过程机械设计基础：第五章 转变运动形式的传动

1、1 由于实际工作的内容各异，要求机器工作构件的运动形式和运动规律也多种多样，例如转动、往复直线运动、摆动、间歇运动、按预定规律或轨迹运动等，因而机械中除应用连续回转传动外，还需应用变换运变换运动形式的传动动形式的传动。第五章第五章 转变运动形式的传动转变运动形式的传动2 平面连杆机构是由（转动副和移动副）联接组成的机构。这些构件在同一平面或平行平面内运动。 1.能够实现多种运动形式的转换实现多种运动形式的转换，也可以实现各种预定的运动规律和复杂的运动轨迹，容易满足生产中各种动作要求；2.构件间接触面上的比压小、易润滑、磨损轻、适用于传递较大载荷的场合；3.机构中运动副运动副的元素形状简单、易于

2、加工制造和保证精度形状简单、易于加工制造和保证精度。 1.只能近似地满足近似地满足给定的运动规律和轨迹要求，且设计比较复杂；2. 运动构件产生的惯性力难以平衡惯性力难以平衡，高速时会引起较大的振动，因此常用于速度较低的场合常用于速度较低的场合。 第一节第一节连杆传动连杆传动基本型式：平面连杆机构的基本型式是平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的二杆二杆三杆三杆, 不可能不可能.铰链四杆机构铰链四杆机构 Revolute Four-bar Mechanism4四杆机构四杆机构具有四个构件的平面连杆机构。多杆机构多杆机构具有四个以上构件的平面连杆机构。5铰链四

3、杆机构各运动副都是铰链的四杆机构，见图5-1 图5-11234ABCD连杆连杆连架杆连架杆连架杆连架杆机架机架曲柄曲柄摇杆摇杆( (摆杆摆杆) )( (整转整转) )( (摆转摆转) )机架机架frame、连杆、连杆coupler、连架杆、连架杆side link机架参考系（固定件）机架参考系（固定件）连架杆与机架相联连架杆与机架相联连杆不与机架相联连杆不与机架相联基本构件基本构件曲柄曲柄crank：可回转：可回转360360的连架杆的连架杆摇杆摇杆rocker：摆角小于：摆角小于360360的连架杆的连架杆滑块滑块slider：作往复移动的连架杆：作往复移动的连架杆连架杆连架杆全由全由转动副

4、转动副相联的平面四杆机构相联的平面四杆机构一一.铰链四杆机构铰链四杆机构7平平面面四四杆杆机机构构基本形式基本形式 ( (全转动副全转动副) )演化形式演化形式(有移动副有移动副)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 双曲柄机构双曲柄机构 双摇杆机构双摇杆机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 曲柄导杆机构曲柄导杆机构 曲柄摇块机构曲柄摇块机构 定块机构定块机构 四杆机构的基本形式及其演化四杆机构的基本形式及其演化81 1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构曲柄曲柄能作整周回转的连架杆。摇杆摇杆只能在小于360范围内摇摆的连杆架杆。曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构具有曲柄和摇杆的铰链四杆机构。曲柄摇杆机构应用广泛，它可将曲柄的连

5、续转动转换成摇杆的往复摆动。9 102 2、双曲柄机构、双曲柄机构双曲柄机构双曲柄机构具有两个曲柄的铰链四杆机构。不等长双曲柄机构不等长双曲柄机构特点：特点：两曲柄长度不相等，可将主动曲柄的等速转动转变成从动曲柄的变速转动11图中杆件1为机架，从动曲柄4变速转动时，筛箱6差动移动，使物料能相对筛面输送。惯性筛 (点击图片演示动画) 12（平行四边形机构）特点：当主动曲柄等速转动时，从动曲柄也等速转动，而连杆平动。 图5-11 平行四边形机构 13该机构保证铲斗中的土料不洒 铲土机构 (点击图片演示动画) 14该机构保证天平盘总是水平2 1 天平机构 (点击图片演示动画) 15平行四边形机构的缺

6、点：平行四边形机构的缺点：当曲柄AB转动一周时，将，见图5-11（a）。图中AB2C2D为一次四杆共线，另一次未画出，应在B点位于A点之左的关联位置。在AB2C2D位置，当曲柄AB继续运动到AB3位置时，C点可能运动到C3也可能运动到C3，即。图5-11（b）是在平行四边形机构中增加辅助构件，以消除机构的运动不确定现象，其运动确定原理是上、下两个平行四边形不会同时共线。 16反向平行双曲柄机构反向平行双曲柄机构特点是连杆与机架等长、两曲柄等长、反向且平行。见图5-12和图5-13。铰接的气缸推动曲柄AB转动（图中未画出），车门能同步同角行程开、关。 图5-12 逆平行四边形机构图5-13 逆平

7、行四边形机构(点击图片演示动画) 173 3、双摇杆机构、双摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构两连架杆都是摇杆的铰链四杆机构。 图5-14 (点击图片演示动画) 图5-15 (点击图片演示动画) 18图5-14为鹤式起重机，重物升降靠绳轮机构，绕机架轴线平移靠轮盘机构（图中均未画出）。重物沿机架轴线的径向平移靠ABCDE双摇杆机构，E点轨迹为近似直线，这可避免径向平移重物时出现升降而改变其水平标高，从而增加司机操作量。图5-15为车辆前轮的转向机构，特点是两摇杆等长，这样在车轮转向时两车轮始终平行。19存在曲柄的条件与四杆机构中各杆的相对长度有关。1 1、曲柄存在条件、曲柄存在条件（推导过程自学，一

8、般了解）（推导过程自学，一般了解） 最短杆与最长杆长度之和不大于其它两杆长度之和（杆长条件） 最短杆是或（最短构件条件）202 2、铰链四杆机构类型判别、铰链四杆机构类型判别在满足杆长条件时： (a)(a) 最短杆为机架是双曲柄机构双曲柄机构（平行四边形机构任一杆为机架都是双曲柄机构）。 (b) 最短杆的对杆为机架是双摇杆机构双摇杆机构。 (c) 最短杆的邻杆为机架是曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构。 不满足杆长条件时，不论哪一杆为机架，都是双摇机构双摇机构。211 1、 转动副转化为移动副转动副转化为移动副 回转副化为移动副 (点击图片c或d演示动画)（1 1）曲柄）曲柄滑块机构滑块机构22 将图（

9、a）中的铰链D下移至无穷远处，则铰链C的运动轨迹由曲线mm变为直线mm（参见图（b），图（a）所示的曲柄摇杆机构转变为图（c）、（d）所示的对心或偏置曲柄滑块机构。 曲柄滑块机构广泛用于、和等（以曲柄为原动件），广泛用于、等（以活塞为原动件），如图所示23 24（2 2）双滑块机构）双滑块机构 如果把曲柄与连杆间的转动副（铰链）也演化成移动副，便成为双滑块机构。 正弦机构及其应用缝纫机下针机构图（b）中曲柄1转过角时，滑块3的位移S3按正弦规律变化：S3l1sinl1sint 。 25图中导杆1转过角时，立杆3的位移S3按正弦规律变化： 正切机构tHtgHtgS3 26 图（a）中转块1相对机

10、架4顺时针转动时，直角导杆2向左插进转块1、同时向下退出转块A，并带动转块A相对机架4也以相同顺时针转动。即主、从动转块转速相等、转向相同。图（b）中左右轴不对中，但也能等速同向转动。双转块机构及其应用滑块联轴器双转块机构及其应用(点击图片演示动画)27图中滑块1、3沿机架的滑槽移动时，除A、B两点及其中点外，连杆2上的各点能画出长、短轴不同的椭圆。 双滑块机构及其应用椭圆仪 28图(a)、(b)所示的曲柄摇杆和曲柄机构中，当曲柄AB较短时，铰链A、B会连通，为满足结构尺寸需要，可将回转副B扩大到超过曲柄的长度，这时曲柄A就演化成偏心轮，偏心轮的回转中心为A、几何中心为B，见图(c)、(d)。

11、2 2、 扩大回转副扩大回转副偏心轮机构偏心轮机构偏心轮机构与演化前的曲柄摇杆和曲柄滑块机构本质上相同，即运动特性未变。 293 3、选取不同的构件为机架、选取不同的构件为机架图(a)为曲柄摇杆机构；图(b)为取杆1（最短杆）为机架后，得到的双曲柄机构；图(c)为取杆2或杆4（是短杆邻边）为机架后，得到的双曲柄摇杆机构；图(d)为取杆3（最短杆对边）为机架得到的双摇杆机构。 30图（图（a a）是对心曲柄滑块机构）是对心曲柄滑块机构；图（图（b）是取杆是取杆2为机架得到为机架得到的导杆机构，特点是的导杆机构，特点是l 2l 3，杆，杆3和杆和杆1均可整周回转，故称为均可整周回转，故称为转转动导

12、杆机构动导杆机构。 图5-20 曲柄滑块机构的演化d:定块机构C:摆动导杆机构31图5-21是l 1 l 2的导杆机构，杆2可整周回转，杆4却只能往复摆动，故称为摆动导杆机构。图5-21 曲柄摆动导杆机构(点击图片演示动画） 32 牛头刨床的主运动机构 (点击图片演示动画） 摆动导杆机构摆动导杆机构的应用的应用33摇块机构摇块机构的应用的应用图5-20（C）是取杆3为机架得到的摇块机构。 34图5-20（d）是取杆（块）4为机架得到的定块机构。定块机构定块机构的应用的应用手动抽水机 (点击图片演示动画) 351 1、急回运动、急回运动1 1）极位夹角）极位夹角 图中曲柄转图中曲柄转1 1周与连

13、杆两次共线，摇杆对应的处于两个极周与连杆两次共线，摇杆对应的处于两个极限位置，曲柄对应的位置夹角（取锐角）限位置，曲柄对应的位置夹角（取锐角） 称为极位夹角。称为极位夹角。 图5-52 2、急回运动与行程速比系数、急回运动与行程速比系数在图在图420中，曲柄一般匀速转动，中，曲柄一般匀速转动， ，。对应的摇杆的摆速。对应的摇杆的摆速线速线速 。这说明摇杆右摆慢、左摆快，。这说明摇杆右摆慢、左摆快，或或去的慢、回的快去的慢、回的快，这种特性称为急回特性。，这种特性称为急回特性。2211ttt2121tt,21ttt21ttDCDCv37行程速比系数：行程速比系数： ，k 能表示急回程度，若能表示

14、急回程度，若0，则，则k1，有急回特性，有急回特性；越大、越大、k 也越大，说明急回程度越大；若也越大，说明急回程度越大；若=0，则，则k1，无急回特性，无急回特性。牛头刨具有急回特性，能节省空回时间、提高生产率。牛头刨具有急回特性，能节省空回时间、提高生产率。38）压力角与传动角）压力角与传动角 图中连杆为二杆，对于摇杆上的C点，其受力F方向线与其速度vc方向线所夹锐角称为压力角。 连杆与摇杆所夹锐角是与角的余角，称为传动角。传动角比压力角直观，也便于度量。 角越小或角越小或 角越大，对传动就越有利。角越大，对传动就越有利。通常min40 50 曲柄摇杆机构的压力角与传动角394 4）最小传

15、动角）最小传动角 minmin出现的位置出现的位置四杆机构的压力角和传动角都是变化的，在曲柄与机架共线的两个位置之一，传动角最小。40曲柄与连杆共线的两个位置，传动角=0，此时若以摇杆为主动件，通过连杆传给曲柄上的力通过曲柄回转中心，因此无论力有多大，都不能绕曲柄转动。机构在=0的位置称为死点（参见5-图）。缝纫机踏板处于死点位置时就踩不动。）死点）死点图5-7 缝纫机踏板机构41图5-8是利用死点的实例，夹紧工件时连杆BC与连架杆CD共线，去掉F后无论R多大，工件都不会松脱。 对于传动机构，死点是有害的，通常借助机构的惯性“闯过”死点。 连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题 机构选型

16、机构选型根据给定的运动要求选择机根据给定的运动要求选择机 构的类型；构的类型；尺度综合尺度综合确定各构件的尺度参数确定各构件的尺度参数(长度长度 尺寸尺寸)。 同时要满足其他辅助条件：同时要满足其他辅助条件：a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、 运动副结构合理等）运动副结构合理等）;b)动力条件（如动力条件（如min）;c)运动连续性条件等。运动连续性条件等。ADCB飞机起落架飞机起落架BC三类设计要求：三类设计要求：1)满足预定的运动规律，满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。飞机起落架、函数机构。函数机

17、构函数机构要求两连架杆的转角要求两连架杆的转角满足函数满足函数 y=logxxy=logxABCD三类设计要求：三类设计要求：1)满足预定的运动规律，满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。飞机起落架、函数机构。前者要求两连架杆转角对应，后者要求急回运动2)满足预定的连杆位置要求，满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。如铸造翻箱机构。要求连杆在两个位置要求连杆在两个位置垂直地面且相差垂直地面且相差180 CBABDCQABCDE鹤式起重机鹤式起重机搅拌机构搅拌机构要求连杆上要求连杆上E点的轨点的轨迹为一条卵形曲线迹为一条卵形曲线要求连杆上要求连杆

18、上E点的轨点的轨迹为一条水平直线迹为一条水平直线QCBADE三类设计要求：三类设计要求：1)满足预定的运动规律满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。飞机起落架、函数机构。2)满足预定的连杆位置要求，如满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。铸造翻箱机构。3)满足预定的轨迹要求，如满足预定的轨迹要求，如: 鹤式起重机鹤式起重机、搅拌机、搅拌机等。等。给定的设计条件：给定的设计条件：1)几何条件几何条件（给定连架杆或连杆的位置）（给定连架杆或连杆的位置）2)运动条件运动条件（给定（给定K）3)动力条件动力条件（给定（给定minmin）设计方法：设计方

19、法：图解法、解析法、实验法图解法、解析法、实验法 E 1、按给定的行程速比系数、按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构1) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构计算计算180(K-1)/(K+1);已知：已知：CD杆长，摆角杆长，摆角及及K， 设计此机构。步骤如下：设计此机构。步骤如下：任取一点任取一点D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰长为腰长为CDCD，夹角为，夹角为;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接圆，则的外接圆，则A A点必在此圆上。点必在此圆上。选定选定A A，设曲柄为，设曲柄为l1 ，连杆为，连杆为l2 ，则，则: :以以A A为圆心，为圆心，A A C

20、2为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得： l1 =EC1/ 2 l2 = A = A C1EC1/ 2,A,A C2= =l2- - l1= = l1 =( A A C1A A C2)/ 2 C2C1P=90,交于交于P;P; 90-P A A C1= = l1+ +l2DAC1C2ADmn=D2) 导杆机构导杆机构分析：分析： 由于由于与与导杆摆角导杆摆角相等，设计此相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄机构时，仅需要确定曲柄 a。计算计算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);任选任选D D作作mDnmDn， 取 取 A A 点 ， 使 得点 ， 使 得 A D =

21、 d , A D = d , 则则 : : a=dsin(a=dsin(/2)/2)。=Ad作角分线作角分线; ;已知：机架长度已知：机架长度d，K，设计此机构。设计此机构。E222ae3) 曲柄滑块机构曲柄滑块机构H已知已知K K，滑块行程，滑块行程H H，偏，偏距距e e，设计此机构，设计此机构 。计算计算: 180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);作作C1 C2 H H作射线作射线C1O O 使使C2C1O=90, 以以O O为圆心，为圆心，C1O O为半径作圆。为半径作圆。以以A A为圆心，为圆心，A A C1为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得：作射线作射线

22、C2O O使使C1C2 O=90。 作偏距线作偏距线e e，交圆弧于，交圆弧于A A，即为所求。，即为所求。C1C29090-o9090-Al1 =EC2/ 2l2 = A = A C2EC2/ 22、按预定连杆位置设计四杆机构、按预定连杆位置设计四杆机构a)给定连杆两组位置给定连杆两组位置有唯一解。有唯一解。B2C2AD将铰链将铰链A、D分别选在分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。位置都能满足设计要求。b)给定连杆上铰链给定连杆上铰链BC的三组位置的三组位置有无穷多组解。有无穷多组解。ADB2C2B3C3ADB1C1B1C1xyABCD

23、12343、给定两连架杆对应位置设计四杆机构、给定两连架杆对应位置设计四杆机构给定连架杆对应位置：给定连架杆对应位置：构件构件3和和构件构件1满足以下位置关系：满足以下位置关系：l1l2l3l4建立坐标系建立坐标系, ,设构件长度为：设构件长度为：l1 、l2、l3、l4在在x,yx,y轴上投影可得：轴上投影可得：l1+l2=l3+l4机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角. . l1 coc + l2 cos = l3 cos + l4 l1 sin + l2 sin = l3 sin i if (i i ) i =1, 2, 3n设计此四杆机构设计

24、此四杆机构( (求各构件长度求各构件长度) )。令：令： l1 =1消去消去整理得：整理得：coscos l3 cos cos(- -) l3l4l42+ l32+1- l222l4P2代入移项得：代入移项得： l2 cos = l4 l3 cos cos 则化简为：则化简为：coccocP0 cos P1 cos( ) P2代入两连架杆的三组对应转角参数，得方程组：代入两连架杆的三组对应转角参数，得方程组：l2 sin = l3 sin sin 令: P0P1coccoc1P0 cos1 P1 cos(1 1 ) P2coccoc2P0 cos2 P1 cos(2 2 ) P2coccoc3

25、P0 cos3 P1 cos(3 3 ) P2可求系数可求系数: :P0 、P1、P2以及以及: : l2 、 l3、 l4将相对杆长乘以任意比例系数，所得机构都能满足转角要求。若给定两组对应位置，则有无穷多组解。举例：举例：设计一四杆机构满足连架杆三组对应位置：设计一四杆机构满足连架杆三组对应位置： 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 34545 50 50 90 90 80 80 135 135 110 1101 11 13 33 3代入方程得：代入方程得： cos90cos90=P=P0 0cos80cos80+P+P1 1cos(80cos(80-90-90)+P)+P2 2

26、cos135cos135=P=P0 0cos110cos110+P+P1 1cos(110cos(110-135-135)+P)+P2 2解得相对长度解得相对长度: : P P0 0 =1.533, P =1.533, P1 1=-1.0628, P=-1.0628, P2 2=0.7805=0.7805各杆相对长度为：各杆相对长度为：选定构件选定构件l1的长度之后，可求得其余杆的绝对长度。的长度之后，可求得其余杆的绝对长度。 cos45cos45=P=P0 0cos50cos50+P+P1 1cos(50cos(50-45-45)+P)+P2 2B1C1ADB2C2B3C32 22 2l1=

27、 =1 1l4 =- - l3 / P1 =1.442l2 =(=(l42+ l32+1-2l3P P2 2 )1/2 = =1.7831.783 l3 = P P0 0 = = 1.553, 54图5-27 回转副结构连杆机构运动简图的 几何尺寸确定后，须根据工艺性和强度条件确定各构件的结构形状、断面尺寸和材料，在设计回转副和移动副结构时还需考虑润滑问题。 通常情况下，曲柄可以做成圆盘销轴状（图b所示）、曲轴状（图c所示）或杆件状（图d所示）。连杆和摇杆的结构相对简单，可以根据具体情况进行设计。57图5-29杆长调节机构（a）通过调节曲柄的长度改变摇杆CD的摆角，（b）通过调节连杆的长度调节

28、滑块的起始位置图5-28移动副结构其约束条件可其约束条件可利用利用重力封闭重力封闭或或形封闭形封闭。图图a为常见的移为常见的移动副，图动副，图b重力重力封闭，图封闭，图c重力重力封闭与形封闭封闭与形封闭相结合。相结合。图图d为重力封闭为重力封闭点接触式移动点接触式移动副，图副，图e为柱面为柱面移动副结构，移动副结构，图图f为带滑键的为带滑键的柱面移动副结柱面移动副结构，图构，图g为形封为形封闭点接触式移闭点接触式移动副的结构动副的结构59第二节第二节 凸轮传动凸轮传动一、凸轮机构的应用、特点与类型一、凸轮机构的应用、特点与类型应用：应用：图5-30走刀机构60特点：特点：凸轮是一个具有曲线轮廓

29、或凹槽的构件，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，只要改变只要改变凸轮轮廓的外形，就能使从动件实现不同的运动规律凸轮轮廓的外形，就能使从动件实现不同的运动规律。与连杆机构比较，凸轮机构与连杆机构比较，凸轮机构结构简单紧凑结构简单紧凑、设计容设计容易易，且，且能实现复杂的运动能实现复杂的运动。但因凸轮轮廓与从动件之间。但因凸轮轮廓与从动件之间系点、线接触，易磨损，故适用于有特殊要求的运动规系点、线接触，易磨损，故适用于有特殊要求的运动规律而传递动力不大的场合。律而传递动力不大的场合。凸轮机构的类型凸轮机构的类型1、按凸轮形状分类、按凸轮形状分类 盘形盘形见图见图51 移动移动凸轮凸轮见图见图53

30、 圆柱形圆柱形见图见图522、按从动件的形式分类、按从动件的形式分类 尖顶尖顶 滚子滚子 平底平底尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件图形 尖尖端端从从动动件件 从动件的尖端能够与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。这种从动件结构最简单，但尖端处易磨损，故只适用于速度只适用于速度较低较低和传力不大的传力不大的场合场合。曲曲面面从从动动件件 为了克服尖端从动件的缺点，可以把从动件的端部做成曲面，称为曲面从动件。这种结构形式的从动件在生产中应应用较多。用较多。滚子从动件 为减小摩擦磨损，在从动件端部安装一个滚轮，把从动件与凸轮之间的滑动摩擦变成滚动摩

31、擦，因此摩擦磨损较小，可用来传递较大的动力传递较大的动力，故这种形式的从动件应用很广应用很广。平底从动件 从动件与凸轮轮廓之间为线接触，接触处易形成油膜，润滑状况好。此外，在不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终垂直于从动件的平底，受力平稳，传动传动效率高，常用于高效率高，常用于高速场合。速场合。缺点是与之配合的凸凸轮轮轮廓必须全部为外凸形状轮廓必须全部为外凸形状。3、按保持接触的方式分类、按保持接触的方式分类 力封闭力封闭 形封闭形封闭66 从动件的运动规律是机构设计的基本要求，凸轮的形状应使从动件能实现其运动规律。二、从动件的常用运动规律二、从动件的常用运动规律 凸轮以1 顺时针转动时，在轮

32、廓线AB段，顶杆上升，在CD段顶杆下降，在BC、DA两段，顶杆不动。顶杆升降过程中其位移、速度、加速度随凸轮转角变化的规律称为从动件的运动规律。67CBDr0Ao1t凸轮的基圆初始位置CD2B凸轮的基圆以凸轮的最小向径r0所作的圆称为基圆。行程Sht推程运动角s远休止角h回程运动角s 近休止角推程运动角t 从动件推程过程，对应凸轮转角称为推程运动角近休止角s 推杆在最低位置静止不动，凸轮相应的转角远休止角s推杆在最高位置静止不动，凸轮相应的转角回程 从动件从距离凸轮回转中心最远位置到起始位置，从动件移向凸轮轴线的行程，称为回程。对应凸轮转角h称为回程运动角。推程从动件从距离凸轮回转中心最近位置

33、到距离凸轮回转中心最远位置的过程，称为推程。相应移动的距离h称为行程22s68当凸轮匀速转动时，顶杆在上升和下降的过程中都作等速运动。顶杆的位移、速度、加速度见右图。等速运动的凸轮机构加速度大、冲击力大，适用于低速、轻载的场合。1 1、等速运动规律（刚性冲击）、等速运动规律（刚性冲击）图5-35 69等加速运动：等加速运动：顶杆上升或下降时，前半段时间作等加速运动。等减速运动：顶杆上升或下降时，后半段时间作等减速运动。顶杆的位移、速度、加速度见右图。2 2、等加速、等减速运动规律、等加速、等减速运动规律 70149410h142356o tt等加速等减速运动规律从动件位移曲线绘制方法等加速等减

34、速运动规律从动件位移曲线绘制方法2s1因为20221tas 当t=1,2,3时,则29 ,24 ,210002aaas 若已知h 1829321201020hashaaht1”2”3”12371顶杆作等加速或等减速运动的意义：V2=a0t s2=a0t2/2缩短运动时间，减小机构冲击。与等速运动比较，等加速、等减速运动所产生的冲击较小（柔性冲击），适用于中速、轻载的场合适用于中速、轻载的场合。723 3、（余弦加速度）简谐运动规律、（余弦加速度）简谐运动规律 质点作匀速圆周运动时，在质点作匀速圆周运动时，在直线上投影点的运动规律直线上投影点的运动规律称为简谐运动规律。如图5-37，质点从点O顺

35、时针转到点6时，它在S2轴线上依次投影出若干个高度，把这些转角和对应的高度画在1S2坐标系中，就得到简谐运动的位移曲线。2s图5-37 余弦加速度运动规律73由加速度曲线看出，质点运动半周的首尾有突变，但是当质点作连续圆周运动时，顶杆不停的升降升运动，加速度曲线就成为连续曲线（见虚线）。这样简谐运动就消除了冲击，故尔可用于高速运动的场合可用于高速运动的场合。 211 cos2hstt211sin2hvttt22211cos2hattt744 4、摆线运动规律（正弦加速度规律）、摆线运动规律（正弦加速度规律） 设有一半径为设有一半径为R的圆，沿纵坐标轴作匀速滚动的圆，沿纵坐标轴作匀速滚动，圆周上

36、圆周上某点某点A在纵坐标轴上投影点的运动规律在纵坐标轴上投影点的运动规律，称为摆线运动规律，见图510。75 由摆线运动规律加速度图可见，顶杆在初始点和终止点的加速度均为零，说明机构运动平稳无冲击，可用于高速场合。可用于高速场合。凸轮机构的设计程序：凸轮机构的设计程序：根据工作要求确定顶杆的运动规律，再据运动规律设计凸轮轮廓，轮廓设计有图解法（精度较低）和解析法（精度较高）两种。1.1.凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计图解法设计凸轮的轮廓图解法设计凸轮的轮廓2.2.用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线1)1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮

37、对心直动尖顶从动件盘形凸轮3)3)滚子直动从动件盘形凸轮滚子直动从动件盘形凸轮4)4)对心直动平底从动件盘形凸轮对心直动平底从动件盘形凸轮2)2)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮偏置直动尖顶从动件盘形凸轮5)5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构摆动尖顶从动件盘形凸轮机构一、凸轮廓线设计方法的基本原理一、凸轮廓线设计方法的基本原理反转原理：反转原理：依据此原理可以用几何作图的方法依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：设计凸轮的轮廓曲线，例如： 给整个凸轮机构施以给整个凸轮机构施以- -时，不影响各构件之间时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合的相对运动，此时，凸

38、轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。O O-3 31 12 23 33 31 11 12 22 260rmin120-1对心直动尖顶对心直动尖顶从动件从动件凸轮机构中，已知凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径rmin，角速度角速度和从动和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶

39、点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1.1.对心直动尖顶对心直动尖顶从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 6012090901 3 5 7 8911 13 15s91113121410911 13 151 3 5 7 8O OeA A偏置直动尖顶偏置直动尖顶从动件从动件凸轮机构中，凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rmin，角速度角速度和从动件的运动规律和偏心距和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。设

40、计该凸轮轮廓曲线。2.2.偏置直动尖顶偏置直动尖顶从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮13578911131214-612345781514131211109设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin; ; 反向等分各运动角反向等分各运动角; ; 确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置; ; 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8 601209090ss911 13 151 3 5 7 8rmin

41、A120-1设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。135789111312142345 67 8910111213146090901876543214131211109理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓作各位置滚子圆的内作各位置滚子圆的内( (外外) )包络线。包络线。3.3.滚子直动从动件盘形凸轮滚子直动从动件盘形凸轮滚子直动从动件凸轮机构中，已

42、知凸轮滚子直动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径的基圆半径rmin，角速度角速度和从动件的和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 601209090a工作轮廓的曲率半径，工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径， rT滚子半径滚子半径rT arT rT 轮廓失真轮廓失真滚子半径的确定滚子半径的确定arT rT arT0轮廓正常轮廓正常轮廓变尖轮廓变尖内凹内凹arTrTrT rT arT 轮廓正常轮廓正常外凸外凸rTas911 13 151 3 5 7 8rmin对心直动平底对心直动平底从动件从动件凸轮机构中，已知凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径

43、凸轮的基圆半径rmin，角速度角速度和从动和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：设计步骤：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。作平底直线族的内包络线。作平底直线族的内包络线。4.4.对心直动平底对心直动平底从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮8765432191011121314-A13578911131214123456781514131211109 601209090对平底推杆凸轮

44、机构，也有失真现象。对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。Ormin可通过增大可通过增大r rminmin解决此问题。解决此问题。rmin三、摆动三、摆动从动件从动件盘形凸轮机构盘形凸轮机构2max18012060o1 2 3 4 5 67 8 910（1）作出角位移线图；（2）作初始位置；（4）找从动件反转后的一系列位置AiBi，再按角位移规律得 C1、C2、 等点，即为凸轮轮廓上的点。A1A2A3A5A6A7A8A9A10A40000000000（3）按- 方向划分圆R得A0、 A1、A2等点；即得机架 反转的一系列位置；0rbB0L18060120B1B2B3B4B5B6B7B8B9B101

45、C12C23C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-凸轮机构的压力角与作用力的关系凸轮机构的压力角与作用力的关系图中：图中：VA2=V2是顶杆绝对速度；是顶杆绝对速度；VA1是凸轮上是凸轮上A点的速度，点的速度，又称牵连速度；又称牵连速度；VA2A1是顶杆相对凸轮的是顶杆相对凸轮的 速度，简称相对速度。速度，简称相对速度。式中均为顶杆运动规律参数，是设计的上游式中均为顶杆运动规律参数，是设计的上游尺寸，只有基圆半径是结构尺寸，即压力角与基圆半径有尺寸，只有基圆半径是结构尺寸，即压力角与基圆半径有关。关。 小，机构紧凑，但大，传力性能差，适于受力小；小，机构紧凑，但大，传力性能差，适于受力

46、小； 大，机构庞大，但小，传力性能好，适于受力大。大，机构庞大，但小，传力性能好，适于受力大。1202)( srVtg 122S、V0r0rOA87测试题测试题1：图示为一偏置直动从动件盘形凸轮。已知AB段为推程段廓线，试在图上标注推程运动角t。BABt以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。O特别强调：推程运动角并非推程廓线所对应的圆心角特别强调：推程运动角并非推程廓线所对应的圆心角过B点作偏距圆的下切线，此线为凸轮与从动件在B点接触时，导路的方向线。图中为推程运动角的标法。882：图示为一偏置直动从动件盘形凸轮。已知凸轮为以C为圆心的圆盘，问作图标示尖顶从动件与凸轮在D点接触时压力角。D

47、ODOvF延长导路方向线。以延长导路方向线。以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。 如图所示。 过过D点作偏距圆的下切线，此线为凸轮与从动件在点作偏距圆的下切线，此线为凸轮与从动件在D点接触时，点接触时，导路的方向线导路的方向线连接连接OD凸轮与从动件在凸轮与从动件在D点接触时的压力角如图所示。点接触时的压力角如图所示。（从动件速度方向）。（从动件速度方向）。（正压力方向）（正压力方向）89第三节步进传动第三节步进传动一、棘轮机构一、棘轮机构外接棘轮机构(点击图片演示动画)内接棘轮机构摩擦式棘轮机构(点击图片演示动画)1 1 、棘轮机构的工作原理和类型

48、、棘轮机构的工作原理和类型90、棘轮机构的特点和应用、棘轮机构的特点和应用优点：优点：结构简单、运动可靠、调整方便；缺点：缺点：有噪声和冲击、容易磨损。应用：应用：低速、轻载下实现间歇运动。91工作台的横向进给指垂直于刨刀运动方向图中：1、2 齿轮机构2、3、4 曲柄摇杆机构4、5、7 棘轮机构6 丝杠齿轮1匀速转动，摇杆4带动棘爪往复运动，棘轮带动丝杠间歇单向转动，丝母（图中未画出）带动工作台及工件横向进给。改变滑块A的位置可改进横向进给量。牛头刨床工作台的横向进给机构(点击图片演示动画)92 93二二 槽轮机构槽轮机构1 1、 槽轮机构的工作原理和类型槽轮机构的工作原理和类型外啮合槽轮机构(点击图片演示动画)图5-44 内槽轮步进机构942 2、槽轮机构的主要参数、槽轮机构的主要参数953 3、槽轮机构的特点及应用、槽轮机构的特点及应用l特点：特点：结构简单、工作可靠、一个啮合周期内时而平稳，时而冲击，能准确控制转角，但不能调节转角。l应用：应用：低速、间歇转动的装置中。96三、不完全齿轮机构三、不完全齿轮机构锁止弧S防止从动轮在停歇期间游动外啮合不完全齿轮机构 97不完全齿轮机构的特点和应用不完全齿轮