从动件回程回程（空回行程）（空回行程）返回目录212 2、基圆半径的确定基圆半径的确定为保证凸轮机构在整个运动周期中均为保证凸轮机构在整个运动周期中均能满足，应选取计算结果能
11、满足，应选取计算结果中的最大值作为凸轮的基圆半径。中的最大值作为凸轮的基圆半径。返回目录223 3、滚子半径的选择、滚子半径的选择n外凸凸轮廓线返回目录23滚子半径大小对凸轮实际轮廓的影响 返回目录24实际廓线出现交叉，从动件不能准确地实现预期的运动规律运动失真返回目录25n运动失真原因：避免方法：n滚子半径的选择考虑结构、强度与运动规律等因素返回目录26返回目录3.4间歇运动机构间歇运动机构棘轮机构棘轮机构棘轮机构的工作原理27一、一、棘轮棘轮类型类型返回目录组成：组成：摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。工作原理：工作原理：摆杆往复摆动，棘爪推动棘轮间摆杆往复摆动，棘爪推动
12、棘轮间歇转动。歇转动。优点：优点：结构简单、制造方便、运动可靠、转结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调。角可调。缺点：缺点：工作时有较大的冲击和噪音，运动精工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差。适用于速度较低和载荷不大的场度较差。适用于速度较低和载荷不大的场合。合。28返回目录只能够实现单向间歇运动只能够实现单向间歇运动外接棘轮机构外接棘轮机构29返回目录内接棘轮机构内接棘轮机构30返回目录双向式棘轮机构双向式棘轮机构棘爪可翻转的矩形棘齿可以获得不同转向的间歇运动。棘爪可翻转的矩形棘齿可以获得不同转向的间歇运动。31返回目录双动式棘轮机构双动式棘轮机构运动特点：摇杆来回摆动都能使棘轮向同一
13、方向转动。运动特点：摇杆来回摆动都能使棘轮向同一方向转动。32a)a)加调节摇杆加调节摇杆 b)b)加遮板加遮板图图3-193-19 调节棘轮转角的方法调节棘轮转角的方法返回目录33返回目录棘轮机构的应用制动制动34返回目录间歇送进间歇送进35返回目录超越、离合超越、离合36返回目录3.5间歇运动机构间歇运动机构槽轮机构槽轮机构棘轮机构的工作原理典型槽轮机构的组成：典型槽轮机构的组成：由主动拨由主动拨盘、从动槽轮和机架等组成。盘、从动槽轮和机架等组成。槽轮机构的工作原理：槽轮机构的工作原理：主动拨盘主动拨盘连续转动，当主动拨盘的圆销连续转动，当主动拨盘的圆销A未进入槽轮径向槽时，槽轮未进入槽轮
14、径向槽时，槽轮的内的内凹锁住弧被构件凹锁住弧被构件1的外凸圆弧卡的外凸圆弧卡住，住，静止不动；当主动拨盘的圆静止不动；当主动拨盘的圆销销A进入槽轮径向槽时，槽轮受进入槽轮径向槽时，槽轮受圆销圆销A驱动而转动。从而使槽轮驱动而转动。从而使槽轮做间歇运动。做间歇运动。37返回目录槽轮机构的特点及应用槽轮机构的特点：槽轮机构结构简单，转位迅速，效率较高，工作可靠，能较平稳、间歇地进行换位。与棘轮机构相比运转平稳，但因圆柱销突然进入与脱离径向槽，传动存在柔性冲击，不适用于高速场合。制造与装配精度要求较高，且槽轮转角大小不能调节38 一般用于转速不很高的自动机械、轻工机一般用于转速不很高的自动机械、轻工
15、机械或仪器仪表中。械或仪器仪表中。电电影影放放映映机机的的送送片片机机构构返回目录39【能力训练1】n1问题提出问题提出(1)尖顶偏置直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制；(2)如何测量该机构的压力角；(3)若将尖顶从动件改为滚子从动件，试分析滚子半径、压力角和基圆半径对该机构工作特性的影响。返回目录40【能力训练2】n1问题提出问题提出试分析自行车的后轴上的飞轮结构是什么机构？工作原理如何？返回目录41第3章小结n本章内容：本章内容：凸轮机构的特点、类型与应用；从动件常用运动规律；凸轮廓线设计；设计凸轮机构应注意的问题。n基本概念：基本概念：升程、基圆、推程角、回程角、从动件运动线图、刚性冲击、柔性冲击、反转法n要求的技能：要求的技能：能根据给定运动规律正确绘制从动件位移线图；能正确进行凸轮廓线的图解设计。返回目录42