模塊5凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)

1、 模塊模塊5 5 凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu) v學(xué)習(xí)情境1 凸輪機構(gòu)的類型和應(yīng)用 v學(xué)習(xí)情境2 從動件運動規(guī)律 v學(xué)習(xí)情境3 凸輪輪廓設(shè)計分析 v學(xué)習(xí)情境4 齒輪機構(gòu)設(shè)計與分析 v學(xué)習(xí)情境5 其他常用齒輪機構(gòu)簡介 v【知識目標(biāo)】【知識目標(biāo)】 v認知凸輪機構(gòu)的類型與應(yīng)用；認知凸輪機構(gòu)的類型與應(yīng)用； v理解凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律，了解這些規(guī)律在理解凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律，了解這些規(guī)律在 工程實際中的應(yīng)用；工程實際中的應(yīng)用； v掌握凸輪輪廓設(shè)計的基本原理與方法；掌握凸輪輪廓設(shè)計的基本原理與方法； v了解齒輪機構(gòu)的類型與應(yīng)用，掌握漸開線齒了解齒輪機構(gòu)的類型與應(yīng)用，掌握漸開線齒 廓分析方法和齒輪尺寸的

2、計算。廓分析方法和齒輪尺寸的計算。 模塊模塊5 5 凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu) v【技能目標(biāo)】【技能目標(biāo)】 v根據(jù)機構(gòu)要實現(xiàn)的運動，選擇凸輪機構(gòu)的類 型； v設(shè)計凸輪的輪廓機構(gòu)，分析其能實現(xiàn)的運動 特性； v根據(jù)使用要求選用齒輪機構(gòu)的類型，并能設(shè) 計選擇標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)。 模塊模塊5 5 凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu) v凸輪機構(gòu)是由具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通過高 副接觸帶動從動件實現(xiàn)預(yù)期運動規(guī)律的一種高副機 構(gòu)。如圖5-1（a）、圖5-1(b )所示。 模塊模塊5 5 凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)與齒輪機構(gòu) 學(xué)習(xí)情境1 凸輪機構(gòu)的類型和應(yīng)用 5.1.1凸輪機構(gòu)的組成

3、與應(yīng)用 v凸輪機構(gòu)由凸輪、從動件、 機架三個基本構(gòu)件及鎖合 裝置組成。由于凸輪機構(gòu) 具有多用性和靈活性，因 此廣泛應(yīng)用于機械、儀器、 操縱控制裝置和自動生產(chǎn) 線中，是自動化生產(chǎn)中主 要的驅(qū)動和控制機構(gòu)。如 圖5-2所示為內(nèi)燃機配氣凸 輪機構(gòu)。 v5.1.2 凸輪機構(gòu)的類型 v1.按凸輪形狀分類按凸輪形狀分類 1) 盤形凸輪。如圖5-2所示的構(gòu)件1。 2) 移動凸輪。如圖5-3所示。 3) 圓柱凸輪。如圖5-1（a）中的構(gòu)件1。 v5.1.2 凸輪機構(gòu)的類型 v2.按從動件末端形狀分類按從動件末端形狀分類 1）尖頂從動件凸輪機構(gòu)。如圖5-4(a)所示 2）滾子從動件凸輪機構(gòu)。如圖5-4（b）所示

4、 3）平底從動件凸輪機構(gòu)。如圖5-4（c）所示 4）球面底從動件凸輪機構(gòu)。如圖5-4（d）所示 v5.1.2 凸輪機構(gòu)的類型 v2.按從動件末端形狀分類按從動件末端形狀分類 作往復(fù)擺動的從動件稱為擺動從動件, 如圖5- 5所示。偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)如圖5-6所 示。 5.1.2 凸輪機構(gòu)的類型 v3.按鎖合形式分類按鎖合形式分類 1) 力鎖合凸輪機構(gòu)。是指靠重力、 彈簧 力或其他外力使從動件與凸輪始終保持接觸 的凸輪機構(gòu)。 如圖5-2所示, 它是依靠彈簧 力來維持高副接觸的例子。 2) 形鎖合凸輪機構(gòu)。是指利用高副元素 本身的幾何形狀使從動件與凸輪始終保持接 觸的凸輪機構(gòu), 如圖5-1（

5、a）所示凸輪機構(gòu)。 學(xué)習(xí)情境2 從動件運動規(guī)律 5.2.1 凸輪機構(gòu)的運動過程 v 如圖5-7(b)是對心尖頂移動從動件盤形凸輪機 構(gòu)，其運動過程圖5-7(a)所示。 5.2.2 等速運動規(guī)律 v 從動件的運動速度v為常數(shù)時的運動規(guī)律，稱為 等速運動規(guī)律，如圖5-8所示。 5.2.2 等速運動規(guī)律 v等速運動規(guī)律只適用于低速、輕載的凸輪機構(gòu)， 如圖5-9所示的自動機床的進刀機構(gòu)等。 5.2.3等加速等減速運動 規(guī)律 v是指從動件在一個行程 中，前半行程作等加速 運動，后半行程作等減 速運動的運動規(guī)律。運 動線圖如圖5-10所示。 5.2.4余弦加速度運動規(guī) 律 v是指從動件加速度按 余弦規(guī)律變

6、化的運動 規(guī)律。這種運動規(guī)律 的運動線圖如圖5-11 所示。 5.2.5 從動件運動規(guī)律的選擇 v常用從動件運動規(guī)律的特性比較見表5-1， 供選擇 時參考。 學(xué)習(xí)情境3 凸輪輪廓設(shè)計分析 5.3.1 盤形凸輪輪 廓設(shè)計的基本原理 v如圖5-12所示為對 心直動尖頂從動件 盤形凸輪機構(gòu)， 設(shè) 凸輪的輪廓曲線已 按給定的從動件運 動規(guī)律設(shè)計出來。 5.3.2從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計 v1.尖頂對心直動從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計尖頂對心直動從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計 5.3.2從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計 v2.對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu) 5.3.2從動件盤形凸輪 輪廓設(shè)計 v3.平底

7、從動件平底從動件 平底從動件盤形 凸輪輪廓曲線的設(shè) 計方法與上述方法 相似。如圖5-15所 示 5.3.3凸輪機構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題 v1.凸輪機構(gòu)的壓力角凸輪機構(gòu)的壓力角 用量角器檢查其夾角是否超過許用值，如圖5- 17所示。 5.3.3凸輪機構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題 v2.凸輪基圓半徑的確定凸輪基圓半徑的確定 v設(shè)計凸輪機構(gòu)時, 基圓半徑選得越小, 機構(gòu)越緊湊。 但基圓半徑的減小會使壓力角增大。基圓半徑的 確定應(yīng)滿足最大壓力角max的要求。 v3.滾子半徑的選擇滾子半徑的選擇 v為保證滾子及轉(zhuǎn)動軸有足夠的強度和壽命, 應(yīng)選用 較大的滾子半徑rT, 然而滾子半徑rT的增大受到理 論輪廓曲

8、線上最小曲率半徑min的制約, 如圖5-19 所示。 5.3.3凸輪機構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題 v4.凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料 v1）結(jié)構(gòu) v對于較小尺寸的凸輪，常制成凸輪軸結(jié)構(gòu)，如圖5- 20所示。 基圓較大的凸輪如圖5-21所示。 5.3.3凸輪機構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題 v4.凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料 v1）結(jié)構(gòu) v滾子從動件的滾子可以是專門制造的圓柱體，如 圖522(a)、(b)所示；也可采用滾動軸承，如圖 5-22(c)所示。 5.3.3凸輪機構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題 v4.凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料 1）2.材料 學(xué)習(xí)情境4 齒輪機構(gòu)設(shè)

9、計與分析 5.4.1 齒輪機構(gòu)的特點與類型 v1.齒輪機構(gòu)的特點齒輪機構(gòu)的特點 v主要優(yōu)點有：能保證瞬時傳動比恒定，i=1/2 （主動輪角速度1與從動輪角速2之比）； 傳 遞的功率和圓周速度范圍廣（功率可達105 kW， 速度可達300 m/s）；能實現(xiàn)兩軸平行、相交和交 錯的傳動；效率較高（一般可達0.950.99）；工 作可靠，壽命長。 v主要缺點是：制造和安裝精度要求高，故制造成 本較高；不適用于遠距離的傳動，低精度的齒輪 會產(chǎn)生有害的沖擊、噪聲和振動。 5.4.1 齒輪機構(gòu)的特點與類型 v2.齒輪機構(gòu)的類型齒輪機構(gòu)的類型 v齒輪機構(gòu)的類型很多，可按不同的條件加以分類。 v1）根據(jù)兩齒輪

10、軸線的相互位置分類 v兩軸線平行：直齒圓柱齒輪機構(gòu)（圖5-23(a)）， 斜齒圓柱齒輪機構(gòu)（圖5-23(b)）, 人字齒圓柱齒輪 機構(gòu)（圖5-23(c)）；兩軸線相交：直齒圓錐齒輪 機構(gòu)（圖5-23（f），斜齒圓錐齒輪機構(gòu)；兩軸 線相錯：螺旋齒輪機構(gòu)（圖5-23（g），蝸桿蝸 輪機構(gòu)（圖5-23（h）。 5.4.1 齒輪機構(gòu)的特點與類型 v2.齒輪機構(gòu)的類型齒輪機構(gòu)的類型 v齒輪機構(gòu)的類型很多，可按不同的條件加以分類。 v2） 根據(jù)兩齒輪嚙合方式分類 v外嚙合齒輪機構(gòu)（圖5-23（a）、內(nèi)嚙合齒輪機 構(gòu)（圖5-23（d）、齒輪齒條機構(gòu)（圖5-23 （e）。 v 3） 根據(jù)齒輪齒廓曲線的形狀分為

11、：漸開線齒輪 機構(gòu)、擺線齒輪機構(gòu)、圓弧齒輪機構(gòu)。 v 4） 根據(jù)工作條件分為：閉式傳動齒輪機構(gòu)、開 式傳動齒輪機構(gòu)。 5.4.2 漸開線齒廓分析 v1.齒廓嚙合的基本定律齒廓嚙合的基本定律 v齒輪機構(gòu)是高副機構(gòu)，一對齒輪的傳動是通過主 動輪齒廓與從動輪齒廓依次嚙合實現(xiàn)的。為保證 齒輪傳動準(zhǔn)確平穩(wěn)，其瞬時傳動比應(yīng)保持恒定不 變。 v如圖5-24所示，傳動比計算公式為 12122112 /rrCOCOi 5.4.2 漸開線齒廓分析 v2.漸開線齒輪齒廓的形成漸開線齒輪齒廓的形成 v設(shè)在半徑為rb的圓上有一 直線L與其相切，如圖5- 25所示，當(dāng)直線L沿圓周 作純滾動時，直線上一點 K的軌跡為該圓的

12、漸開線。 5.4.2 漸開線齒廓分析 v3.漸開線齒輪各部分漸開線齒輪各部分 的名稱的名稱 v圖5-26所示為標(biāo)準(zhǔn)直 齒圓柱齒輪的一部分， 其各部分名稱和符號 5.4.2 漸開線齒廓分析 v4.漸開線圓柱直齒齒輪的基本參數(shù) v1) 齒數(shù)齒輪整個圓周上輪齒的總數(shù), 用z表示。 v2) 模數(shù)規(guī)定分度圓上的齒距p對的比值為標(biāo) 準(zhǔn)值(整數(shù)或有理數(shù))稱為模數(shù), 用m表示, 即 v齒輪的模數(shù)在我國已標(biāo)準(zhǔn)化， 表5-3為我國國家標(biāo) 準(zhǔn)模數(shù)系列。 p m 5.4.2 漸開線齒廓分析 v4.漸開線圓柱直齒齒輪的基本參數(shù) v3) 壓力角 v 如圖5-27所示，在漸開線上不同點K1、K2、K 的壓力角各不相同，接近

13、基圓的漸開線上壓力角 小，遠離基圓的漸開線上壓力角大。 v 為了便于設(shè)計、制造和維修，規(guī)定分度圓上的 壓力角為標(biāo)準(zhǔn)值，我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)壓力角=20。 分度圓的壓力角的計算公式為 r r b cos 5.4.2 漸開線齒廓分析 v4.漸開線圓柱直齒齒輪的基本參數(shù) v4) 齒頂高系數(shù)h*a和頂隙系數(shù)c* v 標(biāo)準(zhǔn)齒輪的尺寸與模數(shù)成正比， 即 v ha=h*am v hf=ha+c*m=(h*a+c*)m v h=ha+hf=(2h*a+c*)m v 式中，h*a齒頂高系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：正常齒 制h*a=1, 短齒h*a=0.8； c*頂隙系數(shù)， 正常 齒制c*=0.25， 短齒c*=0.3。 5.4.2

14、 漸開線齒廓分析 v5.標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的幾何尺寸的計算公式標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的幾何尺寸的計算公式 5.4.2 漸開線齒廓分析 v6.漸開線齒廓的嚙合特性漸開線齒廓的嚙合特性 v1) 傳動比恒定不變 v2) 中心距可分性 v3）嚙合角不變 v4）一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪要正確嚙合，必須滿足一 定的條件。 v5） 重合度(一對標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪連續(xù)傳動的條件)。 重合度表示了同時接觸的輪齒對數(shù)，愈大，傳動 愈平穩(wěn)。 21 21 mmm 5.4.2 漸開線齒廓分析 v6.漸開線齒廓的嚙合特性漸開線齒廓的嚙合特性 v6）標(biāo)準(zhǔn)安裝條件：一對齒輪傳動時，一齒輪節(jié)圓 上的齒厚之差稱為齒側(cè)間隙。在機械設(shè)計中，正 確安裝

15、的齒輪應(yīng)無齒側(cè)間隙。一對相互嚙合的標(biāo) 準(zhǔn)齒輪，其模數(shù)相等，故兩輪分度圓上的齒厚和 齒槽寬相等，因此，當(dāng)分度圓與節(jié)圓重合時，可 滿足無齒側(cè)間隙的條件。這種安裝稱為標(biāo)準(zhǔn)安裝。 標(biāo)準(zhǔn)安裝時的中心距稱為標(biāo)準(zhǔn)中心距為a = m (z1+z2 ) / 2。 5.4.3漸開線齒形的切齒原理與根切 v1 漸開線齒形的切齒原理漸開線齒形的切齒原理 v1）仿形法 v仿形法是利用成形刀具的軸面齒形與漸開線齒槽 形狀一致的特點, 直接在輪坯上加工出齒形。 常用 的成形刀具有盤狀銑刀(見圖5-28(a)和指狀銑刀 (見圖5-28(b)兩種。 5.4.3漸開線齒形的切齒原理與根切 v1 漸開線齒形的切齒原理漸開線齒形的切齒原理 v2）范成法 v常用的范成法成形加工有插齒和滾齒等。 如圖5- 29和圖5-30所示。 5.4.3漸開線齒形的切齒原理與根切 v2.漸開線齒形的根切漸開線齒形的根切 v齒輪加工時根部被切除的現(xiàn)象稱為根切，如圖5- 31所示。范成法切制的標(biāo)準(zhǔn)齒輪受根切限制，直 齒圓柱齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)z=17。所以制 造齒輪時最少齒數(shù)是17。 學(xué)習(xí)情境5 其他常用齒輪機構(gòu)簡介 5.5.1斜齒圓柱