項目四凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)學(xué)習(xí)導(dǎo)航知識目標(biāo)：能力目標(biāo)：了解凸輪機構(gòu)的類型、特點及應(yīng)用場合。了解凸輪機構(gòu)的常用運動規(guī)律及位移曲線繪制方法。掌握反轉(zhuǎn)法設(shè)計凸輪輪廓曲線的繪制方法。會分析凸輪機構(gòu)的類型及應(yīng)用。會繪制從動件運動規(guī)律曲線。會用圖解法設(shè)計凸輪輪廓。項目四凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)任務(wù)一凸輪機構(gòu)的組成與分類任務(wù)二凸輪機構(gòu)從動件的運動規(guī)律任務(wù)三凸輪輪廓曲線的繪制任務(wù)四常見的間歇運動機構(gòu)任務(wù)一凸輪機構(gòu)的組成與分類學(xué)習(xí)要點了解凸輪機構(gòu)的組成、分類方法和在工程實際中的應(yīng)用。4.1.1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和組成4.1.2凸輪機構(gòu)的分類4.1.1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和組成凸輪機構(gòu)廣泛地應(yīng)用在各種機械和自動控制裝置中。如圖所示為內(nèi)燃機配氣機構(gòu)。其中構(gòu)件3為機架，凸輪1以等角速度轉(zhuǎn)動，并用其曲線輪廓驅(qū)動從動件氣閥2做上下往復(fù)移動，從而有規(guī)律地開啟或關(guān)閉氣閥。內(nèi)燃機配氣機構(gòu)動畫4.1.1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和組成沖床送料機構(gòu)繞線機的凸輪機構(gòu)動畫動畫4.1.1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和組成綜上所述，凸輪機構(gòu)由凸輪、從動件和機架組成。凸輪是具有變化向徑或曲線輪廓的構(gòu)件，凸輪與從動件通過高副連接，故凸輪機構(gòu)屬于高副機構(gòu)。凸輪機構(gòu)的主要作用是將主動凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動或移動轉(zhuǎn)化為從動件的往復(fù)移動或擺動。凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，設(shè)計方便，只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可以使從動件實現(xiàn)預(yù)期運動規(guī)律。缺點是凸輪輪廓與從動件之間是點或線接觸，易磨損，通常用于傳力不大的控制機械中。4.1.2凸輪機構(gòu)的分類按凸輪形狀分類1(1)盤形凸輪具有變化向徑的盤狀構(gòu)件稱為盤形凸輪。它是凸輪的基本形式。內(nèi)燃機配氣機構(gòu)繞線機的凸輪機構(gòu)4.1.2凸輪機構(gòu)的分類按凸輪形狀分類1

(2)移動凸輪

做移動的平面凸輪。可看作是當(dāng)轉(zhuǎn)動中心在無窮遠(yuǎn)處時盤形凸輪的演化形式。沖床送料機構(gòu)4.1.2凸輪機構(gòu)的分類按凸輪形狀分類1

(3)圓柱凸輪

圓柱體的表面上具有曲線凹槽或端面上具有曲線輪廓，稱為圓柱凸輪。屬于空間凸輪機構(gòu)。圓柱凸輪機構(gòu)動畫4.1.2凸輪機構(gòu)的分類按從動件的端部結(jié)構(gòu)分類2(1)尖頂從動件從動件端部以尖頂與凸輪輪廓接觸，如圖所示。這種從動件結(jié)構(gòu)最簡單，尖頂能與復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，因此理論上可以實現(xiàn)任意預(yù)期的運動規(guī)律。尖頂從動件是研究其他類型從動件凸輪機構(gòu)的基礎(chǔ)。由于尖頂與凸輪是點接觸，易磨損，故僅適用于低速輕載的凸輪機構(gòu)中。動畫4.1.2凸輪機構(gòu)的分類按從動件的端部結(jié)構(gòu)分類2

(2)滾子從動件從動件端部裝有可以自山轉(zhuǎn)動的滾子，滾子與凸輪輪廓之間為滾動摩擦，耐磨損，可以承受較大的載荷，故應(yīng)用廣泛，如圖所示。動畫4.1.2凸輪機構(gòu)的分類按從動件的端部結(jié)構(gòu)分類2

(3)平底從動件從動件的端部是一平底，這種從動件與凸輪輪廓接觸處在一定條件下易形成油膜，利于潤滑，傳動效率較高，且能傳動較大的作用力，故常用于高速凸輪機構(gòu)中，如圖所示。動畫4.1.2凸輪機構(gòu)的分類按從動件的運動方式分類3

(1)移動從動件，從動件做往復(fù)直線移動。

(2)擺動從動件，從動件做往復(fù)擺動。按鎖合方式分類4使從動件與凸輪輪廓始終保持接觸的特性稱為鎖合。

(1)力鎖合利用重力、彈簧力或其他力鎖合。凸輪機構(gòu)利用彈簧力鎖合。

(2)形鎖合利用凸輪和從動件的特殊幾何形狀鎖合。任務(wù)二凸輪機構(gòu)從動件的運動規(guī)律學(xué)習(xí)要點了解等速運動、等加速等減速運動和簡諧運動規(guī)律的運動

線圖的繪制方法、運動特性和適用范圍。4.2.1凸輪機構(gòu)運動分析的基本概念4.2.2從動件的常用運動規(guī)律4.2.1凸輪機構(gòu)運動分析的基本概念在凸輪機構(gòu)中，從動件的運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線的形狀。結(jié)合凸輪輪廓，分析從動件的位移、速度、加速度的運動規(guī)律，稱為凸輪機構(gòu)的運動分析。

升—停—降—停運動過程是凸輪機構(gòu)典型的運動過程。對心尖頂直動從動件盤形凸輪機構(gòu)4.2.1凸輪機構(gòu)運動分析的基本概念綜上所述，從動件的運動取決于凸輪輪廓曲線的形狀，即凸輪輪廓決定了從動件的運動規(guī)律。因此，設(shè)計凸輪輪廓曲線時，首先根據(jù)工作要求選定從動件的運動規(guī)律，然后再按從動件的位移曲線設(shè)計出相應(yīng)的凸輪輪廓曲線。4.2.2從動件的常用運動規(guī)律從動件在運動過程中，運動速度為定值的運動規(guī)律，稱為等速運動規(guī)律。當(dāng)凸輪以等角速度ω1轉(zhuǎn)動時，從動件在推程或回程中的速度為常數(shù)。凸輪轉(zhuǎn)角θ與時間t的關(guān)系為θ=ω1t。推程時，從動件位移s與時間t的關(guān)系為s=vt。等速運動規(guī)律1等速運動規(guī)律的位移、速度、加速度線圖4.2.2從動件的常用運動規(guī)律從動件在運動過程的前半程做等加速運動，后半程做等減速運動，兩部分加速度的絕對值相等，這種運動規(guī)律稱為等加速等減速運動規(guī)律。等加速等減速運動規(guī)律2等加速等減速運動規(guī)律的位移、速度、加速度線圖4.2.2從動件的常用運動規(guī)律從動件的加速度按余弦規(guī)律變化的運動規(guī)律稱為簡諧運動規(guī)律。加速度曲線為半個周期的余弦曲線，位移曲線為簡諧運動曲線。圖所示為簡諧運動規(guī)律的位移、速度、加速度線圖。簡諧運動規(guī)律3簡諧運動規(guī)律的位移、速度、加速度線圖任務(wù)三凸輪輪廓曲線的繪制學(xué)習(xí)要點掌握反轉(zhuǎn)法原理，能夠利用圖解法設(shè)計對心尖頂直動從動

件、對心滾子直動從動件和對心平底直動從動件盤形凸輪

輪廓。4.3.1用圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓4.3.2用解析法設(shè)計圓形凸輪輪廓根據(jù)工作條件要求，確定從動件的運動規(guī)律，選定凸輪的轉(zhuǎn)動方向、基圓半徑等，進而可以對凸輪輪廓曲線進行設(shè)計。凸輪輪廓曲線的設(shè)計方法有圖解法和解析法。圖解法簡便易行、直觀，但精度較低，可用于設(shè)計一般精度要求的凸輪機構(gòu)。解析法精度高，但計算量大，多用于設(shè)計精度要求較高的凸輪機構(gòu)。任務(wù)三凸輪輪廓曲線的繪制4.3.1用圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓如圖所示，凸輪機構(gòu)工作時，主動凸輪以等角速度ω1轉(zhuǎn)動。用圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓時，給整個凸輪機構(gòu)加上一個公共的角速度—ω1。根據(jù)相對運動原理，凸輪靜止不動;從動件一方面隨導(dǎo)路(即機架)以角速度—ω1，繞軸O轉(zhuǎn)動，另一方面又在導(dǎo)路中按預(yù)期的運動規(guī)律做往復(fù)移動。此時，凸輪機構(gòu)中各構(gòu)件間的相對運動并沒有改變。反轉(zhuǎn)法原理4.3.1用圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓對心尖頂直動從動件盤形凸輪1對心尖頂直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的畫法4.3.1用圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓對心直動滾子從動件盤形凸輪2對心滾子直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的畫法

(1)將滾子的中心看做是尖頂從動件的尖頂，按前述方法繪制尖頂直動從動件盤形凸輪輪廓曲線，該曲線稱為凸輪的理論輪廓曲線。

(2)以理論輪廓曲線上各點為圓心、以滾子半徑rT為半徑作一系列的滾子圓，然后作這些滾子圓的內(nèi)包絡(luò)線，此包絡(luò)線即為所求的對心滾子直動從動件盤形凸輪輪廓曲線，稱為凸輪的實際輪廓曲線。4.3.1用圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓對心平底直動從動件盤形凸輪3對心平底直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的畫法對心平底直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的繪制與對心滾子直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的繪制類似。如圖所示，將平底從動件的軸線與平底的交點A。看成尖頂從動件的尖端，按尖頂從動件凸輪輪廓曲線的繪制方法求得理論輪廓線上的各點，然后過這些點畫出一系列平底線這些平底線形成的包絡(luò)線就是凸輪的實際輪廓曲線。4.3.2用解析法設(shè)計盤形凸輪輪廓凸輪理論輪廓曲線方程式1偏置滾子直動從動件盤形凸輪輪廓曲線方程式推導(dǎo)如圖所示為一偏置滾子直動從動件盤形凸輪輪廓曲線方程式推導(dǎo)。在直角坐標(biāo)系中，B點為滾子從動件中心在凸輪理論輪廓曲線上的一個位置，由圖中的幾何關(guān)系可知，該點的直角坐標(biāo)為4.3.2用解析法設(shè)計盤形凸輪輪廓凸輪實際輪廓曲線方程式2由前述可知，在滾子直動從動件盤形凸輪機構(gòu)中，凸輪的實際輪廓曲線與理論輪廓曲線為法向等距曲線，兩者在法線方向上相距滾子半徑rT。任務(wù)四常見的間歇運動機構(gòu)學(xué)習(xí)要點了解間歇機構(gòu)的組成、分類方法和在工程實際中的應(yīng)用。4.4.1螺旋機構(gòu)4.4.2棘輪機構(gòu)4.4.3槽輪機構(gòu)4.4.4不完全齒輪機構(gòu)

4.4.1螺旋機構(gòu)螺旋機構(gòu)由螺桿、螺母和機架組成。它主要用于將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動和動力。螺紋按其功用可分為兩種:一種是利用螺紋連接件如螺釘、螺栓和螺母等將需要相對固定在一起的零件連接起來，稱為螺紋連接。

另一種是由螺桿、螺母和機架組成的螺旋機構(gòu)，其工作原理是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，同時傳遞運動與動力。螺紋的形成1螺紋的形成

4.4.1螺旋機構(gòu)螺紋的類型2

(1)按螺旋線的繞行方向，可將螺紋分為左旋螺紋和右旋螺紋，規(guī)定將外螺紋軸線直立時螺旋線向右上升為右旋螺紋，向左上升為左旋螺紋。一般采用右旋螺紋，有特殊要求時才采用左旋螺紋。

(2)按螺旋線的數(shù)目，可將螺紋分為單線螺紋和等距排列的多線螺紋。為了制造方便，螺紋線數(shù)一般不超過4線。

4.4.1螺旋機構(gòu)螺紋的類型2螺紋的牙型

(3)按平面圖形的形狀(即牙型)，可將螺紋分為二角形螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋等，如圖所示。二角形螺紋多用于連接，其余螺紋多用于傳動。

4.4.1螺旋機構(gòu)螺紋的主要兒何參數(shù)

4.4.1螺旋機構(gòu)

(1)大徑d與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱體直徑，在有關(guān)螺紋的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定為公稱直徑。

(2)小徑d1與外螺紋牙底相重合的假想圓柱體直徑，在強度計算中作為危險剖面的計算直徑。

(3)中徑d2在軸向剖面內(nèi)牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱體直徑，近似等于螺紋的平均直徑。d2≈0.5（d+d1）

(4)螺距P相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。

4.4.1螺旋機構(gòu)螺紋的參數(shù)3

(5)線數(shù)n

螺紋螺旋線的數(shù)目，一般為便于制造取n≤4。

(6)導(dǎo)程S

同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間的關(guān)系為S=nP

(7)螺旋升角ψ

在中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面之間的夾角。

(8)牙型角α及牙型斜角β

在軸向剖面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角稱為牙型角α；牙型斜角β是指螺紋牙型的側(cè)邊與螺紋軸線的垂直平面的夾角。若牙型角對稱，則β=α/2。

4.4.1螺旋機構(gòu)螺紋的應(yīng)用4普通螺紋即三角形米制螺紋，牙型角α=60°，大徑d為公稱直徑，單位為mm。同一公稱直徑按螺距的大小，可分為粗牙螺紋和細(xì)牙螺紋，其中螺距最大的稱為粗牙螺紋，其余都稱為細(xì)牙螺紋。一般連接多用粗牙螺紋。細(xì)牙螺紋的螺距小、小徑大、螺旋升角小，因而自鎖性能較好、強度高，但不耐磨、容易滑扣，適用于薄壁零件、受動載荷的連接中，也可作為微調(diào)機構(gòu)的調(diào)整螺紋。

4.4.1螺旋機構(gòu)管螺紋的牙型角α=55°，牙頂呈圓弧形，內(nèi)外螺紋旋合后無徑向間隙，緊密性好。管螺紋為英制螺紋，公稱直徑近似為管子的內(nèi)徑。按螺紋是分布在圓柱上還是圓錐上，將管螺紋分為圓柱管螺紋和圓錐管螺紋，如圖所示。管螺紋

4.4.1螺旋機構(gòu)矩形螺紋牙型為正方形，牙型角α=0°，牙厚為螺距的一半。其傳動效率較其他螺紋高，但牙根強度較低，精加工較困難，且螺紋磨損后軸向間隙難以補償。梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙型角α=30°。其傳動效率比矩形螺紋低，但工藝性較好，牙根強度高，對中性好。鋸齒形螺紋工作面的牙型斜角為3°，非工作面的牙型斜角為30°。這種螺紋兼有矩形螺紋傳動效率高和梯形螺紋牙根強度高的優(yōu)點。

4.4.1螺旋機構(gòu)螺旋機構(gòu)可以用來把回轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€移動，在各種機械設(shè)備和儀器中得到廣泛的應(yīng)用。機床手搖進給機構(gòu)

4.4.1螺旋機構(gòu)單速式螺旋機構(gòu)臺虎鉗

4.4.1螺旋機構(gòu)差速式螺旋機構(gòu)差速式螺旋機構(gòu)如圖所示為差速式螺旋機構(gòu)(也稱差動螺旋機構(gòu))簡圖。這種螺旋機構(gòu)的優(yōu)點是既能得到極小的位移，其螺紋的導(dǎo)程又無須太小，因而便于加工制造。差速式螺旋機構(gòu)常用于較精密的機械或儀器中，如測微器、分度機構(gòu)及機床刀具的微調(diào)機構(gòu)等。

4.4.1螺旋機構(gòu)增速式螺旋機構(gòu)增速式螺旋機構(gòu)

4.4.1螺旋機構(gòu)滾動螺旋機構(gòu)普通的螺旋機構(gòu)，由于齒面之間存在相對滑動摩擦，所以傳動效率低。為了提高效率并減輕磨損，可采用以滾動摩擦代替滑動摩擦的滾動螺旋機構(gòu)。

4.4.1螺旋機構(gòu)

4.4.2棘輪機構(gòu)學(xué)習(xí)要點認(rèn)識和了解棘輪機構(gòu)及其應(yīng)用場合。棘輪機構(gòu)動畫

4.4.2棘輪機構(gòu)棘輪機構(gòu)按其工作原理可分為齒式棘輪機構(gòu)和摩擦式棘輪機構(gòu)兩大類。按嚙合的情況，又分為外齒嚙合式棘輪機構(gòu)和內(nèi)齒嚙合式棘輪機構(gòu)。齒式棘輪機構(gòu)的棘輪外緣、內(nèi)緣或端面上具有剛性的輪齒，按照其運動形式又分為以下幾類：

4.4.2棘輪機構(gòu)這種機構(gòu)的特點是搖桿正向擺動時棘爪驅(qū)動棘輪沿同一方向轉(zhuǎn)過某一角度;搖桿反向擺動時，棘輪靜止。單動式棘輪機構(gòu)1雙動式棘輪機構(gòu)2動畫雙動式棘輪機構(gòu)

4.4.2棘輪機構(gòu)可變向棘輪機構(gòu)3可變向棘輪機構(gòu)動畫動畫

4.4.2棘輪機構(gòu)摩擦式棘輪機構(gòu)4齒式棘輪機構(gòu)的棘輪轉(zhuǎn)角都是相鄰兩齒所夾中心角的倍數(shù)，也就是說，棘輪的轉(zhuǎn)角是有級性改變的。如果需要無級性改變轉(zhuǎn)角，可采用摩擦式棘輪機構(gòu)。如圖所示，它山摩擦輪3和搖桿1及其鉸接的驅(qū)動偏心楔塊2、止動楔塊4和機架5組成。當(dāng)搖桿1逆時針方向擺動時，通過驅(qū)動偏心楔塊2與摩擦輪3之間的摩擦力，使摩擦輪沿逆時針方向運動。摩擦式棘輪機構(gòu)動畫

4.4.2棘輪機構(gòu)摩擦式棘輪機構(gòu)4棘輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，運動可靠。齒式棘輪機構(gòu)傳動平穩(wěn)、轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，但運動只能有級調(diào)節(jié)，且噪聲、沖擊和磨損都較大。摩擦式棘輪機構(gòu)傳動平穩(wěn)、無噪聲，可實現(xiàn)運動的無級調(diào)節(jié)，但其運動準(zhǔn)確性較差。