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机械力学与设计基础李铁成主编机械力学与设计基础李铁成主编第九章凸轮机构和其他常用机构第一节凸轮机构的应用和分类

第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律

第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计

第四节凸轮机构设计中的几个问题

第五节棘轮机构

第六节槽轮机构

第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构第九章凸轮机构和其他常用机构第一节凸轮机构的应用和分类第一节凸轮机构的应用和分类图9-1内燃机配气机构

1—凸轮2—气门杆3—机架一、凸轮机构的应用第一节凸轮机构的应用和分类图9-1内燃机配气机构

1—凸第一节凸轮机构的应用和分类9M2.tif第一节凸轮机构的应用和分类9M2.tif第一节凸轮机构的应用和分类二、凸轮机构的类型

1.按凸轮的形状分类

(1)盘形凸轮它是凸轮的最基本形式。

(2)移动凸轮第一节凸轮机构的应用和分类二、凸轮机构的类型

1.按凸轮的第一节凸轮机构的应用和分类9M3.tif(3)圆柱凸轮如图9-2所示，这种凸轮可认为是将移动凸轮卷成圆柱体演化而成的。第一节凸轮机构的应用和分类9M3.tif(3)圆柱凸轮如第一节凸轮机构的应用和分类2.按从动件的结构形式分类

(1)尖顶从动件如图9-3所示，尖顶能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而从动件能实现任意运动。第一节凸轮机构的应用和分类2.按从动件的结构形式分类

(1第一节凸轮机构的应用和分类

(2)滚子从动件如图9-2所示，这种凸轮机构的从动件耐磨损，第一节凸轮机构的应用和分类

(2)滚子从动件如图9-2所第一节凸轮机构的应用和分类可以承受较大的载荷，故应用最广泛。

(3)平底从动件如图9-1所示，这种凸轮机构的从动件底面与凸轮之间易于形成楔形油膜，故常用于高速凸轮机构。

3.按凸轮与从动件锁合的方式分类

(1)力锁合利用从动件的自重力、弹簧力(图9-1)或其他外力使从动件与凸轮保持接触。

(2)几何锁合它依靠凸轮和从动件的特殊几何关系而始终维持接触。第一节凸轮机构的应用和分类可以承受较大的载荷，故应用最广泛第一节凸轮机构的应用和分类9M5.tif第一节凸轮机构的应用和分类9M5.tif第一节凸轮机构的应用和分类9M6.tif第一节凸轮机构的应用和分类9M6.tif第一节凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构设计的基本问题

1)凸轮机构类型的选择：确定凸轮形状、从动件形状与运动形式及凸轮与从动件维持接触的方式。

2)从动件运动规律设计：根据应用场合对从动件行程和运动特性的要求，确定从动件的运动规律。

3)凸轮机构基本参数设计：确定从动件行程、各运动角、凸轮基圆半径、偏距、滚子半径、中心距、从动件长度等。

4)凸轮轮廓曲线设计。

5)凸轮机构结构设计(从略，详细可参阅相关资料)。第一节凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构设计的基本问题

1)第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律一、凸轮机构的运动过程和基本参数第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律一、凸轮机构的运第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M7.tif二、从动件的运动规律第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M7.tif二第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M8.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M8.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律图9-9等加速—等减速运动第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律图9-9等加速第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M10.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M10.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M11.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M11.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律表9-1基本运动规律的运动方程第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律表9-1基本运第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律表9-1基本运动规律的运动方程第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律表9-1基本运第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律三、组合运动规律第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律三、组合运动规律第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M12.tif四、设计从动件运动规律时应注意的问题

1)vmax愈大，动量mv愈大。第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M12.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律2)amax愈大，惯性力愈大，作用在高副接触处的应力愈大，对机构的强度和耐磨性要求也就愈高。9M13.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律2)amax愈大第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计一、图解法设计凸轮轮廓

1.直动从动件盘形凸轮廓线第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计一、图解法设计凸轮轮廓

1.直第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M14.tif1)以r0为半径作基圆，以e为半径作偏距圆。第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M14.tif1)以r0为半第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计2)将位移线图s-φ的推程运动角和回程运动角分别作若干等分(图9-14b中各为4等分)。

3)自OC0开始，沿“-ω”的方向取推程运动角(180°)、远休止角(30°)、回程运动角(90°)、近休止角(60°)，在基圆上得C4、C5、C9。

4)过点C1、C2、C3、……作偏距圆的一系列切线，它们便是反转后从动件导路的一系列位置。

5)沿以上各切线自基圆开始量取从动件相应的位移量，即取线段C1B1=11′、C2B2=22′、C3B3=33′、……，得反转后尖顶的一系列位置B1、B2、B3、……。

6)将B0、B1、B2、……连成光滑曲线(B4和B5之间以及B9和B0之间均为以O为圆心的圆弧)，便得到所求的凸轮轮廓曲线。第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计2)将位移线图s-φ的推程运动第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M15.tif第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M15.tif第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M16.tif第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M16.tif第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计2.摆动从动件盘形凸轮机构

1)将ψ-φ线图的推程运动角和回程运动角分为若干等分(图中各为4等分)。

2)根据给定的中心距a定出O、A0的位置。

3)以O为中心、OA0为半径画圆。第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计2.摆动从动件盘形凸轮机构

1第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M17.tif4)以A1、A2、A3、……为中心、l为半径作一系列圆弧，分别与基圆交于C1、C2、C3、……，自A1C1、A2C2、A3C3、……开始，第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M17.tif4)以A1、A第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计向外量取与图9-17b所示对应的从动件摆角ψ1、ψ2、ψ3、……，得到从动件相对于凸轮的一系列位置A1B1、A2B2、A3B3、……。

5)将点B0、B1、B2、……连成光滑曲线，便得到摆动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。

二、解析法设计凸轮轮廓

1.理论轮廓曲线方程

2.实际轮廓曲线方程第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计向外量取与图9-17b所示对应第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M18.tif3.刀具中心轨迹方程第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M18.tif3.刀具中心轨第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计图9-19凸轮加工刀具中心轨迹第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计图9-19凸轮加工刀具中心轨第四节凸轮机构设计中的几个问题9M20.tif二、按许用压力角确定凸轮回转中心位置和基圆半径一、凸轮机构的压力角和自锁第四节凸轮机构设计中的几个问题9M20.tif二、按许用压第四节凸轮机构设计中的几个问题9M21.tif四、滚子半径rT的确定三、按轮廓曲线全部外凸的条件确定平底从动件盘形凸轮的基圆半径r0第四节凸轮机构设计中的几个问题9M21.tif四、滚子半径第四节凸轮机构设计中的几个问题图9-22滚子半径的确定第四节凸轮机构设计中的几个问题图9-22滚子半径的确定第五节棘轮机构一、棘轮机构的工作原理

二、棘轮机构的类型、特点及应用

1.齿式棘轮机构

(1)单向式棘轮机构(图9-23)其特点是摇杆向一个方向摆动时，棘轮沿同方向转过某一角度；而摇杆反向摆动时，棘轮静止不动或向同一方向转动。第五节棘轮机构一、棘轮机构的工作原理

二、棘轮机构的第五节棘轮机构图9-23齿式棘轮机构

a)1—摇杆2—机架3—棘轮4—驱动棘爪5—止回棘爪

b)1—主动件2—机架3—棘轮4—驱动棘爪5—止回棘爪

c)1—主动件2—驱动棘爪3—棘轮

d)1—主动件2—机架3—棘轮4—止回棘爪5—驱动棘爪第五节棘轮机构图9-23齿式棘轮机构

a)1—摇杆第五节棘轮机构(2)双向式棘轮机构(图9-26)其特点是当棘爪2在图示位置时，棘轮3沿逆时针方向做间歇转动；若将棘爪提起(销子拔出)，并绕自身轴线转180°后放下(销子插入)，则可实现棘轮沿顺时针方向间歇转动。第五节棘轮机构(2)双向式棘轮机构(图9-26)其第五节棘轮机构9M24.tif第五节棘轮机构9M24.tif第五节棘轮机构图9-25棘轮齿形第五节棘轮机构图9-25棘轮齿形第五节棘轮机构9M26.tif第五节棘轮机构9M26.tif第五节棘轮机构图9-27棘轮转角可调的棘轮机构

第五节棘轮机构图9-27棘轮转角可调的棘轮机构

第五节棘轮机构

2.摩擦式棘轮机构第五节棘轮机构

2.摩擦式棘轮机构第五节棘轮机构9M29.tif三、齿式棘轮机构的设计第五节棘轮机构9M29.tif三、齿式棘轮机构的设计第五节棘轮机构9M30.tif第五节棘轮机构9M30.tif第六节槽轮机构9M31.tif二、槽轮机构的类型、特点及应用一、槽轮机构的工作原理第六节槽轮机构9M31.tif二、槽轮机构的类型、特第六节槽轮机构9M32.tif第六节槽轮机构9M32.tif第六节槽轮机构图9-33球面槽轮机构

1—主动件2—球面槽轮3—圆柱销三、槽轮机构的设计第六节槽轮机构图9-33球面槽轮机构

1—主动件第六节槽轮机构9M34.tif第六节槽轮机构9M34.tif第六节槽轮机构9M35.tif第六节槽轮机构9M35.tif第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构一、不完全齿轮机构

1.不完全齿轮机构的工作原理

2.不完全齿轮机构的类型、特点及应用第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构一、不完全齿轮机构第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构图9-36外啮合不完全齿轮机构第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构图9-36外啮合第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构9M37.tif第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构9M37.tif第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构9M38.tif第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构9M38.tif第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构9M39.tif二、凸轮式间歇运动机构

1.凸轮式间歇运动机构第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构9M39.tif二第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构2.凸轮式间歇运动机构的类型、特点及应用第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构2.凸轮式间歇运动第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构9M40.tif第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构9M40.tif第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构9M41.tif第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构9M41.tif机械力学与设计基础李铁成主编机械力学与设计基础李铁成主编第九章凸轮机构和其他常用机构第一节凸轮机构的应用和分类

第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律

第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计

第四节凸轮机构设计中的几个问题

第五节棘轮机构

第六节槽轮机构

第七节不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构第九章凸轮机构和其他常用机构第一节凸轮机构的应用和分类第一节凸轮机构的应用和分类图9-1内燃机配气机构

1—凸轮2—气门杆3—机架一、凸轮机构的应用第一节凸轮机构的应用和分类图9-1内燃机配气机构

1—凸第一节凸轮机构的应用和分类9M2.tif第一节凸轮机构的应用和分类9M2.tif第一节凸轮机构的应用和分类二、凸轮机构的类型

1.按凸轮的形状分类

(1)盘形凸轮它是凸轮的最基本形式。

(2)移动凸轮第一节凸轮机构的应用和分类二、凸轮机构的类型

1.按凸轮的第一节凸轮机构的应用和分类9M3.tif(3)圆柱凸轮如图9-2所示，这种凸轮可认为是将移动凸轮卷成圆柱体演化而成的。第一节凸轮机构的应用和分类9M3.tif(3)圆柱凸轮如第一节凸轮机构的应用和分类2.按从动件的结构形式分类

(1)尖顶从动件如图9-3所示，尖顶能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而从动件能实现任意运动。第一节凸轮机构的应用和分类2.按从动件的结构形式分类

(1第一节凸轮机构的应用和分类

(2)滚子从动件如图9-2所示，这种凸轮机构的从动件耐磨损，第一节凸轮机构的应用和分类

(2)滚子从动件如图9-2所第一节凸轮机构的应用和分类可以承受较大的载荷，故应用最广泛。

(3)平底从动件如图9-1所示，这种凸轮机构的从动件底面与凸轮之间易于形成楔形油膜，故常用于高速凸轮机构。

3.按凸轮与从动件锁合的方式分类

(1)力锁合利用从动件的自重力、弹簧力(图9-1)或其他外力使从动件与凸轮保持接触。

(2)几何锁合它依靠凸轮和从动件的特殊几何关系而始终维持接触。第一节凸轮机构的应用和分类可以承受较大的载荷，故应用最广泛第一节凸轮机构的应用和分类9M5.tif第一节凸轮机构的应用和分类9M5.tif第一节凸轮机构的应用和分类9M6.tif第一节凸轮机构的应用和分类9M6.tif第一节凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构设计的基本问题

1)凸轮机构类型的选择：确定凸轮形状、从动件形状与运动形式及凸轮与从动件维持接触的方式。

2)从动件运动规律设计：根据应用场合对从动件行程和运动特性的要求，确定从动件的运动规律。

3)凸轮机构基本参数设计：确定从动件行程、各运动角、凸轮基圆半径、偏距、滚子半径、中心距、从动件长度等。

4)凸轮轮廓曲线设计。

5)凸轮机构结构设计(从略，详细可参阅相关资料)。第一节凸轮机构的应用和分类三、凸轮机构设计的基本问题

1)第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律一、凸轮机构的运动过程和基本参数第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律一、凸轮机构的运第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M7.tif二、从动件的运动规律第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M7.tif二第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M8.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M8.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律图9-9等加速—等减速运动第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律图9-9等加速第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M10.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M10.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M11.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M11.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律表9-1基本运动规律的运动方程第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律表9-1基本运第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律表9-1基本运动规律的运动方程第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律表9-1基本运第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律三、组合运动规律第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律三、组合运动规律第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M12.tif四、设计从动件运动规律时应注意的问题

1)vmax愈大，动量mv愈大。第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律9M12.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律2)amax愈大，惯性力愈大，作用在高副接触处的应力愈大，对机构的强度和耐磨性要求也就愈高。9M13.tif第二节凸轮机构的基本参数和从动件的运动规律2)amax愈大第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计一、图解法设计凸轮轮廓

1.直动从动件盘形凸轮廓线第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计一、图解法设计凸轮轮廓

1.直第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M14.tif1)以r0为半径作基圆，以e为半径作偏距圆。第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M14.tif1)以r0为半第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计2)将位移线图s-φ的推程运动角和回程运动角分别作若干等分(图9-14b中各为4等分)。

3)自OC0开始，沿“-ω”的方向取推程运动角(180°)、远休止角(30°)、回程运动角(90°)、近休止角(60°)，在基圆上得C4、C5、C9。

4)过点C1、C2、C3、……作偏距圆的一系列切线，它们便是反转后从动件导路的一系列位置。

5)沿以上各切线自基圆开始量取从动件相应的位移量，即取线段C1B1=11′、C2B2=22′、C3B3=33′、……，得反转后尖顶的一系列位置B1、B2、B3、……。

6)将B0、B1、B2、……连成光滑曲线(B4和B5之间以及B9和B0之间均为以O为圆心的圆弧)，便得到所求的凸轮轮廓曲线。第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计2)将位移线图s-φ的推程运动第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M15.tif第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M15.tif第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M16.tif第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M16.tif第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计2.摆动从动件盘形凸轮机构

1)将ψ-φ线图的推程运动角和回程运动角分为若干等分(图中各为4等分)。

2)根据给定的中心距a定出O、A0的位置。

3)以O为中心、OA0为半径画圆。第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计2.摆动从动件盘形凸轮机构

1第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M17.tif4)以A1、A2、A3、……为中心、l为半径作一系列圆弧，分别与基圆交于C1、C2、C3、……，自A1C1、A2C2、A3C3、……开始，第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M17.tif4)以A1、A第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计向外量取与图9-17b所示对应的从动件摆角ψ1、ψ2、ψ3、……，得到从动件相对于凸轮的一系列位置A1B1、A2B2、A3B3、……。

5)将点B0、B1、B2、……连成光滑曲线，便得到摆动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。

二、解析法设计凸轮轮廓

1.理论轮廓曲线方程

2.实际轮廓曲线方程第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计向外量取与图9-17b所示对应第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M18.tif3.刀具中心轨迹方程第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计9M18.tif3.刀具中心轨第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计图9-19凸轮加工刀具中心轨迹第三节盘形凸轮轮廓曲线的设计图9-19凸轮加工刀具中心轨第四节凸轮机构设计中的几个问题9M20.tif二、按许用压力角确定凸轮回转中心位置和基圆半径一、凸轮机构的压力角和自锁第四节凸轮机构设计中的几个问题9M20.tif二、按许用压第四节凸轮机构设计中的几个问题9M21.tif四、滚子半径rT的确定三、按轮廓曲线全部外凸的条件确定平底从动件盘形凸轮的基圆半径r0第四节凸轮机构设计中的几个问题9M21.tif四、滚子半径第四节凸轮机构设计中的几个问题图9-22滚子半径的确定第四节凸轮机构设计中的几个问题图9-22滚子半径的确定第五节棘轮机构一、棘轮机构的工作原理

二、棘轮机构的类型、特点及应用

1.齿式棘轮机构

(1)单向式棘轮机构(图9-23)其特点是摇杆向一个方向摆动时，棘轮沿同方向转过某一角度；而摇杆反向摆动时，棘轮静止不动或向同一方向转动。第五节棘轮机构一、棘轮机构的工作原理

二、棘轮机构的第五节棘轮机构图9-23齿式棘轮机构

a)1—摇杆2—机架3—棘轮4—驱动棘爪5—止回棘爪

b)1—主动件2—机架3—棘轮4—驱动棘爪5—止回棘爪

c)1—主动件2—驱动棘爪3—棘轮

d)1—主动件2—机架3—棘轮4—止回棘爪5—驱动棘爪第五节棘轮机构图9-23齿式棘轮机构

a)1—摇杆第五节棘轮机构(2)双向式棘轮机构(图9-26)其特点是当棘爪2在图示位置时，棘轮3沿逆时针方向做间歇转动；若将棘爪提起(销子拔出)，并绕自身轴线转180°后放下(销子插入)，则可实现棘轮沿顺时针方向间歇转动。第五节棘轮机构(2)双向式棘轮机构(图9-26)其第五节棘轮机构9M24.tif第五节棘轮机构9M24.tif第五节棘轮机构图9-25棘轮齿形第五节棘轮机构图9-25棘轮齿形第五节棘轮机构9M26.tif第五节棘轮机构9M26.tif