《机械设计基础》 课件第四章-凸轮机构及间歇运动机构

第四章凸轮机构及间歇运动机构§4.1凸轮机构的类型§4.2从动件的常用运动规律§4.3按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓§4.4设计凸轮机构应注意的问题§4.5

间歇运动机构§4.6凸轮机构及间歇运动机构的应用4.1凸轮机构的类型讨论：①你知道哪些凸轮机构，或者间歇运动机构。②这些机构由哪些零部件组成、各零部件的运动特征怎样。4.1凸轮机构的类型一、按凸轮的形状分类4.1凸轮机构的类型尖顶从动件二、按从动件的型式分类平底从动件滚子从动件4.1凸轮机构的类型s2CDh行程推程运动角远休止角回程运动角近休止角Bos2DrbeABC

凸轮的基圆该位置为初始位置4.2从动件的常用运动规律4.2从动件的常用运动规律常用的从动件运动规律：一、等速运动规律当凸轮以等角速度回转时，若从动件上升或下降的速度为一常数，这种运动规律称为等速运动规律。hOS2v0Ov2Oa2从动件在运动起始位置和终止两瞬时的加速度在理论上由零值突变为无穷大，惯性力也为无穷大。由此的冲击称为刚性冲击。适用于低速场合。4.2从动件的常用运动规律二、等加速等减速运动规律从动件在前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动。149410h1423560s20vvmax0a0ae在o，m，e，各点处的加速度为突然变化的有限值的变化，因而产生有限惯性力的改变，结果将引起所谓柔性冲击。适用于中、低速场合。4.2从动件的常用运动规律三、简谐运动规律质点在圆周上作匀速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动称为简谐运动。1'2'3'4'5'6'ha2123456amax-amaxvmaxv2123456s2柔性冲击4.2从动件的常用运动规律0s2123456四、正弦加速度运动定律无刚性冲击无柔性冲击从动件的加速度采用按正弦曲线变化的运动规律。4.2从动件的常用运动规律选择从动推杆的运动规律时，除考虑冲击外，还应注意各种运动规律的最大速度vmax的影响。最大速度→从动件的最大动量（动量较大时，在从动件起动、停止时会产生较大的冲击）最大加速度→从动件的最大惯性力→动压力（机构零件的强度与运动副的磨损）选择从动杆的运动规律时必须综合考虑。4.2从动件的常用运动规律4.3按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓解析法、作图法一、移动从动件盘形凸轮轮廓的绘制1.对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构反转法原理：假想给整个机构加一公共角速度-ω,则凸轮相对静止不动，而推杆一方面随导轨以-ω绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期的往复移动。推杆尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。设计步骤4.3按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓采用滚子从动件时：注意：凸轮基圆半径指理论廓线的最小半径设计说明：1)将滚子中心看作尖顶，然后按尖顶推杆凸轮廓线的设计方法确定滚子中心的轨迹，称其为凸轮的理论廓线；2)以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径rk为半径，作一系列圆；3)再作此圆族的包络线，即为凸轮工作廓线（实际廓线）。4.3按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓2.尖顶偏置移动从动件盘形凸轮机构设计步骤与对心直动相同偏距圆：以凸轮轴心O为圆心，以偏距e为半径作的圆。应注意的不同点：★先作出基圆和偏距圆，根据推杆偏置方向确定其起始位置。★偏距圆与位移线图对应等分。★推杆在反转运动中依次占据的位置都是偏距圆的切线。4.3按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓（1）按已设计好的运动规律作出位移线图；-（2）按基本尺寸作出凸轮机构的初始位置；（3）按-

方向划分偏距圆得c0、

c1、c2

等点；并过这些点作

偏距圆的切线，即为反转导路线；c1c2c3c4c5c6c7

c0erbO180ºB1B3B4B2B5B8（4）在各反转导路线上量取与位移图相应的位移，得B1、B2、

等点，即为凸轮轮廓上的点。B6c10c8c9B7120ºB9B1060ºB0oS2180º120º60º12345678910h采用滚子从动件时：4.3按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓滚子中心将描绘一条与凸轮廓线法向等距的曲线—理论廓线。rb指的是理论廓线的基圆。4.3按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓

作内包络线，得到凸轮的实际廓线；若同时作外包络线，可形成槽凸轮廓线。4.3按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓二、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制设计要求：运动规律与直动推杆的运动规律相同，所不同的是将从动件的位移改为角位移。4.3按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓180º120º60ºo12345678910（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，得C1、C2、

等点，即为凸轮轮廓上的点。A1A2A3A5A6A7A8A9A10A4

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0（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；

0rb

B0L180°60°120°B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10

1C1

2C2

3C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-用图解法设计凸轮轮廓曲线小结：1）确定基圆和推杆的起始位置；2）作出推杆在反转运动中依次占据的各位置线；3）根据推杆运动规律，确定推杆在反转所占据的各位置线中的尖顶位置，即复合运动后的位置；4）在所占据的各尖顶位置作出推杆高副元素所形成的曲线族；5）作推杆高副元素所形成的曲线族的包络线，即是所求的凸轮轮廓曲线。4.3按给定运动规律设计盘形凸轮轮廓4.4设计凸轮机构应注意的问题一、滚子半径的选择理论轮廓曲线为内凹曲线时，实际轮廓曲线的曲率半径rp为理论轮廓曲线的曲率半径与滚子半径rk之和，即的大小不受的限制理论轮廓曲线为外凸时，rp

=

min-rk

0

minrk

min>rk

0

min=rk

min=rk为避免运动失真，rp

=

min-rk3mm建议：rk0.8

min4.4设计凸轮机构应注意的问题

min<rk

0

minrk

二、压力角的校核自锁移动从动件推程，摆动从动件推程，移动、摆动从动件回程，4.4设计凸轮机构应注意的问题4.4设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构：选定基圆半径rmin,绘制凸轮轮廓曲线对轮廓推程各处的压力角进行校核检验方法：在理论轮廓线比较陡的地方取若干点，作压力角校核。修改设计：加大凸轮基圆半径rmin,使最大压力角αmax减小。三、基圆半径对凸轮机构的影响设计凸轮机构时，凸轮的基圆半径rmin越小，设计的凸轮机构就越紧凑，但是基圆半径过小会引起压力角增大，致使凸轮机构工作情况变坏。4.4设计凸轮机构应注意的问题只能在保证αmax不超过许用值的前提下考虑缩小凸轮的尺寸。O摆杆棘爪棘轮制动棘爪一、棘轮机构1.工作原理4.5间歇运动机构双动式棘轮机构原动杆棘爪棘轮4.5间歇运动机构B´O1BO2可换向的棘轮机构4.5间歇运动机构

ttFfNR

k无棘齿棘轮机构4.5间歇运动机构

B´O1BO2棘条机构4.5间歇运动机构二、棘轮机构的运动设计4.5间歇运动机构4.5间歇运动机构z,m二、槽轮机构1.工作原理槽轮圆柱销拨盘机架4.5间歇运动机构4.5间歇运动机构2.主要参数槽数z运动关系(运动特性系数τ)：4.5间歇运动机构拨盘1等速转动时4.5间歇运动机构

12

012

02

2P´O2S2FPO1E当拨盘上只有一个圆柱销，运动时间总小于静止时间n个圆柱销：要实现槽轮的间歇运动，必须即内啮合槽轮机构4.5间歇运动机构当给出槽轮的径向槽数z，并由结构确定中心距a和圆柱销半径r1之后，外啮合的单圆柱销槽轮机构的主要尺寸，可用下列公式计算：4.5间歇运动机构三、不完全齿轮机构主动轮1为只有一个或几个齿的不完全齿轮，从动轮2可以是普通的完全齿轮，也可以是由正常齿和带锁住弧的厚齿彼此相间组成。4.5