第3、4章 凸轮机构、间歇机构

第3章凸轮机构

——《机械设计基础》

图1内燃机配气凸轮机构一、凸轮机构的概述1、凸轮机构的应用图2绕线机凸轮机构图3圆柱凸轮送料机构图4靠模车削机构图5双凸轮组合写R字机图6冲床装卸料移动凸轮机构2、凸轮机构的组成凸轮从动件机架凸轮机构凸轮机架从动件优点：结构简单、紧凑，易于设计。缺点：易磨损，制造困难，适用于传力不大的控制机构。3、凸轮机构的分类按凸轮形状分类

盘形凸轮移动凸轮

圆柱凸轮凸轮绕固定轴转动且径向变化的盘形零件。回转半径无限大，凸轮作往复移动。在圆柱面上开有曲线凹槽的构件。按从动件型式分类尖顶从动件滚子从动件平底从动件

与凸轮是点接触，只用于受力小的低速机构；尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触，传动精确滚动磨擦，传递载荷较大，应用极广；凸轮凹陷轮廓未必能很好地与滚子接触，影响实现预期的运动规律。受力较好，效率高，接触面油膜易形成，利于润滑，可用于高速。按从动件运动形式分类直动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构力锁合几何锁合按凸轮与从动件的锁合方式分类对心平底直动从动件盘形凸轮机构如何通过分析凸轮机构的运动过程，计算从动件上升距离h、画出从动件最高位置?二、凸轮机构的运动过程凸轮机构ADCB

ri向径：凸轮轮廓上的任意一点到凸轮回转中心的距离。用ri表示。Aior0基圆：以凸轮的转动中心为圆心，以凸轮的最小向径为半径所作的圆。用r0表示。1、基本专业术语凸轮机构的工作过程运动过程1：推程r0hB’ωABδt升程：从动件在推程中所走过的径向距离h。o推程：从动件从上升起始位置A点开始被凸轮轮廓以一定的运动规律推动，当凸轮由A到达距O点最远位置B时，从动件由A到B’的过程。推程运动角

：与推程对应的凸轮转角。δt2、凸轮机构的运动过程r0B’ωACB远休：当凸轮继续以O点为中心转过圆弧BC时，从动件因与O点的距离保持不变而在最远位置停留不动的过程。δs运动过程2：远休远休止角

：与远休过程对应的凸轮转角。δsr0B’ωADC回程：凸轮继续回转，曲线CD使从动件在弹簧力或重力作用下，以一定的运动规律回到距O点最近位置的过程。δh回程运动角δh

：与回程对应的凸轮转角。运动过程3：回程r0ωAD近休：在凸轮基圆段DA，从动件保持最近位置不动的过程。δ’h近休止角δ’h：与近休过程对应的凸轮转角。运动过程4：近休r0hB’oδsδhδtδ’sωADCB凸轮机构的运动过程：推程→远休→回程→近休1.推程2.远休3.回程4.近休r0hB’otδsδsδsδ'sδ‘sδtδtδhδhωADCB位移线图s-δ

：描述从动件位移s与凸轮转角φ之间关系的图形。

3、位移线图s-δ

凸轮机构的运动过程r0hB’otδsδ01δ01δ02δ02δ0δ0δ’0δ’0ωADCB

1、基圆：以凸轮的转动中心O为圆心，以凸轮的最小向径为半径r0所作的圆。r0称为凸轮的基圆半径

2、推程、推程运动角

3、远休、远休止角

4、回程、回程运动角

5、近休、近休止角

6、行程h：从动杆在推程或回程中移动的距离h7、位移线图s-φ：描述位移s与凸轮转角φ之间关系的图形推程→远休→回程→近休→推程r0δ0δ01δ’0δ02hotδsδsδ'sδtδhhotδsδsδ'sδtδhhotδsδsδ'sδtδh推程—回程思考：对于直动从动件盘形凸轮机构，都是包括推程→远休→回程→近休的运动过程吗？OO’AB对于凸轮机构中的从动件，如何根据实际应用选择其运动规律？三、凸轮从动件运动规律及选择1、凸轮从动件运动规律

从动件在开始和终止的瞬时，速度有突变，加速度a在理论上为无穷大，其惯性力将引起刚性冲击。所以，等速运动只适用于低速。刚性冲击：

由于加速度发生无穷大突度而引起的冲击称为刚性冲击。

0aa=0

0sh

0vv刚性冲击（1）等速运动规律柔性冲击：加速度发生有限值的突变（适用于中速场合）

从加速度线图可看出，加速度a在始未及中点处有有限值的突变，因而惯性力也发生突变。这种有限值的惯性力突变，将产生柔性冲击，所以，等加速等减速运动用于低、中速场合（2）等加速-等减速运动

由加速度线图可知：这种运动规律的从动件在行程的始点和终点有柔性冲击。但当加速度曲线保持连续时，这种规律的运动就能避免冲击。（3）简谐运动--余弦加速度运动柔性冲击（4）简谐运动--正弦加速度运动

由加速度线图可知，从动件在起点和终点的加速度均为零，并且在整个过程中，加速度曲线是连续的，没有加速度突变，因此没有刚性冲击，也没有柔性冲击,适用于高速无冲击！从动件的运动规律是指从动件的位移S、速度V、加速度a随时间t或凸轮转角￠变化的规律。

从动件常用运动规律特性比较运动规律冲击推荐应用范围等速运动刚性冲击低速轻载等加速-等减速运动柔性冲击中速轻载余弦加速度运动柔性冲击中速正弦加速度运动无冲击高速2、从动件的运动规律选择总结凸轮机构概述凸轮机构从动件的运动过程凸轮机构从动件的运动规律选择第4章

间歇机构

——《机械设计基础》

思考：牛头刨床中，采用何种机构实现工作台横向进给功能？牛头刨床间歇运动机构在机器工作时，当主动件作连续运动时，常需要从动件产生周期性的运动和停歇，实现这种运动的机构，称为间歇运动机构。主动件连续转动或往复摆动或往复移动

从动件间歇转动或间歇移动1、棘轮机构的组成、工作原理摇杆棘轮（主动、驱动）棘爪制动（止回）棘爪机架棘轮机构一、棘轮间歇机构当摇杆作连续的往复摆动时，棘轮将作单向间歇转动。工作过程摇杆逆时针摆动——棘爪插入齿槽——棘轮转过角度——制动爪划过齿背摇杆顺时针摆动——棘爪划过脊背——制动爪阻止棘轮作顺时针转动——棘轮静止不动齿式棘轮机构摩擦式棘轮机构内啮合外啮合单向间歇转动单向间歇移动双动式棘轮机构双向式棘轮机构按机构分按啮合方式分按运动形式分齿式摩擦式齿式摩擦式摆动式转动式2、棘轮机构的分类外接齿式棘轮机构内接齿式棘轮机构外接摩擦式棘轮机构内接摩擦式棘轮机构双向棘轮机构双动式棘轮机构棘条间隙移动3、棘轮转角的调节a.调节摇杆摆动角度的大小，控制棘轮的转角。b.用遮板调节棘轮转角。4、棘轮机构的特点与应用优点：结构简单、制造方便；改变转角大小方便；缺点：工作时冲击和噪声较；只能做有级调节，运动精度低；应用场合：低速、低载间歇进给（牛头刨床工作台的横向进给机构）制动（卷扬机、提升机以及运输机等）转位分度（手枪盘）超越运动（自行车前进行驶）应用

1234应用实例：牛头刨床工作台横向进给棘轮机构卷扬机中利用棘轮机构实现制动，防止链条或带断裂时卷筒逆转。应用实例：卷扬机制动手枪盘中利用棘轮机构实现转位分度功能应用实例：手枪盘转位分度应用实例：自动送料间歇进给运动应用实例：自行车后轴利用棘轮机构实现超越运动。知识点1：槽轮机构的组成、工作原理具有圆柱销的主动销轮具有直槽的从动槽轮机架槽轮机构圆柱销主动销轮从动槽轮二、槽轮间歇机构工作过程当拨盘上的圆柱销没有进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁止弧面被拨盘上的外凸锁止弧面卡住，槽轮静止不动。当圆柱销进入槽轮的径向槽时，锁止弧面被松开，则圆柱销驱动槽轮转动。当拨盘上的圆柱销离开径向槽时，下一个锁止弧面又被卡住，槽轮又静止不动。知识点2：槽轮机构的分类内槽轮机构外槽轮机构1）平面槽轮机构特点：外啮合式啮合机构，主从动构件运动方向相反。特点：内啮合式啮合机构，主从动构件运动方向相同。2）空间槽轮机构特点：传递相交轴的运动。当要求槽轮在转动一周中实现多个不同的运动时间和间歇时间时，可增加主动拨盘上的圆销数，且让其按要求分布在不同的半径和不同的角度上。3）其它型式的槽轮机构知识点3：槽轮槽数z和拨盘圆柱销数k的选择由上式可知：1.由于τ

必须大于零，所以z应≧3。2.单圆柱销槽轮机构的运动系数t总小于0.5，也就是说槽轮的运动时间总小于其静止的时间

在一个运动循环内，槽轮的运动时间tm与拨盘的运动时间t之比称为运动系数，用τ

表示。当拨盘作等速转动时，有3.如果要求槽轮机构的t

大于0.5，则可在拨盘上安装多个圆柱销。设拨盘1上均匀分布k个圆柱销，则：由于t应当小于1，故得到：z=3k=1~5z=4或5k=1~3z≧6k=1或2(k、z为整数)知识点4：槽轮机构的特点与应用优点：结构简单，制造容易，工作可靠，能准确控制转角，机械效率高。与棘轮机构相比，工作平稳性好。缺点：动程不可调节，转角大小不可太小，销轮和槽轮的主从关系不能互换，起停有冲击。应用：自动机械、轻工机械或仪表中，实现间歇送给和转位功能。间歇进给（电影放映机）转位（自动灌装机）转位（六角车床转塔刀架）应用

123应用实例：电影放映机中以槽轮机构作为送片机构电影放映机卷片机构槽轮2具有四个径向槽,拨盘1上装一个圆销A。拨盘转一周,圆销A拨动槽轮转过1/4周,胶片移动一个画格,并停留一定时间(即放映一个画格)。拨盘继续转动,重复上述运动。利用人眼的视觉暂留特性,当每秒放映24幅画面时即可使人看到连续的画面。应用实例：自动灌装机应用实例：冰激凌自动灌装机应用实例：刀架转位槽轮机构六角车床中通过槽轮机构实现转塔刀架的间歇转位功能。刀架3上可装六把刀具并与具有相应的径向槽的槽轮2固连,拨盘上装有一个圆销A。拨盘每转一周,圆销A进入槽轮一次,驱使槽轮(即刀架)转60°,从而将下一工序的刀具转换到工作位置。知识点1：凸轮间歇机构主动凸轮从动转盘机架凸轮间歇机构三、凸轮间歇机构圆柱凸轮间歇运动机构蜗杆凸轮间歇运动机构优点：结构简单、运转可靠、传动平稳、无噪声，适用于高速、中载和高精度分度的场合。缺点：凸轮加工比较复杂，装配与调整要求也较高。主要应用：轻工机械、冲压机械等高速、高精度的步进进给、分度转位机构中。应用实例：糖果包装机应用实例：灯泡封气机知识点2：不完全齿轮机构主动轮从动轮机架不完全齿轮机构优点：设计灵活、从动轮的运动角范围大，易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动。缺点：加工复杂；在进入和退出啮合时速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于