模块5凸轮机构与齿轮机构

1、模块模块5 5 凸轮机构与齿轮机构凸轮机构与齿轮机构v学习情境1 凸轮机构的类型和应用 v学习情境2 从动件运动规律v学习情境3 凸轮轮廓设计分析 v学习情境4 齿轮机构设计与分析 v学习情境5 其他常用齿轮机构简介v【知识目标】【知识目标】v认知凸轮机构的类型与应用；认知凸轮机构的类型与应用；v理解凸轮机构的运动规律，了解这些规律在理解凸轮机构的运动规律，了解这些规律在工程实际中的应用；工程实际中的应用；v掌握凸轮轮廓设计的基本原理与方法；掌握凸轮轮廓设计的基本原理与方法；v了解齿轮机构的类型与应用，掌握渐开线齿了解齿轮机构的类型与应用，掌握渐开线齿廓分析方法和齿轮尺寸的计算。廓分析方法和齿

2、轮尺寸的计算。模块模块5 5 凸轮机构与齿轮机构凸轮机构与齿轮机构v【技能目标】【技能目标】v根据机构要实现的运动，选择凸轮机构的类型；v设计凸轮的轮廓机构，分析其能实现的运动特性；v根据使用要求选用齿轮机构的类型，并能设计选择标准直齿圆柱齿轮的主要参数。模块模块5 5 凸轮机构与齿轮机构凸轮机构与齿轮机构v凸轮机构是由具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过高副接触带动从动件实现预期运动规律的一种高副机构。如图5-1（a）、图5-1(b )所示。 模块模块5 5 凸轮机构与齿轮机构凸轮机构与齿轮机构学习情境1 凸轮机构的类型和应用5.1.1凸轮机构的组成与应用v凸轮机构由凸轮、从动件、机架三个基本构件

3、及锁合装置组成。由于凸轮机构具有多用性和灵活性，因此广泛应用于机械、仪器、操纵控制装置和自动生产线中，是自动化生产中主要的驱动和控制机构。如图5-2所示为内燃机配气凸轮机构。v5.1.2 凸轮机构的类型v1.按凸轮形状分类按凸轮形状分类 1) 盘形凸轮。如图5-2所示的构件1。 2) 移动凸轮。如图5-3所示。 3) 圆柱凸轮。如图5-1（a）中的构件1。v5.1.2 凸轮机构的类型v2.按从动件末端形状分类按从动件末端形状分类 1）尖顶从动件凸轮机构。如图5-4(a)所示 2）滚子从动件凸轮机构。如图5-4（b）所示 3）平底从动件凸轮机构。如图5-4（c）所示 4）球面底从动件凸轮机构。如

4、图5-4（d）所示 v5.1.2 凸轮机构的类型v2.按从动件末端形状分类按从动件末端形状分类 作往复摆动的从动件称为摆动从动件, 如图5-5所示。偏置直动从动件盘形凸轮机构如图5-6所示。 5.1.2 凸轮机构的类型v3.按锁合形式分类按锁合形式分类 1) 力锁合凸轮机构。是指靠重力、 弹簧力或其他外力使从动件与凸轮始终保持接触的凸轮机构。 如图5-2所示, 它是依靠弹簧力来维持高副接触的例子。 2) 形锁合凸轮机构。是指利用高副元素本身的几何形状使从动件与凸轮始终保持接触的凸轮机构, 如图5-1（a）所示凸轮机构。 学习情境2 从动件运动规律5.2.1 凸轮机构的运动过程v 如图5-7(b

5、)是对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构，其运动过程图5-7(a)所示。5.2.2 等速运动规律v 从动件的运动速度v为常数时的运动规律，称为等速运动规律，如图5-8所示。 5.2.2 等速运动规律v等速运动规律只适用于低速、轻载的凸轮机构， 如图5-9所示的自动机床的进刀机构等。 5.2.3等加速等减速运动规律v是指从动件在一个行程中，前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。运动线图如图5-10所示。 5.2.4余弦加速度运动规律v是指从动件加速度按余弦规律变化的运动规律。这种运动规律的运动线图如图5-11所示。 5.2.5 从动件运动规律的选择v常用从动件运动规律的特性比较见表5-

6、1， 供选择时参考。学习情境3 凸轮轮廓设计分析5.3.1 盘形凸轮轮廓设计的基本原理v如图5-12所示为对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构， 设凸轮的轮廓曲线已按给定的从动件运动规律设计出来。 5.3.2从动件盘形凸轮轮廓设计v1.尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计5.3.2从动件盘形凸轮轮廓设计v2.对心直动滚子推杆盘形凸轮机构对心直动滚子推杆盘形凸轮机构 5.3.2从动件盘形凸轮轮廓设计v3.平底从动件平底从动件 平底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计方法与上述方法相似。如图5-15所示 5.3.3凸轮机构设计中应注意的几个问题 v1.凸轮机构的压力角凸轮机构的压

7、力角 用量角器检查其夹角是否超过许用值，如图5-17所示。 5.3.3凸轮机构设计中应注意的几个问题 v2.凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定v设计凸轮机构时, 基圆半径选得越小, 机构越紧凑。 但基圆半径的减小会使压力角增大。基圆半径的确定应满足最大压力角max的要求。 v3.滚子半径的选择滚子半径的选择v为保证滚子及转动轴有足够的强度和寿命, 应选用较大的滚子半径rT, 然而滚子半径rT的增大受到理论轮廓曲线上最小曲率半径min的制约, 如图5-19所示。 5.3.3凸轮机构设计中应注意的几个问题 v4.凸轮机构的结构与材料凸轮机构的结构与材料v1）结构v对于较小尺寸的凸轮，常制成凸轮轴

8、结构，如图5-20所示。 基圆较大的凸轮如图5-21所示。5.3.3凸轮机构设计中应注意的几个问题 v4.凸轮机构的结构与材料凸轮机构的结构与材料v1）结构v滚子从动件的滚子可以是专门制造的圆柱体，如图522(a)、(b)所示；也可采用滚动轴承，如图5-22(c)所示。 5.3.3凸轮机构设计中应注意的几个问题 v4.凸轮机构的结构与材料凸轮机构的结构与材料 1）2.材料学习情境4 齿轮机构设计与分析5.4.1 齿轮机构的特点与类型v1.齿轮机构的特点齿轮机构的特点v主要优点有：能保证瞬时传动比恒定，i=1/2（主动轮角速度1与从动轮角速2之比）； 传递的功率和圆周速度范围广（功率可达105

9、kW， 速度可达300 m/s）；能实现两轴平行、相交和交错的传动；效率较高（一般可达0.950.99）；工作可靠，寿命长。v主要缺点是：制造和安装精度要求高，故制造成本较高；不适用于远距离的传动，低精度的齿轮会产生有害的冲击、噪声和振动。 5.4.1 齿轮机构的特点与类型v2.齿轮机构的类型齿轮机构的类型v齿轮机构的类型很多，可按不同的条件加以分类。v1）根据两齿轮轴线的相互位置分类v两轴线平行：直齿圆柱齿轮机构（图5-23(a)），斜齿圆柱齿轮机构（图5-23(b)）, 人字齿圆柱齿轮机构（图5-23(c)）；两轴线相交：直齿圆锥齿轮机构（图5-23（f），斜齿圆锥齿轮机构；两轴线相错：螺

10、旋齿轮机构（图5-23（g），蜗杆蜗轮机构（图5-23（h）。 5.4.1 齿轮机构的特点与类型v2.齿轮机构的类型齿轮机构的类型v齿轮机构的类型很多，可按不同的条件加以分类。v2） 根据两齿轮啮合方式分类v外啮合齿轮机构（图5-23（a）、内啮合齿轮机构（图5-23（d）、齿轮齿条机构（图5-23（e）。 v 3） 根据齿轮齿廓曲线的形状分为：渐开线齿轮机构、摆线齿轮机构、圆弧齿轮机构。 v 4） 根据工作条件分为：闭式传动齿轮机构、开式传动齿轮机构。 5.4.2 渐开线齿廓分析v1.齿廓啮合的基本定律齿廓啮合的基本定律v齿轮机构是高副机构，一对齿轮的传动是通过主动轮齿廓与从动轮齿廓依次啮合

11、实现的。为保证齿轮传动准确平稳，其瞬时传动比应保持恒定不变。 v如图5-24所示，传动比计算公式为12122112/rrCOCOi5.4.2 渐开线齿廓分析v2.渐开线齿轮齿廓的形成渐开线齿轮齿廓的形成v设在半径为rb的圆上有一直线L与其相切，如图5-25所示，当直线L沿圆周作纯滚动时，直线上一点K的轨迹为该圆的渐开线。 5.4.2 渐开线齿廓分析v3.渐开线齿轮各部分渐开线齿轮各部分的名称的名称v图5-26所示为标准直齿圆柱齿轮的一部分，其各部分名称和符号 5.4.2 渐开线齿廓分析v4.渐开线圆柱直齿齿轮的基本参数v1) 齿数齿轮整个圆周上轮齿的总数, 用z表示。 v2) 模数规定分度圆上

12、的齿距p对的比值为标准值(整数或有理数)称为模数, 用m表示, 即v齿轮的模数在我国已标准化， 表5-3为我国国家标准模数系列。 pm 5.4.2 渐开线齿廓分析v4.渐开线圆柱直齿齿轮的基本参数v3) 压力角v 如图5-27所示，在渐开线上不同点K1、K2、K的压力角各不相同，接近基圆的渐开线上压力角小，远离基圆的渐开线上压力角大。v 为了便于设计、制造和维修，规定分度圆上的压力角为标准值，我国规定标准压力角=20。分度圆的压力角的计算公式为rrbcos5.4.2 渐开线齿廓分析v4.渐开线圆柱直齿齿轮的基本参数v4) 齿顶高系数h*a和顶隙系数c*v 标准齿轮的尺寸与模数成正比， 即v h

13、a=h*amv hf=ha+c*m=(h*a+c*)mv h=ha+hf=(2h*a+c*)mv 式中，h*a齿顶高系数，标准规定：正常齿制h*a=1, 短齿h*a=0.8； c*顶隙系数， 正常齿制c*=0.25， 短齿c*=0.3。5.4.2 渐开线齿廓分析v5.标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸的计算公式标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸的计算公式5.4.2 渐开线齿廓分析v6.渐开线齿廓的啮合特性渐开线齿廓的啮合特性v1) 传动比恒定不变 v2) 中心距可分性v3）啮合角不变v4）一对渐开线标准齿轮要正确啮合，必须满足一定的条件。v5） 重合度(一对标准渐开线齿轮连续传动的条件)。重合度表示了同时接触

14、的轮齿对数，愈大，传动愈平稳。 2121mmm5.4.2 渐开线齿廓分析v6.渐开线齿廓的啮合特性渐开线齿廓的啮合特性v6）标准安装条件：一对齿轮传动时，一齿轮节圆上的齿厚之差称为齿侧间隙。在机械设计中，正确安装的齿轮应无齿侧间隙。一对相互啮合的标准齿轮，其模数相等，故两轮分度圆上的齿厚和齿槽宽相等，因此，当分度圆与节圆重合时，可满足无齿侧间隙的条件。这种安装称为标准安装。标准安装时的中心距称为标准中心距为a = m (z1+z2 ) / 2。5.4.3渐开线齿形的切齿原理与根切v1 渐开线齿形的切齿原理渐开线齿形的切齿原理v1）仿形法v仿形法是利用成形刀具的轴面齿形与渐开线齿槽形状一致的特点, 直接在轮坯上加工出齿形。 常用的成形刀具有盘状铣刀(见图5-28(a)和指状铣刀(见图5-28(b)两种。 5.4.3渐开线齿形的切齿原理与根切v1 渐开线齿形的切齿原理渐开线齿形的切齿原理v2）范成法v常用的范成法成形加工有插齿和滚齿等。 如图5-29和图5-30所示。 5.4.3渐开线齿形的切齿原理与根切v2.渐开线齿形的根切渐开线齿形的根切v齿轮加工时根部被切除的现象称为根切，如图5-31所示。范成法切制的标准齿轮受根切限制，直齿圆柱齿轮不发生根切的最少齿数z=17。所以制造齿轮时最少齿数是17。学习情境5 其他常用齿轮机构简介5.5.1斜齿圆柱齿