凸轮机构间歇运动机构

一 、 基 本 内 容 及 学 习 要 求二 、 学 习 指 导三 、 典 型 实 例 分 析四 、 复 习 题五 、 复 习 题 参 考 答 案第 四 章 凸 轮 机 构 回 目 录 基 本 内 容(1) 凸 轮 机 构 的 应 用 和 分 类一 、 基 本 内 容 及 学 习 要 求 一 、 基 本 内 容 及 学 习 要 求 学 习 要 求 了 解 凸 轮 机 构 的 应 用 和 分 类 方 法 。 第 一 节 凸 轮 机 构 的 应 用 和 分 类一 、 凸 轮 机 构 的 应 用二 、 工 作 原 理 和 特 点三 、 凸 轮 机 构 的 分 类1.按 凸 轮 的 形 状 分 : （ 1） 盘 形 凸 轮 （ 2） 移 动 凸 轮 （ 3） 圆 柱 凸 轮2.按 从 动 件 的 型 式 分（ 1） 尖 顶 从 动 件（ 2） 滚 子 从 动 件 （ 3） 平 底 从 动 件 内 燃 机 凸 轮 机 构 2. 凸 轮 机 构 的 特 点 优 点 是 ： 只 需 确 定 适 当 的 凸 轮 轮 廓 就 可 使 从 动 件 得 到 任意 预 期 的 运 动 规 律 ， 结 构 简 单 ， 体 积 较 小 ， 易 于 设 计 。 缺 点 是 ： 由 于 凸 轮 与 从 动 件 是 高 副 接 触 ， 压 力 较 大 ， 易磨 损 ， 故 不 宜 用 于 大 功 率 传 动 ； 又 由 于 受 凸 轮 尺 寸 限 制 ， 凸 轮机 构 也 不 适 用 于 要 求 从 动 件 工 作 行 程 较 大 的 场 合 。 第 二 节 从 动 件 的 常 用 运 动 规 律 学 习 从 动 件 常 用 运 动 规 律 时 ， 应 掌 握 如 下 基 本 定 义 （ 参照 教 材 图 3-5a） ： 盘 形 凸 轮 的 基 圆 和 基 圆 半 径 rb； 推 程 和 推 程 运 动 角 h； 远 休 止 角 s； 回 程 和 回 程 运 动 角 h ； 近 休 止 角 s ； 从 动 件 的 升 程 h。 掌 握 等 速 运 动 规 律 (图 3-3 )和 等 加 速 等 减 速 运 动 规 律位 移 (图 3-4) 、 速 度 和 加 速 度 线 图 的 绘 制 方 法 。 图 3-3 等 速 运 动 规 律 的 线 图 、 等 加 速 等 减 速 运 动 规 律 的 位 移 线图 作 图 步 骤 ， 见 图 3-3和 图 3-4。 图 3-4 等 加 速 等 减 速 运 动 规 律 的 速 度 曲 线 是 连 续 的 ， 不 会 出 现 刚 性 冲击 。 但 在 图 中 A、 B、 C三 处 加 速 度 曲 线 有 突 变 ， 会 产 生 有 限 值 的 惯性 力 而 导 致 柔 性 冲 击 。 因 此 ， 这 种 运 动 规 律 只 适 用 于 中 低 速 场 合 。 对 于 上 述 两 种 运 动 规 律 ， 应 能 熟 练 画 出 它 们 的 位 移 线 图 ， 并 能掌 握 两 种 运 动 规 律 分 别 对 机 构 产 生 的 影 响 。 除 上 述 两 种 常 用 的 运 动规 律 外 ， 从 动 件 的 运 动 规 律 还 有 简 谐 运 动 规 律 （ 也 称 余 弦 运 动 规 律） 和 摆 线 运 动 规 律 （ 也 称 正 弦 运 动 规 律 ） 等 。 简 谐 运 动 规 律 起 点 和终 点 也 有 柔 性 冲 击 ； 而 摆 线 运 动 规 律 对 机 构 没 有 任 何 冲 击 。 绘 制 从 动 件 位 移 线 图 时 ， 横 坐 标 代 表 凸 轮 转 角 或 时 间 ， 比例 尺 可 任 意 选 取 ， 而 不 影 响 凸 轮 轮 廓 的 设 计 。 对 于 直 动 从 动 件 ， 其纵 坐 标 代 表 位 移 ， 它 的 比 例 尺 最 好 与 凸 轮 轮 廓 的 比 例 尺 相 同 ， 以 便在 位 移 线 图 上 直 接 截 取 线 段 绘 制 凸 轮 轮 廓 。 对 于 摆 动 从 动 件 凸 轮 机构 的 绘 制 ， 本 教 材 未 作 要 求 ， 如 需 了 解 可 参 阅 机 械 原 理 教 材 。 3-3. 图 解 法 绘 制 凸 轮 轮 廓 要 求 能 应 用 反 转 法 原 理 绘 制 直 动 从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构 的 凸轮 轮 廓 曲 线 。 根 据 从 动 件 的 位 置 ， 可 将 直 动 从 动 件 盘 形 凸 轮 机构 分 为 对 心 和 偏 置 两 种 结 构 （ 图 3-5， 图 3-6） 。图 3-5 图 3-6 “ 反 转 法 ” 设 计 凸 轮 轮 廓的 原 理 ， 见 图 3-7： 假 设 凸 轮 静 止 不 动 ， 从 动件 一 方 面 随 导 路 以 - 1转 动 ， 同时 从 动 件 又 沿 导 路 作 往 复 运 动。 可 画 出 从 动 件 的 各 对 应 位 置， 顶 点 的 运 动 轨 迹 就 是 凸 轮 的轮 廓 曲 线 。 图 3-7 (1) 滚 子 从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构 ， 在 绘 制 凸 轮 轮 廓 时 要 把 滚 子 中 心视 为 尖 顶 从 动 件 的 尖 顶 ， 按 其 作 图 方 法 绘 出 一 条 理 论 廓 线 0， 再以 0上 各 点 为 圆 心 ， 以 滚 子 半 径 为 半 径 ， 画 一 系 列 小 圆 ， 然 后 作这 些 圆 的 内 包 络 线 ， 便 是 滚 子 从 动 件 盘 形 凸 轮 的 实 际 廓 线 。 滚 子从 动 件 盘 形 凸 轮 的 基 圆 仍 在 理 论 轮 廓 上 度 量 。 这 里 需 要 说 明 的 是 ，在 设 计 滚 子 从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构 时 ， 常 会 认 为 图 3-8由 理 论 廓 线 0画 一 系 列 滚 子 ， 再 作 包 络 线 求 实 际 廓 线 的 方 法 太 麻 烦 ， 而 采 用 从理 论 轮 廓 上 B0、 B1、 B2、 B3 , 沿 相 应 导 路 截 取 线 段 等 于 滚 子 半 径得 到 各 点 ， 将 这 些 点 连 接 起 来 即 可 找 到 “ 实 际 轮 廓 曲 线 ” 。 然 而 由图 4-4a可 以 看 出 ， 当 从 动 件 上 升 或 下 降 时 ， 实 际 轮 廓 线 与 滚 子 的 切点 大 多 不 在 导 路 上 。 因 此 ， 上 述 作 图 方 法 是 不 正 确 的 。 (2) 对 于 偏 置 从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构 的 设 计 ， 正 确 地 划 分 凸 轮 的运 动 角 是 非 常 重 要 的 ， 见 图 3-9。 图 3-8 图 3-9 3-4 凸 轮 机 构 设 计 中 应 注 意 的 几 个 问 题 滚 子 半 径 的 选 择 运 动 失 真 产 生 的 原 因 是 当 凸 轮 理 论 轮 廓 外 凸 部 分 的 最 小 曲 率半 径 小 于 或 等 于 滚 子 半 径 时 ， 凸 轮 实 际 轮 廓 曲 线 发 生 相 交 或 出 现尖 点 （ 尖 点 容 易 磨 损 ） ， 使 从 动 件 不 能 按 原 有 的 运 动 规 律 运 动 ，致 使 造 成 运 动 失 真 。 在 设 计 滚 子 从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构 时 ， 由 于 设 计 不 当 ， 有 时 凸轮 实 际 轮 廓 会 出 现 尖 点 或 相 交 ， 此 时 可 采 取 下 列 措 施 解 决 ， 以 避免 凸 轮 机 构 运 动 失 真 ： 通 过 减 小 滚 子 半 径 使 凸 轮 轮 廓 在 任 何 位 置 既 不 变 尖 又 不相 交 ； 若 滚 子 半 径 无 法 减 小 则 应 通 过 增 大 凸 轮 的 基 圆 半 径 ， 以保 证 凸 轮 实 际 轮 廓 的 最 小 曲 率 半 径 大 于 零 。 凸 轮 机 构 的 压 力 角 压 力 角 指 的 是 从 动 件 上 所 受 的 法 向 力 与 受 力 点 速 度 方 向间 所 夹 的 锐 角 。 或 从 动 件 运 动 方 向 和 接 触 轮 廓 法 线 方 向 所 夹 的锐 角 ， 用 表 示 ， 见 图 3-10。 要 求 能 用 图 解 法 确 定 从 动 件 与 凸 轮 轮 廓 在 任 意 点 接 触 时 的压 力 角 大 小 。 由 于 凸 轮 轮 廓 上 各 点 的 压 力 角 是 变 化 的 ， 在 设 计时 应 使 最 大 压 力 角 不 超 过 许 用 值 ， 即 max 。 图 3-10 凸 轮 压 力 角 .exe 三 、 典 型 实 例 分 析 例 3-1 试 设 计 一 偏 置 直 动 滚 子 从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构 。 已知 凸 轮 以 等 角 速 度 1逆 时 针 方 向 转 动 ， 偏 距 e =10mm， 凸 轮的 基 圆 半 径 rb= 50mm， 从 动 件 的 升 程 h=20mm， 滚 子 半 径 rT =10mm， h=120 o， s=90 o， h=90 o， s=60 o。 从 动 件 在 推程 作 等 加 速 等 减 速 运 动 ， 回 程 作 等 速 运 动 。 试 用 图 解 法 绘 制凸 轮 的 轮 廓 。 三 、 典 型 实 例 分 析 解 ： 见 教 材 。 1 选 定 适 当 的 比 例 尺 ， 确 定 凸 轮 的 回 转 中 心 O ， 以 rb为半 径 作 基 圆 ， 以 e为 半 径 作 偏 距 圆 ， 过 偏 距 圆 的 K点 作 直 线 沿 从动 件 导 路 方 向 与 偏 距 圆 相 切 ， 此 导 路 与 基 圆 的 交 点 A0便 是 从 动件 滚 子 中 心 的 初 始 位 置 ； 2. 用 相 同 的 比 例 尺 绘 制 从 动 件 的 位 移 线 图 ， 见 图 4-4a， 绘制 步 骤 如 下 ： 作 一 直 角 坐 标 系 ， 横 坐 标 为 凸 轮 转 角 (取 任 意 长 度 表 示 凸轮 回 转 一 周 的 角 度 1=360 )， 纵 坐 标 为 从 动 件 的 位 移 (与 凸 轮 基圆 比 例 相 同 )， 其 升 程 h=20mm； 以 相 应 的 比 例 将 横 坐 标 分 成 h=120 ， s=90 ，h=90 ， s=60 ； 三 、 典 型 实 例 分 析 (3) 作 从 动 件 的 位 移 线 图 从 动 件 在 推 程 作 等 加 速 等 减 速 运 动 ， 其 位 移 线 图 按 前 述 方法 及 步 骤 绘 制 。 a) 沿 1(t)轴 将 推 程 运 动 角 h=120 分 为 6等 分 ， 得 1、 2、 6各 点 ； b) 过 原 点 O向 左 上 方 作 射 线 OO与 S2轴 成 某 个 合 适 的 角 度 ； c) 将 OO线 段 分 成 相 等 的 两 段 并 按 1 4 9对 称 分 割 ； d)连 接 OA， 过 OO线 的 各 分 割 点 分 别 作 OA的 平 行 线 ， 与 OA线 段 分 别 相 交 ， 得 1、 2、 6； 过 1、 2、 6点 作 横 坐 标 的平 行 线 ， 过 坐 标 轴 上 的 分 割 点 1、 2、 6作 纵 坐 标 的 平 行 线 ， 这 些线 两 两 对 应 相 交 得 1、 2、 6点 ， 将 这 些 交 点 用 光 滑 曲 线 相 连 ，即 得 到 所 求 的 位 移 线 图 ， 见 图 4-4a。 (注 ： 等 加 速 段 和 等 减 速 段 的 抛 物 线 的 连 结 点 应 在 横 坐 标 为 t /2和 纵 坐 标 为 h/2的 位 置 。 ) 三 、 典 型 实 例 分 析 当 s =90o时 ， 从 动 件 位 于 最 远 位 置 处 停 留 不 动 ， 位 移 线图 为 水 平 直 线 ; 从 动 件 在 回 程 作 等 速 运 动 ， 其 位 移 线 图 （ 为 一 斜 直 线 ）见 图 4-3， 并 将 回 程 运 动 角 h = 90 分 成 3等 分 ； 当 s=60 o时 ， 从 动 件 位 于 最 近 位 置 处 停 留 不 动 ， 位 移 线图 为 水 平 直 线 。 至 此 完 成 从 动 件 位 移 曲 线 图 的 绘 制 。 3 自 OA 0开 始 ， 以 O点 为 圆 心 沿 -1方 向 依 次 按 h=120 ，s =90 ， h =90 ， s=60 作 射 线 ， 与 基 圆 分 别 相 交 得 B6、 B7、 B10诸 点 ， 将 推 程 运 动 角 和 回 程 运 动 角 在 基 圆 上 分 成 与 图 b对应 的 等 分 点 ， 得 B1、 B2、 B3、 B4、 B5和 B8、 B9诸 点 。 三 、 典 型 实 例 分 析 4 过 B1、 B2、 B3 各 点 分 别 作 偏 距 圆 的 一 系 列 切 线 ， 它们 便 是 反 转 后 各 个 位 置 从 动 件 的 导 路 ； 5 沿 以 上 各 切 线 自 基 圆 开 始 从 图 b上 量 取 各 位 置 从 动 件 的位 移 量 即 B1A1=1-1 ， B2A2=2-2 ， B3A3=3-3 ， 至 此 得 到反 转 后 滚 子 中 心 的 一 系 列 位 置 A1、 A2、 A3 ； 6 将 A0、 A1、 A2、 A3 连 成 光 滑 曲 线 ， 便 得 到 凸 轮 的 理论 轮 廓 线 0； 7 以 理 论 廓 线 上 各 点 为 圆 心 、 以 rT为 半 径 画 一 系 列 圆 ， 再作 这 些 圆 的 内 包 络 线 ， 该 包 络 线 即 为 滚 子 从 动 件 凸 轮 的 实 际 轮廓 线 。 8 最 后 将 从 动 件 及 导 路 画 出 并 标 注 上 有 关 尺 寸 ， 最 终 完成 滚 子 从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构 的 设 计 ， 见 教 材 图 4-4a。 1. 填 空 题 （ 1） 按 凸 轮 形 状 来 分 ， 凸 轮 机 构 可 分 为 、 及 三类 。 （ 2） 在 凸 轮 的 休 止 角 范 围 内 ， 随 凸 轮 的 转 动 ， 从 动 件 的 运 动 位置 。 （ 3） 凸 轮 机 构 的 压 力 角 指 的 是 凸 轮 机 构 中 的 方 向 线与 其 方 向 线 之 间 所 夹 的 锐 角 。 （ 4） 变 转 动 为 移 动 的 机 构 有 及 机 构 。 （ 5） 依 靠 外 力 维 持 接 触 的 凸 轮 机 构 ， 在 时 发 生 自 锁 的 可能 性 很 小 ， 故 对 这 类 凸 轮 只 需 对 其 压 力 角 进 行 校 核 。 （ 6） 凸 轮 轮 廓 曲 线 是 由 所 决 定 的 。四 、 复 习 题 四 、 复 习 题 选 择 题 （ 1） 在 凸 轮 机 构 中 ， 从 动 件 按 等 加 速 等 减 速 运 动 规 律 运 动 ， 会引 起 机 构 的 。 (A) 没 有 冲 击 ； (B) 刚 性 冲 击 ； (C) 柔 性 冲 击 。 （ 2） 在 设 计 凸 轮 机 构 时 ， 要 求 承 载 能 力 大 ， 耐 磨 损 ， 应 采 用 从 动 件 。 (A) 尖 顶 ； (B) 滚 子 ； (C) 平 底 。 （ 3） 凸 轮 机 构 运 动 时 ， 可 能 有 很 大 冲 击 ， 其 主 要 原 因 是 。 (A) 从 动 件 运 动 规 律 选 择 不 当 ； (B) 从 动 件 往 复 运 动 的 惯 性 ； (C) 凸 轮 转 速 较 高 。 （ 4） 设 计 一 对 心 直 动 从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构 ， 当 其 他 条 件 不 变 时 ，最 小 传 动 角 由 40 o减 小 为 20o， 凸 轮 的 尺 寸 会 。 (A) 减 少 ； (B) 不 变 ； (C) 增 大 。 问 答 题 （ 1） 凸 轮 机 构 是 如 何 分 类 的 ？ （ 2） 从 动 件 常 用 运 动 规 律 有 哪 几 种 ？ 各 有 些 什 么 特 点 ？ 它 们对 凸 轮 机 构 有 何 影 响 ？ （ 3） 何 谓 凸 轮 机 构 的 压 力 角 ？ 试 作 图 说 明 。 （ 4） 何 谓 凸 轮 轮 廓 设 计 的 反 转 法 原 理 ？ （ 5） 何 谓 凸 轮 的 理 论 廓 线 和 实 际 廓 线 ？ 对 滚 子 从 动 件 盘 形 凸轮 机 构 ， 当 已 知 理 论 廓 线 需 求 实 际 廓 线 时 ， 能 否 由 理 论 廓 线 上 的向 径 减 去 滚 子 半 径 求 得 ？ 为 什 么 ？ （ 6） 滚 子 半 径 的 选 择 与 理 论 轮 廓 曲 率 半 径 有 何 关 系 ？ 作 图 时如 出 现 实 际 轮 廓 变 尖 或 相 交 ， 可 采 取 哪 些 措 施 解 决 ？ 四 、 复 习 题 作 图 题 图 3-11为 一 偏 置 直 动从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构 。 已 知 AB段 为 凸 轮 的 推 程 廓 线 ， 试 在 图上 标 注 推 程 运 动 角 h。 并 用 作图 法 画 出 凸 轮 轮 廓 上 D点 与 从动 件 尖 顶 接 触 时 的 压 力 角 。四 、 复 习 题 D图 3-11 试 设 计 一 对 心 直 动 滚 子 从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构 。 已 知 凸 轮 基圆 半 径 rb= 40mm， 滚 子 半 径 rT =10mm， 当 凸 轮 沿 顺 时 针 方 向 等 速 回转 时 ， 从 动 件 以 等 速 运 动 规 律 上 升 ， 升 程 h=30mm， 回 程 以 等 加 速 等减 速 运 动 规 律 返 回 原 处 。 对 应 于 从 动 件 各 运 动 阶 段 ， 凸 轮 的 转 角 为h=150 ， s=30 ， h =120 ， s =60 。 试 绘 制 从 动 件 的 位 移线 图 和 凸 轮 的 廓 线 。 设 计 一 偏 置 直 动 滚 子 从 动 件 盘 形 凸 轮 机 构 。 已 知 凸 轮 以 等角 速 度 逆 时 针 方 向 回 转 ， 偏 距 e=10mm， 凸 轮 基 圆 半 径 rb= 30mm， 从动 件 的 升 程 h =15mm， 滚 子 半 径 rT =10mm， h =120 ， s =30 ， h=120 ， s=90 。 从 动 件 在 推 程 作 等 速 运 动 ， 回 程 作 等 加 速 等减 速 运 动 ， 试 用 图 解 法 绘 制 凸 轮 的 轮 廓 。 四 、 复 习 题 盘 形 凸 轮 ， 移 动 凸 轮 ， 圆 柱 凸 轮 停 留 不 动 从 动 件 ， 运 动 ， 受 力 凸 轮 机 构 ， 曲 柄 滑 块 回 程 ， 推 程 从 动 件 运 动 规 律 C 五 、 复 习 题 参 考 答 案 一 、 基 本 内 容 及 学 习 要 求二 、 学 习 指 导三 、 典 型 实 例 分 析四 、 复 习 题五 、 复 习 题 参 考 答 案第 五 章 间 歇 运 动 机 构 回 目 录 基 本 内 容 (1) 棘 轮 机 构 ； (2) 槽 轮 机 构 。 学 习 要 求 了 解 槽 轮 机 构 和 棘 轮 机 构 的 类 型 、 传 动 特 点 和应 用 场 合 。 重 点 本 章 的 重 点 是 关 于 棘 轮 机 构 、 槽 轮 机 构 的 传 动特 点 和 应 用 场 合 。一 、 基 本 内 容 及 学 习 要 求 第 五 章 间 歇 运 动 机 构 间 歇 运 动 机 构 是 ： 当 主 动 件 连 续 运 动 时 ， 从 动 件 出 现 周 期 性 停歇 状 态 的 机 构 运 动 。 间 歇 运 动 机 构 的 类 型 很 多 ， 本 章 介 绍 棘 轮 机 构和 槽 轮 机 构 的 类 型 、 特 点 和 应 用 场 合 。第 一 节 棘 轮 机 构 棘 轮 机 构 主 要 由 棘 轮 、 棘 爪 和 机 架 组 成 。一 、 棘 轮 机 构 的 工 作 原 理二 、 棘 轮 机 构 的 类 型 和 应 用 优 点 是 ： 结 构 简 单 ， 应 用 广 泛 。 缺 点 是 ： 在 运 动 开 始 和 终 止 时会 产 生 冲 击 ， 所 以 ， 不 宜 用 于 高 速 机 械 和 具 有 很 大 质 量 的 轴 上 。 棘 轮 机 构 第 二 节 槽 轮 机 构 槽 轮 机 构 由 带 有 圆 销 的 拨 盘 、 槽 轮 和 机 架 组 成 。一 、 槽 轮 机 构 的 工 作 原 理二 、 槽 轮 机 构 的 特 点 和 应 用 优 点 是 ： 结 构 简 单 ， 工 作 可 靠 ， 传 动 效 率 高 ， 在 进 入 和 脱离 接 触 时 运 动 比 较 平 稳 ， 能 准 确 控 制 转 动 角 度 。 缺 点 是 ： 槽 轮的 转 角 不 可 调 节 ， 故 只 能 用 于 定 转 角 的 间 歇 运 动 机 构 中 。 槽 轮 机 构 三 、 复 习 题1. 填 空 题 棘 轮 机 构 是 由 、 和 组 成 的 ， 其 缺 点 是在 运 动 开 始 和 终 止 时 都 会 产 生 。 槽 轮 机 构 是 由 、 和 组 成 的 。 在 一 个 运动 循 环 内 ， 槽 轮 的 槽 数 应 不 小 于 _， 单 圆 柱 销 槽 轮 机 构 的运 动 系 数 总 小 于 。 简 答 题 棘 轮 机 构 在 传 动 中 有 何 特 点 ？ 一 般 用 于 什 么 场 合 ？ 槽 轮 机 构 在 传 动 中 有 何 特 点 ？ 何 谓 槽 轮 机 构 的 运 动 系数 和 静 止 系 数 ？ 两 者 之 间 有 何 关 系 ？ 在 棘 轮 机 构 和 槽 轮 机 构 中 ， 如 何 保 证 从 动 件 在 停 歇 时间 里 静 止 不 动 ？ 在 间 歇 运 动 机 构 中 ， 当 从 动 件 受 主 动 件 的 驱 动 由 静 止 状 态 转 入 运 动 状 态 时 ， 两 者 之 间 的 冲 击 有 什 么 办 法 可 使 之 减 小 ？就 棘 轮 机 构 和 槽 轮 机 构 比 较 ， 它 们 的 动 力 性 能 何 者 较 佳 ？ 四 、 复 习 题 参 考 答 案 棘 轮 ， 棘 爪 ， 机 架 ， 冲 击 拨 盘 ， 具 有 径 向 槽 的 槽 轮 ，机 架 ， 3， 0.5 n1=1.88r/min， 8s tm=0.33秒 ， tm=0.66s，=0.33