第9、10、11章常用機(jī)構(gòu)

1、 第9章 常用機(jī)構(gòu)常用機(jī)構(gòu)有平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運動機(jī)構(gòu)和變速、變向機(jī)構(gòu)等。 9.1 平面連桿機(jī)構(gòu) 9.2 凸輪機(jī)構(gòu) 9.3 間歇運動機(jī)構(gòu) 9.4 變速機(jī)構(gòu)和變向機(jī)構(gòu) 9.5 常用機(jī)構(gòu)的觀察與分析 9.1.1 運動副所謂運動副是使兩構(gòu)件直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對運動的聯(lián)接。根據(jù)運動副中兩構(gòu)件的接觸形式不同，運動副又可分為低副和高副。1低副低副是指兩構(gòu)件之間作面接觸的運動副。按兩構(gòu)件的相對運動情況，可分為：(1)轉(zhuǎn)動副 兩構(gòu)件在接觸處只允許作相對轉(zhuǎn)動。(2)移動副 兩構(gòu)件在接觸處只允許作相對移動。(3)螺旋副 兩構(gòu)件在接觸處只允許作一定關(guān)系的轉(zhuǎn)動和移動的復(fù)合運動，低副的接觸表面一般是平面

2、或圓柱面，易制造和維修，承受載荷時的單位面積壓力較小，較為耐用，傳力性能好。但低副是滑動摩擦，摩擦大而效率較低。 2高副高副是指兩構(gòu)件之間作點或線接觸的運動副。 高副由于是點或線的接觸，單位面積壓力較大，構(gòu)件接觸處容易磨損，制造和維修困難，但高副能傳遞較復(fù)雜的運動，比較靈活，易于實現(xiàn)預(yù)定的運動規(guī)律。 低副高副 9.1.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用當(dāng)平面四桿機(jī)構(gòu)中的運動副都是轉(zhuǎn)動副時，稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。如圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，桿4是固定不動的，稱為機(jī)架。與機(jī)架相連的桿1和桿3稱為連架桿，不與機(jī)架直接相連的桿2，稱為連桿。如果桿1(或桿3)能繞鉸鏈A(或鉸鏈D)作整周的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，則此桿稱為

3、曲柄。如果不能作整周的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而只能來回?fù)u擺一個角度，則此桿就稱為搖桿。 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，機(jī)架和連桿總是存在的，因此可按曲柄存在情況，分為三種基本形式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)。 1曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的兩連架桿，如果一個為曲柄，另一個為搖桿，那么該機(jī)構(gòu)就稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。取曲柄AB為主動件，當(dāng)曲柄AB作連續(xù)等速整周轉(zhuǎn)動時，從動搖桿CD將在一定角度內(nèi)作往復(fù)擺動。由此可見，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)能將主動件的整周回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成從動件的往復(fù)擺動。剪刀機(jī)是通過原動機(jī)驅(qū)動曲柄轉(zhuǎn)動，通過連桿帶動搖桿往復(fù)運動，實現(xiàn)剪切工作。 9.1.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用在曲柄搖桿機(jī)

4、構(gòu)中，當(dāng)搖桿為主動件時，可將搖桿的往復(fù)擺動經(jīng)連桿轉(zhuǎn)換為曲柄的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動。在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛。縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)，當(dāng)腳踏板（相當(dāng)于搖桿）作往復(fù)擺動時，通過連桿帶動曲軸（相當(dāng)于曲柄）作連續(xù)運動，使縫紉機(jī)實現(xiàn)縫紉工作。 2雙曲柄機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個連架桿均為曲柄，則該機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。兩曲柄可分別為主動件。慣性篩中，ABCD為雙曲柄機(jī)構(gòu)，工作時以曲柄AB為主動件，并作等速轉(zhuǎn)動，通過連桿BC帶動從動曲柄CD，作周期性的變速運動，再通過E點的聯(lián)接，使篩子作變速往復(fù)運動。慣性篩就是利用從動曲柄的變速轉(zhuǎn)動，使篩子具有一定的加速度，篩面上的物料由于慣性來回抖動，達(dá)到篩分物料的目的。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)剪刀

5、機(jī)縫紉機(jī)踏扳機(jī)構(gòu) 9.1.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用 雙曲柄機(jī)構(gòu)中，當(dāng)兩曲柄長度不相等時，主動曲柄作等速轉(zhuǎn)動，從動曲柄隨之作變速轉(zhuǎn)動，即從動曲柄在每一周中的角速度有時大于主動曲柄的角速度，有時小于主動曲柄的角速度。雙曲柄機(jī)構(gòu)中，常見的還有平行雙曲柄機(jī)構(gòu)和反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)慣性篩 （1）當(dāng)兩曲柄的長度相等且平行時，稱為平行雙曲柄機(jī)構(gòu)。平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的兩曲柄的旋轉(zhuǎn)方向相同，角速度也相等（圖a）。平行雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用很廣，機(jī)車聯(lián)動裝置中，車輪相當(dāng)于曲柄，保證了各車輪同速同向轉(zhuǎn)動。此機(jī)車聯(lián)動裝置中還增設(shè)一個曲柄EF作輔助構(gòu)件，以防止平行雙曲柄機(jī)構(gòu)ABCD變成為反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。 9.1.2

6、 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用(2)當(dāng)雙曲柄機(jī)構(gòu)對邊都相等，但互不平行，則稱其為反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。反向雙曲柄的旋轉(zhuǎn)方向相反，且角速度也不相等。車門啟閉機(jī)構(gòu)中，當(dāng)主動曲柄AB轉(zhuǎn)動時，通過連桿BC使從動曲柄CD朝反向轉(zhuǎn)過，從而保證兩扇車門能同時開啟和關(guān)閉。 3雙搖桿機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個連架桿均為搖桿時，則該機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。在雙搖桿機(jī)構(gòu)中，兩桿均可作為主動件。主動搖桿往復(fù)擺動時，通過連桿帶動從動搖桿往復(fù)擺動。 雙搖桿機(jī)構(gòu)在機(jī)械工程上應(yīng)用也不少，汽車離合器操縱機(jī)構(gòu)中,當(dāng)駕駛員踩下踏板時，主動搖桿AB往右擺動，由連桿BC帶動從動桿CD也向右擺動，從而對離合器產(chǎn)生作用。機(jī)車主動輪聯(lián)動裝置車門

7、啟閉機(jī)構(gòu) 9.1.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用載重車自卸翻斗裝置中，當(dāng)液壓缸活塞向右伸出時，可帶動雙搖桿AB和CD向右擺動，從而使翻斗車內(nèi)的貨物滑下。起重機(jī)中，在雙搖桿AB和CD的配合下，起重機(jī)能將起吊的重物沿水平方向移動，以省時省功。汽車離合器操縱機(jī)構(gòu)起重機(jī)自卸翻斗機(jī)構(gòu) 9.1.3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件 從鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本形式可知，它們的根本區(qū)別在于連架桿是否為曲柄。而連架桿能否成為曲柄，則取決于機(jī)構(gòu)中各桿的長度關(guān)系和選擇哪個構(gòu)件為機(jī)架有關(guān)。即要使連架桿成為能整周轉(zhuǎn)動的曲柄，各桿必須滿足一定的長度條件，這就是所謂的曲柄存在的條件。 下圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，其中AB為曲柄，B

8、C為連桿，CD為搖桿，AD為機(jī)架，它們的長度分別用a、b、c、d來表示，在AB轉(zhuǎn)動一周中，曲柄AB與機(jī)架AD兩次共線。借助這兩個位置，可找出一些鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系。 當(dāng)連桿在B1點時，形成B1C1D。根據(jù)三角形兩邊之和必大于第三邊的定理，得b+cd+a 當(dāng)連桿在B2點時，形成B2C2D, 得 (d-a)+cb 即d+cb+a (d-a)+bc 即d+bc+a 考慮到四桿位于同一直線時，則可寫成如下形式 b+cd+a d+c b+a d+b c+a 將式、分別兩兩相加，則得ca,ba,da，即AB桿為最短桿。曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 9.1.3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件 在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，要使連架桿A

9、B為曲柄，它必須是四桿中的最短桿，且最短桿與最長桿長度之和應(yīng)小于其余兩桿長度之和，考慮到更一般的情形，可將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件概括為：(1)連架桿與機(jī)架中必有一個最短桿； (2)最短桿與最長桿長度之和必小于或等于其余兩桿長度之和。 上述兩條件必須同時滿足，否則機(jī)構(gòu)中無曲柄存在，根據(jù)曲柄條件，還可作如下推論： (1)若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿長度與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和，則可能有以下三種情況： 以最短桿的相鄰桿為機(jī)架，則最短桿為曲柄，而與機(jī)架相連的另一桿為搖桿，則該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 以最短桿為機(jī)架，則其相鄰兩桿均為曲柄，故該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)。 以最短桿相對桿為機(jī)架，則無曲柄

10、存在，因此該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 (2)若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿長度與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和，則無論以哪一桿為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 9.1.4 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及其應(yīng)用 除了鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的上述三種形式外，人們還廣泛采用其他形式的平面四桿機(jī)構(gòu)。分析、研究這些平面四桿機(jī)構(gòu)的運動特性可以發(fā)現(xiàn)：這些平面四桿機(jī)構(gòu)是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)通過一定途徑演化而來的。 1偏心輪機(jī)構(gòu) 在圖a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，桿1為曲柄，桿3為搖桿，若將轉(zhuǎn)動副的銷釘B的半徑逐漸擴(kuò)大至超過曲柄的長度，便可得到如圖b所示的機(jī)構(gòu)，這時曲柄演變成一幾何中心不與回轉(zhuǎn)中心相重合的圓盤，此圓盤稱偏心輪，該兩輪中心之間的距離稱為偏心距，它

11、等于曲柄長。曲柄為偏心輪的機(jī)構(gòu)稱偏心輪機(jī)構(gòu)。 偏心輪機(jī)構(gòu)一般多用于曲柄銷承受較大沖擊載荷或曲柄較短的機(jī)構(gòu)，如剪床、沖床以及破碎機(jī)等。 銷釘擴(kuò)大偏心輪的結(jié)構(gòu)形式9.1.4 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及其應(yīng)用 2曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 在圖a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，桿1為曲柄，桿3為搖桿，若在機(jī)架上作一弧形槽，槽的曲率半徑等于搖桿3的長度，把搖桿3改成弧形滑塊，如圖b所示，這樣盡管把轉(zhuǎn)動副改成了移動副，但相對運動的性質(zhì)卻完全相同。如果將圓弧形槽的半徑增加到無窮大，則圓弧形槽變成了直槽，這樣曲柄搖桿機(jī)構(gòu)就演化成了偏置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(圖c)，圖中P為曲柄中心A至直槽中心線的垂直距離，稱偏心距。當(dāng)時，稱為對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，

12、常簡稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(圖d)。因此，可以認(rèn)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化而來的。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛。如內(nèi)燃機(jī)、搓絲機(jī)、自動送料裝置以及壓力機(jī)都是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若曲柄為主動件，可將曲柄的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動，經(jīng)連桿轉(zhuǎn)換為從動滑塊的往復(fù)直線運動，圖所示的壓力機(jī)，當(dāng)曲柄連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動時，經(jīng)連桿帶動滑塊實現(xiàn)加壓工作；反之若滑塊為主動件，經(jīng)連桿轉(zhuǎn)換為從動曲柄的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的演化壓力機(jī) 9.1.4 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及其應(yīng)用 3導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 若將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖1a）中的構(gòu)件1作為機(jī)架，就演化成導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（圖1b）。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)可分轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。 （1）轉(zhuǎn)動導(dǎo)

13、桿機(jī)構(gòu) 圖1b所示導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)時，機(jī)架1為最短桿，它的相鄰桿2與導(dǎo)桿4均能繞機(jī)架作連續(xù)轉(zhuǎn)動，故稱為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（圖2a）；圖2b所示為插床機(jī)構(gòu)，其中構(gòu)件1、2、3、4組成轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，工作時，導(dǎo)桿4繞A點回轉(zhuǎn)，帶動構(gòu)件5及插刀6往復(fù)運動，實現(xiàn)切削。（2）擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 圖1b所示導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)時，機(jī)架1不是最短桿，它的相鄰構(gòu)件導(dǎo)桿4只能繞機(jī)架擺動，故稱為擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（圖3a）。圖3b所示為刨床機(jī)構(gòu)，其中構(gòu)件1、2、3、4組成擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，工作時，導(dǎo)桿4繞A點擺動，帶動構(gòu)件5及刨刀6往復(fù)運動，實現(xiàn)刨削。圖1 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 9.1.4 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及其應(yīng)用 4定塊機(jī)構(gòu) 若將曲

14、柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖1）中的構(gòu)件3作為機(jī)架，就演化成定塊機(jī)構(gòu)（圖2a)，此機(jī)構(gòu)中滑塊固定不動。圖2b所示的抽水機(jī)，就應(yīng)用了定塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)搖動手柄1時，在桿2的支撐下，活塞桿4即在固定滑塊3（唧筒作為靜件）內(nèi)上下往復(fù)移動，以達(dá)到抽水的目的。 5搖塊機(jī)構(gòu) 若將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖1）中的構(gòu)件2作為機(jī)架，就演化成搖塊機(jī)構(gòu)（圖3a)，此機(jī)構(gòu)中滑塊相對機(jī)架搖動。這種機(jī)構(gòu)常應(yīng)用于擺缸式內(nèi)燃機(jī)或液壓驅(qū)動裝置。圖3b所示的自卸翻斗裝置，也應(yīng)用了搖塊機(jī)構(gòu)。桿1（車廂）可繞車架2上的B點擺動。桿4（活塞桿），液壓缸3（搖塊）可繞車架上C點擺動，當(dāng)液壓缸中的壓力油推動活塞桿運動時，迫使車廂繞B點翻轉(zhuǎn)，物料便自動卸下。圖1 曲柄

15、滑塊機(jī)構(gòu)圖2 定塊機(jī)構(gòu)圖3 搖塊機(jī)構(gòu)9.1.5 平面四桿機(jī)構(gòu)的運動特性 1急回特性 圖所示為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)等速轉(zhuǎn)動的曲柄AB為主動件，它在回轉(zhuǎn)一周的過程中，與連桿BC有兩次共線位置ABl和AB2，此時從動件搖桿CD分別位于左、右兩個極限位置ClD和C2D，其夾角稱為搖桿的擺角。主動曲柄與連桿在兩共線位置時所夾的銳角稱為極位夾角。 圖1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)212211122121180180C CvttKvtCCt 當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動時，搖桿來回擺動的速度是不同的，其空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度，這種性質(zhì)為機(jī)構(gòu)的急回特性。為了表達(dá)這個特征的相對程度，設(shè)該值稱為從動件的行程速比系數(shù)。 K的大小

16、表示急回的程度。由上式可知，K與有關(guān)，當(dāng)=0時，K=1，說明該機(jī)構(gòu)無急回特性；當(dāng)0，則機(jī)構(gòu)具有急回特性，越大，K值越大，急回特性越明顯。與K的關(guān)系為11801KK 9.1.5 平面四桿機(jī)構(gòu)的運動特性 2死點 在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，如圖所示，若取搖桿為主動件，當(dāng)搖桿在兩極限位置時，連桿與曲柄共線，通過連桿加于曲柄的力F經(jīng)過鉸鏈中心A，該力對A點的力矩為零，故不能推動曲柄轉(zhuǎn)動，從而使整個機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)。這種位置稱為死點。 平面四桿機(jī)構(gòu)是否存在死點位置，決定于從動件是否與連桿共線。凡是從動件與連桿共線的位置都是死點。 圖1 死點位置 對機(jī)構(gòu)傳遞運動來說，死點是有害的，因為死點位置常使機(jī)構(gòu)從動件無法運動

17、或出現(xiàn)運動不確定現(xiàn)象。如圖1所示的縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)），當(dāng)踏板CD為主動件并作往復(fù)擺動時，機(jī)構(gòu)在兩處有可能出現(xiàn)死點位置，致使曲柄AB不轉(zhuǎn)或出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。為了保證機(jī)構(gòu)正常運轉(zhuǎn)，可在曲柄軸上裝飛輪，利用其慣性作用使機(jī)構(gòu)順利地通過死點位置。 在工程上，有時也利用死點進(jìn)行工作，如圖2所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，就是應(yīng)用死點的性質(zhì)來夾緊工件的一個實例。當(dāng)夾具通過手柄1，施加外力F使鉸鏈的中心B、C、D處于同一條直線上時，工件2被夾緊，此時如將外力F去掉，也仍能可靠地夾緊工件，當(dāng)需要松開工件時，則必須向上扳動手柄1，才能松開夾緊的工件。 圖2 夾緊機(jī)構(gòu) 9.2.1 凸輪機(jī)構(gòu)的特點和應(yīng)用 凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪

18、、從動件和機(jī)架組成（圖1）。凸輪是主動件，從動件的運動規(guī)律由凸輪輪廓決定。凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械工程中廣泛應(yīng)用的一種高副機(jī)構(gòu)。 圖1 凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)常用于低速、輕載的自動機(jī)或自動機(jī)的控制機(jī)構(gòu)。 圖2所示為汽車內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪1轉(zhuǎn)動時，依靠凸輪的輪廓，可以迫使從動件氣閥2向下移動打開氣門(借助彈簧的作用力關(guān)閉)，這樣就可以按預(yù)定時間，打開或關(guān)閉氣門，以完成內(nèi)燃機(jī)的配氣動作。 凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。它能控制從動件運動規(guī)律，因此凸輪通常作主動件并作等速轉(zhuǎn)動，當(dāng)凸輪運動時，借助它的曲線輪廓(或凹槽)，可使從動件作預(yù)期的運動。 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用特點有： (1)便于準(zhǔn)確地實現(xiàn)給定的運動規(guī)律

19、。（2）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于設(shè)計； (3)凸輪機(jī)構(gòu)可以高速起動，動作準(zhǔn)確可靠。 (4)凸輪與從動件為高副接觸，不便潤滑，容易磨損，為延長使用壽命，傳遞動力不宜過大。 (5)凸輪輪廓曲線不易加工。 圖2 汽車內(nèi)燃機(jī)配汽機(jī)構(gòu)圖3 自動車床的走刀機(jī)構(gòu) 9.2.2 凸輪機(jī)構(gòu)的類型 凸輪機(jī)構(gòu)按凸輪的形狀與從動件形式可分為不同類型。 1按凸輪形狀分 （1）盤形凸輪 凸輪的基本形式，應(yīng)用最廣。但從動件的行程不能太大，否則凸輪變化過大，對凸輪機(jī)構(gòu)的工作不利，所以一般應(yīng)用于行程較短的場合。 （2）移動凸輪（板狀凸輪） 可視為回轉(zhuǎn)中心趨向于無窮遠(yuǎn)的盤形凸輪，它相對于機(jī)架作直線往復(fù)移動。圖1中用以車制手柄的靠模就是采

20、用移動凸輪機(jī)構(gòu)。移動凸輪機(jī)構(gòu)在靠模仿形機(jī)械中應(yīng)用較廣。 上述兩種凸輪組成機(jī)構(gòu)時，凸輪與從動件的相對運動是平面運動，因此，上述兩種凸輪機(jī)構(gòu)稱為平面凸輪機(jī)構(gòu)，其凸輪稱為平面凸輪。 （3）圓柱凸輪 在圓柱面上開有曲線凹槽，或在圓柱端面上制出曲線輪廓，可使從動件得到較大的行程。屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)（圖2)。 圖1 移動凸輪機(jī)構(gòu)圖2 端面圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 9.2.2 凸輪機(jī)構(gòu)的類型 2按從動件的形式分類 根據(jù)從動件的運動形式和端部形狀區(qū)分，基本類型列于表1。 表1 凸輪機(jī)構(gòu)從動件的基本類型 接觸形式運動形式主要特點移動擺動尖頂結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，可準(zhǔn)確地實現(xiàn)任意運動規(guī)律。但易磨損，適用于低速、傳力小和動作靈敏的場合

21、，如儀表機(jī)構(gòu)中滾子滾子接觸，摩擦阻力小，不易磨損，承載能力較大，但運動規(guī)律有局限性，不宜于高速，故可用于傳遞較大的動力平底結(jié)構(gòu)緊湊，潤滑性能好，摩擦阻力小，適用于高速。但不能與內(nèi)凹的輪廓接觸，因此運動規(guī)律受到一定限制曲面介于滾子和平底之間 9.2.3 凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù) 1.基圓半徑 在圖1所示的機(jī)構(gòu)中，從動件(桿)在最低位置時，尖頂在點(圖1a)，以凸輪的最小半徑所作的圓稱為基圓，稱為基圓半徑。 圖1 凸輪機(jī)構(gòu)的位移曲線圖2 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 2行程和轉(zhuǎn)角 當(dāng)凸輪按逆時針方向轉(zhuǎn)過一個角度時(圖1b)，從動件將上升一段距離，即產(chǎn)生一段位移s。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過0時，從動件到達(dá)最高位置(圖1c)，此時從

22、動件的最大升距稱為行程，用h表示。凸輪轉(zhuǎn)動角度，稱為轉(zhuǎn)角(也稱為動作角或運動角)。 3位移曲線 如果將從動件的位移s與凸輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系用曲線表示（圖1d），此曲線稱為從動件(桿)的位移曲線（s-曲線）。 4壓力角 圖2所示的凸輪機(jī)構(gòu)中，從動件(桿)與凸輪輪廓在A點接觸，凸輪給從動件一作用力F，其方向為沿接觸點的法線方向，我們把這個力的作用線與從動件運動方向之間的夾角，叫做凸輪機(jī)構(gòu)在該點的壓力角，用表示。 9.2.4 從動件常用運動規(guī)律 從動件的運動規(guī)律是指其位移、速度和加速度隨時間變化的規(guī)律。從動件的運動規(guī)律是根據(jù)機(jī)器工作要求確定的。從動件不同的運動規(guī)律對應(yīng)于不同的凸輪輪廓。在設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時，首

23、先選定從動件的運動規(guī)律，再根據(jù)運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓。最常用的運動規(guī)律有以下兩種。 1.等速運動規(guī)律 當(dāng)凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動時，從動件在推程和回程的速度為常數(shù)，這種運動規(guī)律叫做等速運動規(guī)律(圖1)。 圖1 等速運動規(guī)律 2.等加速等減速運動規(guī)律 這種運動規(guī)律是從動件在一個推程或者回程中，前半段做等加速運動，后半段做等減速運動；而且前后兩段加速度的絕對值相等。圖2 等加速等減速運動規(guī)律 *10.2.5 凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線的畫法 當(dāng)從動件運動規(guī)律選定后，即可根據(jù)該運動規(guī)律和其他給定條件（如凸輪轉(zhuǎn)向、基圓半徑等）確定凸輪的輪廓曲線。確定凸輪輪廓曲線的方法有圖解法和解析法。圖解法的特點是簡便、直觀，但不夠精

24、確，不過其準(zhǔn)確度已足以滿足一般機(jī)器的工作要求。 1“反轉(zhuǎn)法”作圖方法 凸輪輪廓曲線作圖的方法是“反轉(zhuǎn)法”。為了作圖方便起見，可以看成凸輪在圖紙上不轉(zhuǎn)動，而將從動件的位置看成是相反于凸輪的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動，并以此方向作圖，這就是“反轉(zhuǎn)法”。這種方法的優(yōu)點是容易作圖。 2輪廓曲線畫法步驟 (1)先畫出從動件的位移曲線圖。用凸輪轉(zhuǎn)角作橫坐標(biāo)，以從動件的位移作縱坐標(biāo)，由從動件的運動規(guī)律作出位移曲線，如圖b所示。 (2)再畫凸輪輪廓曲線。在凸輪基圓上作等分角線，用“反轉(zhuǎn)法”以與位移曲線相同的比例截取各對應(yīng)點(位移行程)，連接各點，即可得凸輪輪廓曲線。如圖a所示。尖頂式移動凸輪的畫法11.3.1 棘輪機(jī)構(gòu) 1

25、棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理及應(yīng)用 典型的棘輪機(jī)構(gòu)（圖1）是由棘輪1、棘爪2、機(jī)架以及止回棘爪5等組成。彈簧6使止回棘爪5和棘輪1始終保持接觸。當(dāng)曲柄連續(xù)轉(zhuǎn)動時，搖桿作往復(fù)擺動。當(dāng)搖桿逆時針擺動時，棘爪便嵌入棘輪的齒槽中，棘爪被推動向逆時針方向轉(zhuǎn)過一個角度；當(dāng)搖桿順時針擺動時，棘爪便在棘輪齒背上滑過，這時止回棘爪阻止棘輪順時針轉(zhuǎn)動，故棘輪靜止不動。這樣，當(dāng)搖桿作連續(xù)擺動時，棘輪就作單向的間歇運動。 棘輪機(jī)構(gòu)的類型很多，按照工作原理可分為齒嚙式和摩擦式，按結(jié)構(gòu)特點可分為外接式和內(nèi)接式。下面介紹幾種常用的棘輪機(jī)構(gòu)。 (1)具有棘齒的棘輪機(jī)構(gòu) 單動式棘輪機(jī)構(gòu)(圖1), 雙動式棘輪機(jī)構(gòu)(圖2), 可變向棘輪機(jī)構(gòu)

26、(圖3), 前述棘輪機(jī)構(gòu)，棘輪的轉(zhuǎn)角都是以棘輪的輪齒為單位的，即棘輪轉(zhuǎn)角的改變都是有級的，若要無級地改變棘輪的轉(zhuǎn)角，可采用無棘齒的摩擦棘輪機(jī)構(gòu)(圖4），該機(jī)構(gòu)是摩擦棘輪機(jī)構(gòu)中的一種。摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)的使用優(yōu)點是無噪聲，多用于輕載間歇運動機(jī)構(gòu)。 圖1 棘輪機(jī)構(gòu)圖2 雙動式棘輪機(jī)構(gòu)圖3 可變向棘輪機(jī)構(gòu)圖4 摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)11.3.2 槽輪機(jī)構(gòu) 1槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理 槽輪機(jī)構(gòu)能把主動軸的等速連續(xù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭虞S周期性的間歇運動，槽輪機(jī)構(gòu)常用于轉(zhuǎn)位或分度機(jī)構(gòu)。圖1所示為一單圓外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)，它由帶圓柱銷2的主動撥盤1、具有徑向槽的從動槽輪3和機(jī)架等組成。槽輪機(jī)構(gòu)工作時，撥盤為主動件并以等角速度連續(xù)回轉(zhuǎn)，

27、從動槽輪作時轉(zhuǎn)時停的間歇運動。 當(dāng)圓銷2未進(jìn)入槽輪的徑向槽時，由于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被撥盤的外凸圓弧卡住，故槽輪靜止不動。圖1a所示為圓銷2剛開始進(jìn)入槽輪徑向槽的位置。這時鎖止弧剛好被松開，隨后槽輪受圓銷2的驅(qū)使而沿反向轉(zhuǎn)動。當(dāng)圓銷2開始脫出槽輪的徑向槽時（圖1b），槽輪的另一內(nèi)凹鎖止弧又被曲柄的外凸圓弧卡住，致使槽輪又靜止不動，直到曲柄上的圓銷2進(jìn)入下一徑向槽時，才能重復(fù)上述運動。這樣撥盤每轉(zhuǎn)一周，槽輪轉(zhuǎn)過兩個角度。 圖1 槽輪機(jī)構(gòu)11.3.2 槽輪機(jī)構(gòu) 2槽輪機(jī)構(gòu)的特點和應(yīng)用 構(gòu)造簡單，外形尺寸小，工作可靠。但槽輪的轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)，圓銷與輪槽間沖擊較嚴(yán)重，尤其是在槽輪徑向槽數(shù)目較少的情況下

28、更為明顯，因此在設(shè)計槽輪機(jī)構(gòu)時不能將槽輪的槽數(shù)選得很少，在生產(chǎn)實際中用的槽輪機(jī)構(gòu)，其槽數(shù)常取48。 槽輪機(jī)構(gòu)一般應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高、要求斷續(xù)地轉(zhuǎn)過某一特定角度的裝置中。例如：在自動機(jī)上，用以間歇地轉(zhuǎn)動刀架或工作臺；在化工廠管道系統(tǒng)中，用以啟閉閥門；在電影放映機(jī)中，用作卷片機(jī)構(gòu)（圖1），為了適應(yīng)人們的視覺暫留現(xiàn)象，要求影片作間歇運動，它采用四槽槽輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)傳動軸帶動圓銷每轉(zhuǎn)過一周，槽輪相應(yīng)地轉(zhuǎn)過90，因此能使影片的畫面作短暫的停留。圖2所示為六角自動車床的刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，為了滿足零件加工工藝要求自動變換所需刀具，采用六槽的槽輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)圓銷1進(jìn)、出槽輪一次，則可推動槽輪2轉(zhuǎn)過60，并且使下一工序的刀具轉(zhuǎn)

29、到工作位置。 圖1 放映機(jī)的卷片機(jī)構(gòu) 圖2 刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu) 11.4.1 變速機(jī)構(gòu)和變向機(jī)構(gòu) 變速機(jī)構(gòu)是指在輸入轉(zhuǎn)速不變的條件下，使從動輪(軸)得到不同轉(zhuǎn)速的傳動裝置。例如機(jī)床主軸的變速傳動系統(tǒng)是將動力源(主電動機(jī))的恒定轉(zhuǎn)速通過變速箱變換為主軸的多級轉(zhuǎn)速。 機(jī)床、汽車和其他機(jī)械上常用的變速機(jī)構(gòu)有滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)、塔齒輪變速機(jī)構(gòu)、倍增變速機(jī)構(gòu)和拉鍵變速機(jī)構(gòu)等。但無論哪一種變速機(jī)構(gòu)，都是通過改變一對齒輪傳動比大小，從而改變從動輪(軸)的轉(zhuǎn)速。 1塔齒輪變速機(jī)構(gòu) 如圖所示為塔齒輪變速機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向鍵14裝在主軸15的長鍵槽中，其上裝有滑移齒輪11和撥叉10，并可沿軸滑動。主軸15可通過齒輪11、中間齒輪

30、12將運動傳給塔齒輪1中的任意一個，使軸2轉(zhuǎn)動。由于塔齒輪由小到大，所以齒輪箱殼體上就制成斜形插孔板8，用插銷9插入定位，以限制齒輪11在運轉(zhuǎn)時軸向移動。軸2轉(zhuǎn)動時，可通過離合器3和4傳給絲杠5，或通過齒輪7傳給光桿6。它是通過滑移齒輪11分別與塔形齒輪嚙合，使絲杠或光桿得到不同的轉(zhuǎn)速。塔齒輪變速機(jī)構(gòu) 11.4.1 變速機(jī)構(gòu) 2倍增齒輪變速機(jī)構(gòu) 如圖1所示為倍增變速機(jī)構(gòu)，它是由三根軸和滑移、空套、固定齒輪組成。軸1是主動軸，其上裝有三個二聯(lián)齒輪Z2842，其中一個固定在軸1上，其余兩個是空套的。在軸上空套三個二聯(lián)齒輪。Z4256，右端邊上還有一個。Z56齒輪空套在軸上。在軸3上裝有一個滑移齒輪

31、，以便與軸上任意一個Z56齒輪嚙合。這樣可以得到四種傳動比。第一級第二級 第三級 第四級 113342 28142 562nin11335628128 56nin113356 42 56 28228 42 28 56nin113356 42 56 42 56 28428 42 28 42 28 56nin 3.拉鍵變速機(jī)構(gòu) 圖2所示為拉鍵變速機(jī)構(gòu)，Z1、Z3、Z5和Z7四個齒輪固定在軸2上，Z2、Z4、Z6和Z8四個齒輪空套在套筒軸3上，中間用墊圈隔開。套筒軸3的孔中插入手柄軸4，并在軸的前端設(shè)有彈簧鍵1，可以從套筒軸3的穿通的長槽中彈出，以便嵌入四個空套齒輪中的一個。在圖8.54所示位置，鍵

32、1嵌在齒輪Z8內(nèi)孔的鍵槽中，這樣軸2的運動通過齒輪Z7與Z8的嚙合傳給軸3。此時Z2、Z4、Z6也以各自的轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)。圖1倍增變速機(jī)構(gòu) 圖2拉鍵變速機(jī)構(gòu) 11.4.1 變速機(jī)構(gòu) 4滑移齒輪變速機(jī)構(gòu) 曾在前面輪系部分介紹過滑移齒輪變速的原理，故此處不再詳述。 上面所講的變速機(jī)構(gòu)為有級變速機(jī)構(gòu)，它們的變速可靠、傳動比準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)緊湊。但所用的零件多、質(zhì)量大、高速轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)、變速時有噪聲。 5無級變速機(jī)構(gòu) 圖所示，是摩擦盤式無級變速機(jī)構(gòu)的傳動原理結(jié)構(gòu)圖。錐形盤1裝在電動機(jī)軸上，電動機(jī)軸線傾斜一個角度。端面盤2裝在底板支架6上，借彈簧3的壓力使其與錐形盤1的斜面貼緊。當(dāng)轉(zhuǎn)動齒輪5通過固定在底板上的齒條4移

33、動支架6時，就可以改變接觸半徑，因而可得到不同的傳動比。 摩擦盤無級變速機(jī)構(gòu) 1221nRinR式中：n1、n2錐形盤1和端面盤2的轉(zhuǎn)速，rmin； R1、R2錐形盤1和端面盤2接觸點半徑。 11.4.1 變速機(jī)構(gòu) 4滑移齒輪變速機(jī)構(gòu) 曾在前面輪系部分介紹過滑移齒輪變速的原理，故此處不再詳述。 上面所講的變速機(jī)構(gòu)為有級變速機(jī)構(gòu)，它們的變速可靠、傳動比準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)緊湊。但所用的零件多、質(zhì)量大、高速轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)、變速時有噪聲。 5無級變速機(jī)構(gòu) 圖所示，是摩擦盤式無級變速機(jī)構(gòu)的傳動原理結(jié)構(gòu)圖。錐形盤1裝在電動機(jī)軸上，電動機(jī)軸線傾斜一個角度。端面盤2裝在底板支架6上，借彈簧3的壓力使其與錐形盤1的斜面貼緊

34、。當(dāng)轉(zhuǎn)動齒輪5通過固定在底板上的齒條4移動支架6時，就可以改變接觸半徑，因而可得到不同的傳動比。 摩擦盤無級變速機(jī)構(gòu) 1221nRinR式中：n1、n2錐形盤1和端面盤2的轉(zhuǎn)速，rmin； R1、R2錐形盤1和端面盤2接觸點半徑。 11.4.2 變向機(jī)構(gòu) 所謂變向機(jī)構(gòu)是指在輸入旋轉(zhuǎn)方向不變的條件下，改變從動輪(軸)旋轉(zhuǎn)方向的裝置。常用的有三星齒輪變向機(jī)構(gòu)、滑移齒輪變向機(jī)構(gòu)和圓錐齒輪變向機(jī)構(gòu)等。 1三星齒輪變向機(jī)構(gòu) 圖1所示，由Z1、Z2、Z3和Z4四個齒輪，以及三角形杠桿架組成。Zl和Z4兩齒輪用鍵裝在位置固定的軸上，并可與軸一起轉(zhuǎn)動2和3兩齒輪空套在三角形杠桿架的軸上，杠桿架通過搬動手柄可繞

35、齒輪Z4軸心轉(zhuǎn)動。在圖示位置，齒輪通過齒輪Z3帶動齒輪Z4，使齒輪z4按一定方向旋轉(zhuǎn)，齒輪Z2空轉(zhuǎn)。若手柄向下搬動，這時Z1和Z3兩齒輪脫開嚙合，Z1和Z2進(jìn)入嚙合，這樣齒輪Z1通過齒輪2和3而帶動齒輪4，由于多了一個中間齒輪Z2，當(dāng)齒輪Z1的旋轉(zhuǎn)方向不變，齒輪在Z4的旋轉(zhuǎn)方向就改變了。 2滑移齒輪變向機(jī)構(gòu) 圖2所示為滑移齒輪變向機(jī)構(gòu)。由Z1、Z2、Z3、Z4和中間齒輪2組成；Z1和Z3為二聯(lián)滑移齒輪，用導(dǎo)向鍵或花鍵與軸聯(lián)接。Z2和Z4固定在軸上。在圖示位置，當(dāng)齒輪Z1的轉(zhuǎn)動通過中間齒輪Z帶動齒輪Z2轉(zhuǎn)動時，則齒輪Zl和Z2的旋轉(zhuǎn)方向相同。圖1 三星齒輪變向機(jī)構(gòu)圖2 滑移齒輪變向機(jī)構(gòu)11.4.

36、2 變向機(jī)構(gòu)若將二聯(lián)齒輪Z1和Z3向右移動時，使齒輪Zl與中間齒輪Z脫開嚙合，齒輪Z3和Z4進(jìn)入嚙合，因為少了一個中間齒輪在該變向機(jī)構(gòu)中，所以齒輪Z3和Z4的旋轉(zhuǎn)方向相反。在該變向機(jī)構(gòu)中，若，則只是一個變向機(jī)構(gòu)；若則既是一個變向機(jī)構(gòu)，又是一個變速機(jī)構(gòu)，即可同時完成變向和變速要求。 3圓錐齒輪變向機(jī)構(gòu) 圖所示為圓錐齒輪變向機(jī)構(gòu)。在圖a中，兩個端面帶有爪形齒的圓錐齒輪Z2和Z3，空套在水平軸上，這兩個圓錐齒輪能與同軸上可滑移的雙向爪形離合器嚙合或分離，雙向爪形離合器和水平軸用鍵聯(lián)接。另一個圓錐齒輪Z1固定在垂直軸上。當(dāng)圓錐齒輪Z1旋轉(zhuǎn)時，帶動水平軸上兩個圓錐齒輪Z2和Z3，這兩個齒輪同時以相反的方向在軸上空轉(zhuǎn)。如果雙向離合器向左移動，與左面圓錐齒輪Z2上的端面爪形齒嚙合，那么運動由左面的圓錐齒輪Z2通過雙向離合器傳給水平軸；若雙向離合器向右移動，與圓錐齒輪Z3端面爪形齒嚙合，那么運動將由圓錐齒輪Z3通過雙向離合器傳給水平軸，且旋轉(zhuǎn)方向相反。 圖b