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1、学习情境 三,凸轮机构和间歇运动机构的运动分析与设计,能够认知凸轮机构的类型、特点并合理利用。能够认知常见间歇运动机构的类型、特点并合理利用。能够初步运用凸轮机构和间歇运动机构进行机械创新设计。,能力目标,3.1 凸轮机构的组成、应用及分类3.2 凸轮机构的工作过程及从动件的运动规律3.3 凸轮轮廓曲线的设计3.4 常见间歇运动机构的工作原理及应用,学习内容,内燃机配气凸轮机构,绕线机中排线凸轮机构,案例导入,3.1 凸轮机构的组成、应用及分类,一、凸轮机构的组成、应用及分类,1、凸轮机构的组成、应用及特点,凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个构件组成的高副机构。,其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹
2、槽的构件，一般作等速连续转动，也有作往复移动的。,2、凸轮机构的应用,靠模车削移动凸轮机构,刀具进给槽型凸轮机构,3、凸轮机构的特点,优点：只要设计出适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便，因此在自动机床、轻工机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、包装机械和机电一体化产品中得到广泛应用。缺点：凸轮与从动件间为点接触或线接触，易磨损，只宜用于传力不大的场合；凸轮轮廓精度要求较高，常采用数控机床进行加工；从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重等。,二、凸轮机构的分类,1.按凸轮的形状分类(1)盘形凸轮(2)移动凸轮(3)圆柱凸轮,2.按从动件的结构形式分类(
3、1)尖顶从动件(2)滚子从动件(3)平底从动件,3.按从动件的运动形式和相对位置分类(1)直动从动件(2)摆动从动件,4按凸轮与从动件维持高副接触（锁合）的方式分类力锁合几何锁合,从动件的运动规律是指其运动参数(位移s、速度v和加速度)随凸轮转角的变化规律，常用运动线图来表示。,3.2凸轮机构的工作过程及从动件的运动规律,凸轮的轮廓形状取决于从动件的运动规律。,本节分析凸轮机构的工作过程及从动件的运动规律,回程运动角，h 休止角，s、s行程（推程或回程中移动的距离），h运动线图：从动件的位移s、速度v、加速度a等随时间t或凸轮转角d变化的关系图。,一、凸轮机构的工作过程,基圆，基圆半径rb推程
4、运动角，t,1、等速运动规律,推程,回程,从动件在推程（或回程）开始和终止的瞬间速度突变加速度和惯性力非常大,低速轻载场合,二、从动件的常用运动规律,2、等加速等减速运动规律,推程等加速,推程等减速,加速度有限值的突变惯性力突变,柔性冲击,中速轻载场合,3、简谐运动规律（余弦加速度运动规律）,冲击特性：起、末点柔性冲击适用场合：中速中载,4、摆线运动规律（正弦加速度运动规律）,0 1 2 3 4 5 6 7 8,h,t,t,t,冲击特性：无冲击适用场合：高速场合,三、从动件运动规律的选择,凸轮轮廓曲线完全取决于从动件的运动规律。选择从动件运动规律时，主要考虑以下方面：（1）满足工作要求（2）加
5、工制造方便（3）动力特性要好 在实际应用时，或者采用单一的运动规律，或者采用几种运动规律的配合，应视推杆的工作需要而定。原则上应注意减轻机构中的冲击。,反转后尖顶的运动轨迹即是凸轮的理论廓线。,一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理 反转法原理,3.3 凸轮轮廓曲线的设计,以凸轮作动参考系，按相对运动原理设计凸轮轮廓曲线的方法即称为反转法。,已知：从动件的位移运动规律，如图a所示，凸轮的基圆半径rb，以及凸轮以等角速度1顺时针回转，试设计此凸轮的轮廓曲线。,作图步骤(见图b）：,二、常用凸轮轮廓曲线的设计,1.对心尖顶直动从动件盘形凸轮廓曲线的设计,（1）将如图a所示的已知从动件的位移线图的横坐标用若
6、干点等分分段。（2）以rb为半径作基圆。此基圆与导路的交点A0便是从动件尖顶的起始位置。（3）自OA0沿1的相反方向取角度t、h、s，并将它们各分成与图3-11b对应的若干等分，得A1、A2、A3、。连接OA1、OA2、OA3、，它们便是反转后从动件导路的各个位置。（4）量取各个位移量，即取A1 A1=11、A2A2=22、A3 A3=33、，得反转后尖顶的一系列位置A1、A2、A3、。（5）将A0、A1、A2、A3、，连成光滑曲线，便得到所求的凸轮轮廓，如图b。,图a,图b,2.对心滚子移动从动件盘形凸轮廓线的设计,（1）把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按照对心尖顶的方法画出一条理论轮廓曲线
7、0。（方法步骤同尖顶从动件）（2）以0上各点为中心，以滚子半径为半径，画一系列圆。（3）作这些圆的包络线，它便是使用滚子从动件时凸轮的实际轮廓曲线。,作图步骤：,注意：滚子从动件凸轮轮廓的基圆半径rb应当在理论轮廓上度量。,3.对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计,（1）在平底上选一固定点A0，按照尖顶从动件凸轮轮廓的绘制方法，求出理论轮廓上一系列点A1、A2、A3、。（2）过这些点画出各个位置的平底A1B1、A2B2、A3B3。（3）作这些平底的包络线，便得到凸轮的实际轮廓曲线。为了使平底从动件始终保持与凸轮实际轮廓相切，应要求凸轮实际轮廓曲线全部为外凸曲线。,作图步骤：,4.尖顶偏置直
8、动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计,（1）根据已知从动件的运动规律，作出从动件的位移线图，并将横坐标分段等分。（2）在基圆上，任取一点A0作为从动件升程的起始点，并过A0作偏距圆的切线，该切线即是从动件导路线的起始位置。（3）由A0点开始，沿相反方向将基圆分成与位移线图相同的等份，得各等分点A1、A2、A3、。过A1、A2、A3、各点作偏距圆的切线并延长，则这些切线即为从动件在反转过程中依次占据的位置。（4）在各条切线上自A1、A2、A3.截取A1A1=11，A2A2=22，A3A3=33、，得A1、A2、A3、各点。将A0、A1、A3、各点连成光滑曲线，即为凸轮轮廓曲线。,作图步骤：,三、凸轮机
9、构基本尺寸的确定,凸轮机构的设计要求:,综合考虑后确定压力角滚子半径 rT凸轮的基圆半径 rb,实现预期运动规律传力性能良好结构尺寸紧凑,1.压力角的校核,压力角 作用力F与从动件上该力作用点的速度方向间所夹的锐角称为凸轮机构在该位置的压力角。,有效分力,有害分力,压力角 有害分力 机构效率,从改善受力情况，提高传动效率，避免自锁的观点看，压力角愈小愈好。设计时一般推荐规定许用压力角。推程（工作行程）：直动从动件：=30；摆动从动件：=45。回程：因受力较小且无自锁问题，故许用压力角可取得大些，通常=80。,自锁 当压力角增大到一定程度时，由引起的摩擦阻力始终大于有效分力，无论凸轮给从动件施加
10、的作用力多大，从动件都不能运动，这种现象称为自锁。,2.滚子半径的确定,（1）凸轮理论轮廓的内凹部分 由图a可得：a=min+rT。即实际轮廓曲率半径总大于理论轮廓曲率半径。不论选择多大的滚子，都能做出实际轮廓。（2）凸轮理论轮廓的外凸部分 由图b可得：a=minrT。当min rT时，a 0，如图b所示，实际轮廓为一平滑曲线；当min=rT时，a=0，如图c所示，在凸轮实际轮廓曲线上产生了尖点，极易磨损；当min rT时，a 0，如图d所示，这时实际轮廓曲线发生相交，会使从动件的运动出现严重的失真。,为了使凸轮轮廓在任何位置既不变尖也不相交，滚子半径必须小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径mi
11、n。如果min过小，则选择的滚子半径太小而不能满足安装和强度要求，此时应当把凸轮基圆尺寸加大，重新设计凸轮轮廓曲线。,设计凸轮机构时，凸轮的基圆半径取得越小，所设计的机构越紧凑。但是，基圆半径过小会引起压力角增大，致使机构工作情况变坏。,3.基圆半径的确定,基圆半径rb越小，压力角越大。,实际设计中，只能在保证凸轮轮廓的最大压力角不超过许用值的前提下，考虑缩小凸轮的尺寸。,3.4 常见间歇运动机构的工作原理及应用,一、棘轮机构,1棘轮机构的工作原理,由摆杆1、棘爪2、棘轮3、止回爪4和机架5组成。摆杆为主动件、棘轮为从动件。,2棘轮机构的类型及应用,外啮合棘轮机构,内啮合棘轮机构,棘条机构,摩
12、擦式棘轮机构,自行车后轴棘轮机构,摩擦式单向离合器,牛头刨床工作台横向进给机构,3棘轮机构的部分参数,棘轮棘爪的主要几何尺寸可按以下计算：顶圆直径 D=mz 齿高 h=0.75m齿顶厚 a=m齿槽夹角=60或50棘爪长度 L=2m,二、槽轮机构,1槽轮机构的工作原理,典型槽轮机构由主动拨盘1、从动槽轮2和机架等组成。,2.槽轮机构的类型及应用,内啮合槽轮机构,间歇抓片机构,外啮合槽轮机构,3从动槽轮的槽数z和主动拨盘的圆柱销数K,一般取z=48,运动系数：,当z=3时，圆销的数目可为15，当z=4或5时，圆销数目可为13，当z6时，圆销的数目为1或2。,三、不完全齿轮机构,1不完全齿轮机构的工作原理,1-主动齿轮 2-从动齿轮,2不完全齿轮机构的类型及应用,外不完全齿轮,内不完全齿轮,蜂窝煤压制机,END,
