第三章_凸轮机构与间歇机构(教案)(公开课)

1、3.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类3.2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律3.3 盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计3.4 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角3.5 间歇运动机构间歇运动机构从动件(推杆)凸轮机架动画演示动画演示1.1.凸凸 轮轮具有曲线状轮廓的构件具有曲线状轮廓的构件2.2.从动件从动件作往复移动或摆动的构件作往复移动或摆动的构件 往复移动往复移动直动从动件直动从动件 往复摆动往复摆动摆动从动件摆动从动件3.3.机机 架架参考坐标系，支承构件参考坐标系，支承构件构构 成成应应 用用(a) 机床刀架中的凸轮机构机床刀架中的凸轮机构 (b) 箭杆织机

2、中的打纬凸轮机构箭杆织机中的打纬凸轮机构 直动从动件直动从动件摆动从动件摆动从动件一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用机床刀架中的凸轮机构机床刀架中的凸轮机构 箭杆织机中的打纬凸轮机构箭杆织机中的打纬凸轮机构 冲压机构冲压机构铣削加工靠模凸轮机构冷镦机送料机构二、凸轮机构的类型二、凸轮机构的类型1、按凸轮的形状按凸轮的形状 盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮2、按从动件的运动形式按从动件的运动形式 摆动从动件、移动从动件摆动从动件、移动从动件3、按从动件的形式、按从动件的形式 尖底从动件、平底从动件、滚子从动件尖底从动件、平底从动件、滚子从动件分类详细介绍分类详细介绍1.

3、 按凸轮的几何形状分：按凸轮的几何形状分：v(1) 盘形凸轮机构内燃机配气机构内燃机配气机构v(2) 移动凸轮机构动画演示录音机卷带机构录音机卷带机构靠模车削机构靠模车削机构v(2) 圆柱凸轮机构圆柱移动圆柱移动动画演示动画演示走刀机构走刀机构2. 按从动件的端部形状分：按从动件的端部形状分：v(1)尖顶从动件 对心直动尖顶从动件偏心直动尖顶从动件偏置摆动尖顶从动件v(2)滚子从动件 对心直动滚子从动件偏置摆动滚子从动件v(3)平底从动件 偏心平底从动件对心平底从动件3. 按推杆的运动形式分：按推杆的运动形式分：v(1)直动推杆 v(2)摆动推杆 4. 按凸轮与推杆维持高副接触的封闭方式分按凸

4、轮与推杆维持高副接触的封闭方式分v(1)力封闭 v(2)形封闭（特殊几何结构保持接触） 演示演示1演示演示2演示演示3演示演示4三、凸轮机构的优缺点三、凸轮机构的优缺点优点：优点：只须设计适当的凸轮轮廓，便可使从动只须设计适当的凸轮轮廓，便可使从动 件得到件得到任意的预期运动，结构简单紧凑，设计方便。任意的预期运动，结构简单紧凑，设计方便。缺点：缺点：凸轮轮廓与从动件间为点或线接触，易于磨损，凸轮轮廓与从动件间为点或线接触，易于磨损，所以通常多用于传力不大的控制机构中。所以通常多用于传力不大的控制机构中。 B点 起始、1 转动接触点：B C 推程推程 基圆基圆 ：以凸轮的最小矢径 r0 为半径

5、所作的圆 运动规律：运动规律：运动规律运动规律s2 、v2、a2 变化规律：变化规律： s2 (t)、 v2 (t)、 a2 (t) 或s2()、 v2()、 a2 ()从动件的运动规律取决于凸轮廓线的形状设计时：工作要求从动件运动规律设计凸轮的轮廓曲线 以对心尖底直动从动件盘形凸轮机构以对心尖底直动从动件盘形凸轮机构r0基圆半径基圆半径E B 近休止、近休止、近休止角近休止角 4 1 + 2 + 3 + 4 = 2、 推程角推程角 1 、行程行程 hC D 远休止、远休止、远休止角远休止角 2D E 回程、回程、 回程角回程角 3 凸轮机构的运动循环及基本名词术语凸轮机构的运动循环及基本名词

6、术语: 基圆、推程、行程、推程运动角、远休止角、回程、回程运动角、近休止角。推杆的运动规律就是推杆的位移、速度和加速度与时间的关系，即与 的关系。一、等速运动规律一、等速运动规律 v2 = v0 s2 = v0 t a2 = 0在起始、终了位置：tvta002limtvta002lim做出运动线图理论上：a 惯性力 极大冲击刚性冲击只能用于低速、轻载场合6574916二、等加速等减速运动规律二、等加速等减速运动规律(01/2) 等加速运动(1/2 1) 等减速运动 a2 = a0 v2 = a0t s2 = a0 t2/ 2 做出运动线图速度曲线连续的，没有刚性冲击但在 = 0、1/2、1 处

7、有柔性冲击只能用于中低速、轻载场合s = c t 2 = k 2 = 1：2：3s = 1：4：9三、余弦加速度运动规律三、余弦加速度运动规律(简谐运动简谐运动)做出运动线图 )cos1(212tthsttthv112sin2tttha12122cos2始、末点仍有柔性冲击用于中低速、中轻载场合s2hh四、正弦加速度运动规律四、正弦加速度运动规律(摆线运动摆线运动)做出运动线图 2/)2(sin112tttths)2cos1(112ttthvtttha121222sin2避免了刚性和柔性冲击，避免了刚性和柔性冲击，适用于高速传动适用于高速传动推杆回程运动方程推回推回推回aashs凸轮转角 应从

8、回程运动规律的起始位置计量起。选择运动规律时，要考虑 刚性冲击、柔性冲击 amax、vmax (F、P)工程中常用高次多项式、改进型的运动规律位移曲线方程：nnccccs.2210改进型运动规律：正弦加速度与等速组合。特点：避免了刚性和柔性冲击u 工作要求 从动件运动规律运动规律位移曲线 +其它条件 设计凸轮廓线设计凸轮廓线u 设计方法 图解法、解析法 一般精度图解法；高精度解析法 设计原理：设计原理：1A321 起始位置，凸轮与从动件A点接触， 凸轮以1逆时针转过 工作要求 运动规律运动规律位移曲线 +其它条件 设计凸轮廓线设计凸轮廓线 设计方法 图解法、解析法 一般精度图解法；高精度解析法

9、 设计原理：设计原理： 起始位置，凸轮与从动件A点接触， 凸轮以1逆时针转过从动件上升 s 将整个机构沿 - 1转过 角 A A 1sA321BA B 接触 工作要求 运动规律运动规律位移曲线 +其它条件 设计凸轮廓线设计凸轮廓线 设计方法 图解法、解析法 一般精度图解法；高精度解析法 设计原理：设计原理： 起始位置，凸轮与从动件A点接触， 凸轮以1逆时针转过 B 接触从动件上升 s 将整个机构沿 - 1转过 角 A A 凸轮未动，从动件、导路反转， 运动规律不变。AAs11B32A1B1s反转法：反转法： 假定凸轮静止不动，使从动件和导路一起沿 -1 方向转动，则尖底的轨迹 轮廓线。动画演示

10、 一、直动从动件盘形凸轮一、直动从动件盘形凸轮 1尖底从动件尖底从动件已知：s2 = s2 （ ）、r0 、1（ 逆时针）设计凸轮廓线步骤：（1）作位移线图s2 -，且等分1 、 3（4）量取相应位移量（2）作基圆，取起始点B0（3）沿 -1分基圆为1 、 2、3 、4且等分1 、 3（5）光滑连接B0 、 B1 、B2 B0 凸轮廓线凸轮廓线。 B1B2B3 B4 B5B6 B7B8 B9B10 C1C9C2 C3 C4C5C6C7C8C101234B0 O-1 2 滚子从动件盘形凸轮滚子从动件盘形凸轮已知滚子从动件凸轮机构：滚子中心 从动件的运动规律滚子中心轨迹与凸轮廓线 等距曲线中心 尖

11、底 凸轮廓线 理论廓线理论廓线以理论廓线为圆心，以滚子半径 rk为半径作一系列小圆内内包洛线实际廓线实际廓线理论廓线理论廓线实际廓线实际廓线r0一理论廓线的基圆半径1132Or0 2 滚子从动件盘形凸轮滚子从动件盘形凸轮分析已知滚子从动件凸轮机构：滚子中心 从动件的运动规律中心轨迹与凸轮廓线 等距曲线中心 尖底 凸轮廓线 理论廓线理论廓线以理论廓线为圆心，以滚子半径 rk为半径作一系列小圆包洛线实际廓线实际廓线理论廓线理论廓线实际廓线实际廓线r0一理论廓线的基圆半径1132Or0动画演示动画演示 滚子半径滚子半径rk的选择的选择 rk 强度；rk不当 运动失真当凸轮廓线外凸时： = - rk

12、3 滚子从动件盘形凸轮滚子从动件盘形凸轮 3 滚子从动件盘形凸轮滚子从动件盘形凸轮 滚子半径滚子半径rk的选择的选择 rk 强度；rk不当 运动失真当凸轮廓线外凸时： = - rk 若 =rk= 0 变尖 磨损 若 rk时， 0 实际 廓线不存失真设计时取 rk 0.8 min 必要时 r0 mi n rk 不论选择多大的滚子，都能作出工作轮廓凹曲面凸轮不限制滚子半径0minamin0.8rrrrmin为保证不出现尖点和失真现象，应保证：通常取：滚子半径太小：1）滚子与凸轮间接触应力加大 ； 2）滚子本身强度不足。常用解决方法：增大r0,原则是保证不出现尖点和失真现象的前提下，取r0最小。称为

13、凸轮机构的称为凸轮机构的压力角压力角。即凸轮与从动件接触点法即凸轮与从动件接触点法线方向与从动件上力作用线方向与从动件上力作用点的速度方向所夹的锐角。点的速度方向所夹的锐角。移动从动件，推程时 30度摆动从动件，推程时 45度回程 80度 基圆半径大的凸轮压力角小。基圆半径大的凸轮压力角小。 (mm)r凸轮轴的半径；凸轮轴的半径； 滚子半径。滚子半径。)106(8 . 1TbrrrTr 槽轮机构槽轮机构 棘轮机构棘轮机构 连续转动 间歇转动一、槽轮机构一、槽轮机构间歇运动机构 ：主动件连续运动从动件周期性间歇运动动画演示动画演示动画演示动画演示切糕机切糕机3D运动简图运动简图动画演示动画演示自

14、动灌装机自动灌装机槽轮齿轮组合机构槽轮齿轮组合机构电影放映机构电影放映机构1、槽轮机构的结构及工作原理、槽轮机构的结构及工作原理1 2 1O2OG 工作原理：拨盘的连工作原理：拨盘的连续运动转换为槽轮的续运动转换为槽轮的单向间歇运动。单向间歇运动。拨盘拨盘槽轮槽轮定位盘定位盘定位弧定位弧锁止弧锁止弧张角张角槽轮机构的特点：结构简单、槽轮机构的特点：结构简单、工作可靠。适用于分度、转工作可靠。适用于分度、转位等步进机构位等步进机构槽轮每转动一次和槽轮每转动一次和停歇一次构成一个停歇一次构成一个运动循环。运动循环。多圆销外啮合槽轮机构多圆销外啮合槽轮机构 内槽轮机构内槽轮机构空间槽轮机构空间槽轮机

15、构二、棘轮机构二、棘轮机构棘轮棘轮3摇杆摇杆2驱动棘爪驱动棘爪1制动爪制动爪4弹簧弹簧5用来使制动爪用来使制动爪4和棘轮和棘轮3保持接触保持接触 连续转动 棘轮单项间歇运动二、棘轮机构二、棘轮机构单动式棘轮机构棘轮棘轮双动式棘轮机构双驱动棘轮机构双驱动棘轮机构可变向棘轮机构可变向棘轮机构回转棘爪双向棘轮机构回转棘爪双向棘轮机构摩擦式棘轮机构摩擦式棘轮机构圆盘棘轮圆盘棘轮二、棘轮机构二、棘轮机构棘齿的位置棘齿的位置齿式外棘轮机构齿式外棘轮机构齿式内棘轮机构齿式内棘轮机构1:主动件主动件;2:驱动棘爪驱动棘爪;3:棘轮棘轮;4:制动爪制动爪;5:弹簧弹簧内棘轮内棘轮二、棘轮机构二、棘轮机构棘轮的常

16、用齿形棘轮的常用齿形单向驱动的棘轮机构，一般选用不对称梯形齿，单向驱动的棘轮机构，一般选用不对称梯形齿，负荷较小时，可选用直线型三角形齿或圆弧型三角形负荷较小时，可选用直线型三角形齿或圆弧型三角形齿齿;双向驱动的棘轮机构，一般选用对称梯形齿。双向驱动的棘轮机构，一般选用对称梯形齿。 二、棘轮能够顺利滑入棘齿并自动啮紧的条件二、棘轮能够顺利滑入棘齿并自动啮紧的条件 n自动啮紧条件自动啮紧条件n 棘爪和棘轮接触点的公法线棘爪和棘轮接触点的公法线 nn与与AB线之间的夹角；线之间的夹角；n 棘爪与棘齿间的摩擦角；棘爪与棘齿间的摩擦角； 其值其值 ，f为滑动摩擦为滑动摩擦系数。系数。90OBALFLtgNNtgfNFLtgNLtgNarctgf棘轮机构的特点1轮齿式棘轮机构：结构简单运动可靠，棘轮的转角容易实现有机的调节。但此种机构在回程时，棘爪在棘轮齿背上划过有噪音；在开始和终了时有冲击，运动平稳性差。棘轮齿易磨损，常用于低速轻载等场合。2 摩擦式棘轮机构：传递运动较平稳，无噪音，棘轮的转角可作无级调节，但运动准确性差，不宜用于精度要求高的场合。三、不完全齿轮机构-主动轮的整周连续回转转换为从动轮的单向间歇转动 不完全内齿不完全内齿不完全外齿不完全外齿The End 作业作业1：在图示凸轮机构中，标出凸轮与从动件由A点接触到B点接触时，凸轮的转角 ；从动件的位移量S及