凸輪機構(gòu)與工程材料市公開課一等獎省賽課獲獎?wù)n件

機械工程基礎(chǔ)第十章凸輪機構(gòu)和其它慣用機構(gòu)講課課時：3課時10-110-2凸輪機構(gòu)與工程材料第1頁基本要求機械工程基礎(chǔ)1.了解凸輪機構(gòu)基本類型和應(yīng)用。2.了解凸輪機構(gòu)從動件慣用運動規(guī)律。3.掌握用圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓方法。4.掌握凸輪機構(gòu)壓力角與基圓半徑概念與應(yīng)用。5.了解棘輪機構(gòu)和槽輪機構(gòu)工作原理、特點和應(yīng)用。6.了解不完全齒輪機構(gòu)工作原理。凸輪機構(gòu)與工程材料第2頁10.1凸輪機構(gòu)應(yīng)用與分類機械工程基礎(chǔ)10.1.1凸輪機構(gòu)組成凸輪機構(gòu)是由凸輪、從動件和機架三個基本構(gòu)件組成高副機構(gòu)。內(nèi)燃機配氣機構(gòu)凸輪機構(gòu)與工程材料第3頁機械工程基礎(chǔ)

凸輪是該機構(gòu)主動件，含有曲線工作表面（即曲線輪廓和凹槽）。通常作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動（有時，作往復(fù)直線移動）。

從動件運動是由凸輪給予，在極限范圍內(nèi)，按要求作一定規(guī)律運動。比如連續(xù)往復(fù)運動、間歇運動、擺動等，即可使從動件作連續(xù)或不連續(xù)任意預(yù)期運動。內(nèi)燃機配氣機構(gòu)簡圖凸輪機構(gòu)與工程材料第4頁10.1.2凸輪機構(gòu)應(yīng)用機械工程基礎(chǔ)凸輪機構(gòu)是一個結(jié)構(gòu)簡單且輕易實現(xiàn)任意復(fù)雜運動規(guī)律慣用機構(gòu)。利用凸輪輪廓曲線可使從動件實現(xiàn)各種給定運動規(guī)律。所以，凸輪機構(gòu)在各種機械，尤其是在自動化和半自動化機械中得到了廣泛應(yīng)用。6.1.3凸輪機構(gòu)分類1.按凸輪型式分①盤形凸輪是一個繞固定軸回轉(zhuǎn)、工作輪廓含有不一樣曲率半徑盤形零件。是凸輪最基本型式。②移動凸輪是相對于機架作往復(fù)直線運動。當凸輪1在其它機構(gòu)帶動下左右移動時，凸輪上溝槽經(jīng)過滾子推進從動件上下運動。凸輪機構(gòu)與工程材料第5頁機械工程基礎(chǔ)③圓柱凸輪是在圓柱面上加工出曲線工作表面凸輪，也可視為將移動凸輪卷成圓柱體而繞一固定軸回轉(zhuǎn)而組成。移動凸輪機構(gòu)圓柱凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)與工程材料第6頁機械工程基礎(chǔ)2．按從動件型式分直動擺動凸輪機構(gòu)盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪運動形式工作端按凸輪型式分從動件型式分尖端曲面滾子平底按從動件運動形式和工作端形式區(qū)分，從動件可直動或擺動，其工作端可為尖端、滾子、平底和其它曲面。凸輪機構(gòu)與工程材料第7頁10.1.4凸輪機構(gòu)特點機械工程基礎(chǔ)1．優(yōu)點：從動件可實現(xiàn)任意運動規(guī)律；而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。2．缺點：因為是高副接觸，產(chǎn)生高接觸應(yīng)力，易磨損；不宜傳遞很大力。另外，凸輪制造較復(fù)雜，精度要求高時需用數(shù)控機床加工。10.2從動件慣用運動規(guī)律10.2.1從動件位移圖線分析機凸輪構(gòu)工作原理可知，由凸輪輪廓形狀決定從動件運動規(guī)律；而設(shè)計凸輪機構(gòu)時，則是依據(jù)從動件運動規(guī)律去確定凸輪工作輪廓。凸輪機構(gòu)與工程材料第8頁機械工程基礎(chǔ)

從動件位移圖線是指從動件位移S和凸輪轉(zhuǎn)角φ關(guān)系曲線。它是設(shè)計凸輪輪廓曲線依據(jù)。凸輪機構(gòu)與工程材料第9頁基本術(shù)語基圓：以凸輪輪廓最小向徑rb為半徑繪制圓。推程：當凸輪以勻速角速度逆時針轉(zhuǎn)過φ0角時，從動件被凸輪推進，以一定規(guī)律由距離回轉(zhuǎn)中心最近位置抵達最遠位置過程。推程運動角：與推程對應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角φ0。升程：在推程中，從動件上升距離h。遠休止角：當凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)φs角時，從動件在最遠位置停留不動，φs稱為遠休止角?；爻蹋簭膭蛹趶椈苫蛑亓ψ饔孟?，以一定運動規(guī)律（沿凸輪上對應(yīng)輪廓）由最遠位置回到最近位置過程。是推程逆向運動。近休止角：當凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)φ's角時，從動件在最近位置停留不動，φ's稱為近休止角。凸輪機構(gòu)與工程材料第10頁機械工程基礎(chǔ)凸輪輪廓形狀決定了從動件位移圖線。反之，從動件不一樣運動規(guī)律要求凸輪含有不一樣形狀輪廓曲線。凸輪機構(gòu)與工程材料第11頁10.2.2從動件慣用運動規(guī)律機械工程基礎(chǔ)從動件慣用運動規(guī)律有勻速、勻加速勻減速、簡諧運動規(guī)律等幾個。以簡諧運動規(guī)律為主介紹從動件運動規(guī)律。1．簡諧運動（余弦加速度運動）質(zhì)點在圓周上作勻速運動時，它在該圓直徑上投影所組成運動稱為簡諧運動。為了便于設(shè)計和制造，通常把從動件運動規(guī)律表示為凸輪轉(zhuǎn)角φ函數(shù)。凸輪機構(gòu)與工程材料第12頁機械工程基礎(chǔ)①以從動件升程h為直徑畫半圓,將該半圓分成n等分(n≥6)，得1、2、3、…n點。②將凸輪推程運動角φ0也分成對應(yīng)等分。③從圓周上各分點作水平線，分別與φ0角各對應(yīng)分點垂線相交，得1＇、２＇、３＇…點。④光滑連線。把上述交點連成光滑曲線便是從動件位移圖線。由加速度圖線可知，從動件在行程始末兩點，加速度出現(xiàn)有限值突變，因而產(chǎn)生有限慣性力，引發(fā)所謂“柔性沖擊”。凸輪機構(gòu)與工程材料第13頁2．勻速運動機械工程基礎(chǔ)當凸輪等速運動時，從動件上升或下降速度為一常數(shù),這種運動規(guī)律稱為勻速運動規(guī)律。由圖可知，從動件在運動開始和終止時瞬時速度有突變，所以這時加速度及其產(chǎn)生慣性力在理論上為無窮大（因為材料有彈性變形，即使加速度和慣性力不會到達無窮大，但仍很大），從而產(chǎn)生強烈沖擊、噪聲、高應(yīng)力和磨損。這種沖擊稱為“剛性沖擊”。所以，勻速運動規(guī)律只適合用于低速輕載。凸輪機構(gòu)與工程材料第14頁3．勻加速勻減速運動（拋物線運動）機械工程基礎(chǔ)這種運動規(guī)律在一個行程中，常取前半程作勻加速運動，后半程作勻減速運動，并取兩加速度絕對值相等。采取此運動規(guī)律可使凸輪機構(gòu)動力特征有一定改進。因為從動件位移s與凸輪轉(zhuǎn)角平方成正比，其位移曲線為一拋物線，如圖所表示，當轉(zhuǎn)角為1、2、3、4…個單位時，位移比值為1：4：9：16…。凸輪機構(gòu)與工程材料第15頁機械工程基礎(chǔ)由圖可知，這種運動規(guī)律在O、A和B各點處加速度出現(xiàn)有限值突變，因而產(chǎn)生有限慣性力，引發(fā)“柔性沖擊”。所以勻加速勻減速運動規(guī)律只使用于低、中速情況。凸輪機構(gòu)與工程材料第16頁另外，為了使加速度曲線保持連續(xù)而防止沖擊，尤其對于高速凸輪機構(gòu)，工程中還采取正弦加速度（擺線運動）、高次多項式等運動規(guī)律。凸輪機構(gòu)與工程材料第17頁10.3圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線機械工程基礎(chǔ)10.3.1反轉(zhuǎn)法原理凸輪機構(gòu)工作時，若凸輪以角速度ω回轉(zhuǎn)。在設(shè)計凸輪時，則需要凸輪相對固定。根據(jù)相對運動原理，若給整個機構(gòu)加上繞凸輪軸心公共角速度（-ω），機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動不變。于是，凸輪變成不動，而從動件一方面和機架以角速度（-ω）繞軸心轉(zhuǎn)動，其次仍按給定運動規(guī)律相對于機架導(dǎo)路作往復(fù)運動。由于尖端始終與凸輪輪廓保持接觸，所以反轉(zhuǎn)后尖底運動軌跡就是凸輪輪廓。這種設(shè)計凸輪輪廓曲線方法稱為反轉(zhuǎn)法，又稱相對運動法。凸輪機構(gòu)與工程材料第18頁機械工程基礎(chǔ)10.3.2對心直動尖底從動件盤形凸輪其理論依據(jù)是相對運動原理，在整個機構(gòu)上附加公共角速度后，機構(gòu)中各構(gòu)件之間相對運動關(guān)系仍保持不變。建立在“反轉(zhuǎn)法原理”基礎(chǔ)上，依據(jù)從動件位移圖線和所確定（或已知）基圓半徑繪制凸輪輪廓方法稱為“圖解法”。當凸輪機構(gòu)中凸輪以等角速度ω１逆時針轉(zhuǎn)動，凸輪基圓半徑為rb；從動件運動規(guī)律為：推程運動角120o，從動件等速上升一個行程h，遠休止角60o，回程運動角90o，從動件等速下降回到最低位置，近休止角90o，此時凸輪轉(zhuǎn)動一周。試設(shè)計凸輪輪廓曲線。凸輪機構(gòu)與工程材料第19頁機械工程基礎(chǔ)１.依據(jù)已知條件（從動件運動規(guī)律），選取長度百分比尺和角度百分比尺（實際角度/圖樣線性尺寸）作出位移圖線。

２.將位移圖線推程和回程所對應(yīng)轉(zhuǎn)角等分為若干等分（圖中推程為四等分，回程為三等分）。凸輪機構(gòu)與工程材料第20頁機械工程基礎(chǔ)３.用一樣百分比尺，以O(shè)為圓心，以為半徑作基圓。從動件導(dǎo)路與基圓交點C0（B0）即為從動件尖底起始位置。凸輪機構(gòu)與工程材料第21頁機械工程基礎(chǔ)４.確定從動件在反轉(zhuǎn)運動中依次占據(jù)各個位置。自O(shè)B0開始沿-ω方向量取凸輪各運動階段角度，并將轉(zhuǎn)角與位移圖線相同等分。等分線與基圓相交C1、C2、C3…等點。等分線表示從動件在反轉(zhuǎn)運動中依次占據(jù)位置線。凸輪機構(gòu)與工程材料第22頁…，點B1、B2、B3…，就是從動件尖底作復(fù)合運動時各點位置，光滑連接各點即為所求凸輪輪廓曲線。機械工程基礎(chǔ)５.在等分線上，過C1、C2、C3…各點分別向外按位移曲線量對應(yīng)位移，得點B1、B2、B3…；即凸輪機構(gòu)與工程材料第23頁10.3.3對心直動滾子從動件盤形凸輪滾子中心運動規(guī)律與尖底從動件尖底處運動規(guī)律相同，故可把滾子中心看成從動件尖底，按上述方法先求得尖底從動件凸輪輪廓線，再以該曲線上各點為圓心，用滾子半徑r為半徑作一系列圓，這些圓內(nèi)包絡(luò)線為與滾子從動件直接接觸凸輪輪廓，稱為凸輪工作輪廓。對應(yīng)尖底從動件凸輪輪廓線在凸輪工作時并不直接，而與滾子接觸，故稱為凸輪理論輪廓。凸輪機構(gòu)與工程材料第24頁滾子從動件凸輪基圓半徑rb是指理論輪廓最小向徑。機械工程基礎(chǔ)設(shè)計滾子從動件凸輪工作輪廓步驟：

先按尖底從動件凸輪設(shè)計方法作出其理論輪廓，

再依據(jù)滾子半徑作出理論輪廓法向等距曲線，即為滾子從動件凸輪工作輪廓線。凸輪機構(gòu)與工程材料第25頁滾子半徑大小對凸輪實際輪廓線形狀影響機械工程基礎(chǔ)如圖所表示外凸凸輪輪廓線，工作輪廓曲率半徑ρa等于理論輪廓曲線曲率半徑ρ與滾子半徑之差，即ρa=ρ-r。在設(shè)計中，若ρ>r，則ρa>0，工作輪廓為一光滑曲線，即下列圖所表示。凸輪機構(gòu)與工程材料第26頁機械工程基礎(chǔ)若ρ=r，則ρa=0，工作輪廓線將出現(xiàn)尖點，如圖b，這種輪廓極易磨損，不能使用。若ρ<r，則ρa<0，工作輪廓線曲率半徑出現(xiàn)負值，而凸輪一部分工作將成為自交曲線，如圖c，圖中陰影部分在制造時將被切去，致使從動件不能完成預(yù)期運動規(guī)律。凸輪機構(gòu)與工程材料第27頁滾子半徑選擇機械工程基礎(chǔ)對外凸凸輪應(yīng)使?jié)L子半徑r小于理論輪廓最小曲率半徑ρmin，通常取為了預(yù)防凸輪磨損過快，工作輪廓線上最小曲率半徑不宜過小，普通取其次，滾子尺寸還要受強度、結(jié)構(gòu)等限制，因而也不能做得太小，通常取另外，能夠用加大基圓半徑方法使ρa>0凸輪機構(gòu)與工程材料第28頁10.4凸輪機構(gòu)壓力角和基圓半徑機械工程基礎(chǔ)

基圓半徑rb是凸輪輪廓設(shè)計中一個主要參數(shù)，它對凸輪機構(gòu)尺寸、受力、磨損和效率等都有著主要影響。基圓半徑是預(yù)先選定，其大小取決于凸輪軸直徑和許用壓力角。10.4.1壓力角及其許用值凸輪機構(gòu)壓力角是指在不計摩擦情況下，凸輪對從動件作用力方向（即接觸點輪廓法線方向）與從動件運動方向之間所夾銳角α。壓力角是衡量凸輪機構(gòu)傳力特征好壞一個主要參數(shù)。凸輪機構(gòu)與工程材料第29頁機械工程基礎(chǔ)凸輪給從動件驅(qū)動力Fn將沿法線nn方向，F(xiàn)n可分解為沿從動件運動方向有用分力Fy和使從動件對導(dǎo)路產(chǎn)生側(cè)向壓力有害分力Fx

凸輪機構(gòu)與工程材料第30頁機械工程基礎(chǔ)當Fn一定時，壓力角α越大，機構(gòu)效率越低。當Fx增大到一定程度，致使它產(chǎn)生摩擦阻力Ff等于或大于有用分力Fy時，不論凸輪給從動件驅(qū)動力有多大，也不能使從動件運動。僅在驅(qū)動力或驅(qū)動力矩作用下，所引發(fā)摩擦使機構(gòu)不能產(chǎn)生運動現(xiàn)象稱為自鎖。機構(gòu)開始自鎖時壓力角稱為極限壓力角。為了確保凸輪機構(gòu)能順利地工作，而且有一定傳動效率，必須對壓力角加以限制。凸輪輪廓線上各點壓力角是改變，故設(shè)計凸輪機構(gòu)應(yīng)使最大壓力角不超出許用值[α]，即凸輪機構(gòu)與工程材料第31頁機械工程基礎(chǔ)許用壓力角遠小于極限壓力角，普通設(shè)計中推薦許用壓力角[α]為：在直動從動件推程中，在擺動從動件推程中，當從動件處于回程時，因為從動件實際上不是由凸輪推進，普通不存在自鎖現(xiàn)象，故通常要求直動從動件和擺動從動件回程時許用壓力角以上推薦數(shù)據(jù)，當采取滾子從動件、潤滑狀態(tài)很好以及載荷不大、轉(zhuǎn)速不高時，可取大值，不然取小值。凸輪機構(gòu)與工程材料第32頁機械工程基礎(chǔ)凸輪輪廓畫好后，應(yīng)檢驗其最大壓力角是否超出許用值。用圖解法檢驗壓力角時，不論對尖底、滾子或斜平底從動件，都可在凸輪理論輪廓曲線比較陡地方取若干點來進行檢驗。普通情況下，最大壓力角位于從動件位移圖線拐點處，即位移曲線從上凸至下凹（或反之）轉(zhuǎn)折點處。所以，可在理論輪廓曲線上找出對應(yīng)點進行檢驗，若最大壓力角αmax超出許用值，可適當增大基圓半徑rb，使αmax減小，或重新選擇從動件運動規(guī)律。對平底從動件凸輪機構(gòu)，凸輪對從動件法向力與從動件該點速度方向平行，故壓力角一直為0，普通不會發(fā)生自鎖。凸輪機構(gòu)與工程材料第33頁10.4.2壓力角與基圓半徑關(guān)系機械工程基礎(chǔ)從動件位移S2與B點處凸輪向徑r和凸輪基圓半徑rb關(guān)系

凸輪上B點速度與從動件上B點速度在接觸點速度在法線上分量應(yīng)相等凸輪機構(gòu)與工程材料第34頁機械工程基礎(chǔ)

當給定運動規(guī)律后，ω1、υ2、s2均為已知。由上式可知，基圓半徑越小，則壓力角越大，若基圓半徑過小，則壓力角將超出許用值，使得機構(gòu)效率太低，甚至自鎖。在實際設(shè)計中應(yīng)在確保最大壓力角不超出許用值前提下減小凸輪機構(gòu)尺寸，其基圓半徑普通推薦為d為凸輪軸直徑凸輪機構(gòu)與工程材料第35頁機械工程基礎(chǔ)10.5棘輪機構(gòu)當機構(gòu)主動件連續(xù)運動時，從動件能產(chǎn)生“動作——停頓——動作”運動，這類機構(gòu)稱為間歇運動機構(gòu)。

棘輪機構(gòu)是指能實現(xiàn)短暫停留一個間歇運動機構(gòu)。通常，我們所講間歇運動機構(gòu)不包含凸輪機構(gòu)。慣用間歇運動機構(gòu)有棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)和不完全齒輪機構(gòu)。凸輪機構(gòu)與工程材料第36頁機械工程基礎(chǔ)10.5.1棘輪機構(gòu)組成和工作原理常見外嚙合齒式棘輪機構(gòu)主要由棘輪、主動棘爪、止回棘爪和機架組成。凸輪機構(gòu)與工程材料第37頁機械工程基礎(chǔ)10.5.2棘輪機構(gòu)調(diào)整棘輪機構(gòu)中棘輪轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)角不能改變，且轉(zhuǎn)角不能太大或太小。在實際應(yīng)用中，可采取一些方法進行調(diào)整。1．利用調(diào)整搖桿控制棘輪轉(zhuǎn)角2．利用遮板調(diào)整棘輪轉(zhuǎn)角3．利用多棘爪以適應(yīng)較小轉(zhuǎn)角4．利用雙動棘爪以加大棘輪轉(zhuǎn)角以上棘輪機構(gòu)棘輪轉(zhuǎn)角都是相鄰兩齒所夾中心角倍數(shù)，即棘輪轉(zhuǎn)角只能有級地改變。若要實現(xiàn)轉(zhuǎn)角無級調(diào)整，可采取摩擦式棘輪機構(gòu)。5．摩擦式棘輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)與工程材料第38頁機械工程基礎(chǔ)10.5.3棘輪機構(gòu)特點和應(yīng)用齒式棘輪機構(gòu)含有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便和運動可靠等特點，在各類機械中有較廣泛應(yīng)用。齒式棘輪機構(gòu)不宜用于高速傳動，也不宜直接用在含有很大質(zhì)量軸上。棘輪機構(gòu)可實現(xiàn)機械間歇送進、制動和超越離合。牛頭刨床示意圖凸輪機構(gòu)與工程材料第39頁機械工程基礎(chǔ)

棘輪機構(gòu)在起重設(shè)備中，可用于預(yù)防機構(gòu)逆轉(zhuǎn)制動器。棘輪機構(gòu)也常在各種機構(gòu)中起超越離合作用。起重設(shè)備中防逆轉(zhuǎn)棘輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)與工程材料第40頁機械工程基礎(chǔ)10.6槽輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)是指能實現(xiàn)從動件較長時間停留間歇運動機構(gòu)。10.6.1槽輪機構(gòu)組成與工作原理一、槽輪機構(gòu)組成單圓銷外嚙合槽輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)與工程材料第41頁機械工程基礎(chǔ)槽輪機構(gòu)由帶圓銷A撥盤(曲柄)1、含有徑向槽槽輪2及機架等組成。撥盤上有一段外凸鎖止圓弧α，槽輪上制有若干段內(nèi)凹鎖止圓弧β。

二、槽輪機構(gòu)工作原理

撥盤為主動件，當它以等角速度ω1作連續(xù)轉(zhuǎn)動時，曲柄隨之轉(zhuǎn)動，其上圓銷進入槽輪徑向槽內(nèi)時，槽輪即按ω2方向轉(zhuǎn)動；當圓銷從徑向槽內(nèi)脫出時，槽輪上內(nèi)凹鎖止圓弧被撥盤上外凸鎖止圓弧“卡住”，故槽輪停頓不動，直至圓銷進入下一個徑向槽內(nèi)時，才又重復(fù)上述運動循環(huán)，使槽輪實現(xiàn)間歇單向轉(zhuǎn)動。凸輪機構(gòu)與工程材料第42頁機械工程基礎(chǔ)10.6.2槽輪機構(gòu)特點和應(yīng)用

槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，機械效率較高，在進入和退出嚙合時運動較為平穩(wěn)。槽輪機構(gòu)只能用于轉(zhuǎn)角較大間歇傳動。為了防止槽輪在開始和終止轉(zhuǎn)動時發(fā)生剛性沖擊，槽輪機構(gòu)槽數(shù)z不能過少。槽輪機構(gòu)常在自動或半自動機械和輕工機械中用作轉(zhuǎn)位機構(gòu)，如六角車床刀架轉(zhuǎn)位機構(gòu)、放映機卷片機構(gòu)。因為槽輪在轉(zhuǎn)動過程中有較大角加速度，故不宜用在速度過高場所，尤其從動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量較大時，將引發(fā)較大慣性力矩。凸輪機構(gòu)與工程材料第43頁機械工程基礎(chǔ)圖所表示六角車床刀架轉(zhuǎn)位機構(gòu)，可裝六種能夠變換刀具，按加工工藝要求，自動改變需用刀具。1-圓銷撥盤，2-槽輪凸輪機構(gòu)與工程材料第44頁機械工程基礎(chǔ)內(nèi)槽輪運動規(guī)律與外槽輪相反，槽輪轉(zhuǎn)向ω2與主動圓銷撥盤轉(zhuǎn)向ω1相同，且轉(zhuǎn)動時間大于停歇時間。10.6.3槽輪機構(gòu)主要參數(shù)槽輪機構(gòu)主要參數(shù)是槽輪槽數(shù)z和曲柄圓銷數(shù)目K。在一個運動循環(huán)內(nèi)，槽輪運動時間t2與撥盤曲柄運動時間t1比值稱為運動特征系數(shù)，用τ表示。凸輪機構(gòu)與工程材料第45頁機械工程基礎(chǔ)對于單銷軸槽輪機構(gòu)，t2和t1所對應(yīng)轉(zhuǎn)角為2φ1和2π。故槽輪機構(gòu)中，槽輪徑向槽數(shù)z≥3。當有K個圓銷時，故因為槽輪機構(gòu)為間歇機構(gòu)，所以τ<1，故凸輪機構(gòu)與工程材料第46頁機械工程基礎(chǔ)10.7不完全齒輪機構(gòu)介紹

不完全齒輪機構(gòu)是由齒輪機構(gòu)演化而來，這種機構(gòu)主動輪1是只有一個或幾個齒不完全齒輪，從動輪2由正常齒和帶鎖止弧厚齒彼此相間地組成。當主動輪有齒部分作用時，從動輪2就轉(zhuǎn)動；當主動輪1無齒圓弧部分作用時，從動輪停頓不動，因而，當主動輪連續(xù)回轉(zhuǎn)時，從動齒輪取得時轉(zhuǎn)時停間歇運動。為了預(yù)防從動輪在停歇期間游動，兩輪輪緣上均裝有鎖止弧。凸輪機構(gòu)與工程材料第47頁機械工程基礎(chǔ)不完全齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)與工程材料第48頁機械工程基礎(chǔ)圖所表示為不完全齒輪傳動往復(fù)移動機構(gòu)。1為不完全齒輪，2為齒條。

作業(yè)10-2、10-3、10-610-5(將滾子改為尖頂）凸輪機構(gòu)與工程材料第49頁機械工程基礎(chǔ)第十一章機械工程慣用材料講課課時：1課時凸輪機構(gòu)與工程材料第50頁機械工程基礎(chǔ)

1.碳鋼碳鋼主要成份為鐵和碳兩種元素，另外還含有少許錳、硅、硫、磷、氫、氧等元素。按碳鋼碳含量分為低碳鋼（≤0.25%）、中碳鋼（0.25%＜≤0.6%）和高碳鋼（0.6%＜≤2.5%）；按鋼質(zhì)量好壞分為普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼；按用途分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼簡稱碳鋼，磷、硫含量較高，多用于工程結(jié)構(gòu)件，如軋制鋼板、鋼筋、鋼管、建筑物構(gòu)件、普通螺釘、螺母等，其中Q215、Q235、Q255等比較慣用。（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼磷、硫含量較低，主要用來制造各種機械零件，如沖壓件、焊接件、軸、齒輪等。（3）碳素工具鋼用來制造各種刃具、量具、模具。（4）鑄鋼用來鑄造一切形狀復(fù)雜而需要一定強度、塑性和韌性零件。11.1慣用金屬材料凸輪機構(gòu)與工程材料第51頁機械工程基礎(chǔ)

合金鋼是指特意加入合金元素碳鋼。合金鋼種類繁多，分類方法也很多。按含合金元素數(shù)量多少分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼；按所含合金元素質(zhì)量高低分為鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼和硅錳鋼等；按用途分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。（1）合金結(jié)構(gòu)鋼

①低合金高強度鋼，主要用于制造橋梁、船舶、車輛等大型鋼結(jié)構(gòu)件；②合金滲碳鋼，主要用于制造汽車、拖拉機中變速齒輪，內(nèi)燃機上凸輪軸活塞銷等機械零件；③合金調(diào)質(zhì)鋼，廣泛用于制造汽車、拖拉機。機床各種主要零件，如齒輪、連桿；④彈簧鋼，主要用于制造各種彈簧和彈性組件；⑤滾動軸承鋼，主要用于制造軸承中滾動體（如滾柱、滾針等）、內(nèi)外滾套。2.合金鋼凸輪機構(gòu)與工程材料第52頁機械工程基礎(chǔ)①合金刃具鋼，可分為低合金工具鋼和高速鋼，含有高硬度、高耐磨性和高熱硬性，主要用于車刀、銑刀和鉆頭等金屬切削刀具；②合金模具鋼，主要用于制作各種冷沖模、冷擠壓模、熱鍛模、熱壓模等；③合金量具鋼，主要用于制作各種量測工具，如卡尺、千分尺、量規(guī)等。（2）合金工具鋼①不銹鋼：含有很高耐腐蝕性，主要用來制作在各種腐蝕介質(zhì)中工作并含有較高抗腐蝕能力零件，如化工裝置中各種管道、泵，醫(yī)療器械和日常生活用具等；②耐熱鋼是指在高溫下含有較高化學(xué)穩(wěn)定性和強度鋼，主要用于汽輪機、內(nèi)燃機、鍋爐等設(shè)備中。（3）特殊性能鋼凸輪機構(gòu)與工程材料第53頁機械工程基礎(chǔ)

鑄鐵是含碳量大于2.5%鐵碳含金，而且含有較多硅、錳、磷、硫等元素。（1）灰鑄鐵拉伸強度和塑性較低，但價格廉價，主要用來制造閥殼、軸承座，機床底座、床身、滑臺等。（2）可鍛鑄鐵含有較高強度、塑性和沖擊韌性，可部分代用碳鋼。慣用于制造形狀復(fù)雜、承受沖擊和振動載荷零件，如汽車后橋外殼、管接頭等。（3）球墨鑄鐵抗拉強度顯著超出灰鑄鐵，與鋼相當，主要用來制作柴油機、汽油機曲軸，磨床、銑床和車床主軸，閥體、閥蓋、汽車、拖拉機底盤零件。（4）蠕墨鑄鐵其強度靠近于球墨鑄鐵，并含有一定韌性、較高耐磨性和良好鑄造性能和導(dǎo)熱性能，主要用于制造氣缸蓋、氣缸體等。（5）合金鑄鐵在鑄鐵中加入一些合金元素，可得到含有很好耐磨性、耐腐蝕性和耐熱性合金鑄鐵。2.鑄鐵凸輪機構(gòu)與工程材料第54頁機械工程基礎(chǔ)工程上通常將鋼鐵材料以外金屬及其合金，稱為有色金屬及其合金（或非鐵金屬及其合金）。有色金屬及其合金含有鋼鐵材料所沒有許多特殊力學(xué)、物理和化學(xué)性能，是當代工業(yè)不可缺乏金屬材料。（1）鋁及其合金

密度小、比強度高；導(dǎo)電性好、抗大氣腐蝕能力好；磁化率極低；含有良好冷成形、切削加工和鑄造成形性能。純鋁中含有鐵、硅、銅、鋅等雜質(zhì)，使其性能略微下降。按純鋁中鋁含量不一樣，純鋁可分為：

高純鋁（鋁含量為99.93～99.99%），主要用于科學(xué)研究和制作電容器。工業(yè)高純鋁（鋁含量為98.85～99.9%），用于制作鋁箔、包鋁及冶煉鋁合金原料。工業(yè)純鋁（鋁含量為98.0～99.0%），用于制作電線、電纜、日用器皿及配制合金。4.有色金屬及其合金凸輪機構(gòu)與工程材料第55頁機械工程基礎(chǔ)純銅導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性極佳，是抗磁性物質(zhì)；銅合金導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性也很好；含有很高對大氣和水抗蝕能力；含有良好加工性能，輕易鑄造成形；含有優(yōu)良減摩性、耐磨性，以及高彈性極限和疲勞極限；但儲量小、價格較貴。純銅呈紫紅色，俗稱紫銅，主要用于制作電導(dǎo)體及配制合金；因為強度低，不宜作結(jié)構(gòu)件。

鋁合金是在純鋁中加入合金元素后而取得含有較高強度、硬度金屬材料。鋁合金普通分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。

變形鋁合金塑性很好，適合于變形加工。主要用于鉚釘、管道、受力構(gòu)件及高載荷零件，形狀復(fù)雜鍛件。

鑄造鋁合金流動性好，適合于鑄造生產(chǎn)。主要用于形狀復(fù)雜零件，如汽車、飛機、儀器零件和抽水機殼體等。（2）銅及其合金凸輪機構(gòu)與工程材料第56頁機械工程基礎(chǔ)

黃銅是指以鋅為主要合金元素銅合金。按化學(xué)成份，黃銅可分為普通黃銅和復(fù)雜黃銅。復(fù)雜黃銅又分為壓力加工黃銅（以黃銅加工產(chǎn)品形式供給）和鑄造黃銅。其中，普通黃銅主要用于機械及電器零件、沖壓件、散熱器外殼等。壓力加工黃銅主要用于機器結(jié)構(gòu)零件、耐腐蝕和耐磨零件。鑄造黃銅主要用于散熱器和耐腐蝕、耐磨零件，如軸承、襯套等。

青銅原指銅錫合金，但當前習(xí)慣上將含鋁、硅、鉛、鈹、錳等銅基合金統(tǒng)稱為青銅。青銅可分為壓力加工青銅（以青銅加工產(chǎn)品形式供給）和鑄造青銅。其中，壓力加工青銅主要用于軸承、軸套等耐磨零件及一些彈性組件。鑄造青銅主要用于閥門、泵體、齒輪及軸承等耐磨零件。

銅合金是指在純銅中加入合金元素后而取得較高強度金屬。銅合金普通分為黃銅和青銅。凸輪機構(gòu)與工程材料第57頁機械工程基礎(chǔ)為了工程上使用方便，金屬材料經(jīng)常被做成各種型材、板材和帶材等。如鋁鎂合金能夠被擠壓成角形型材、丁字型材、槽形型材、工字型材。5.金屬型材碳鋼和鑄鐵主要成份為鐵和碳兩種元素，另外還含少許錳、硅、硫、磷、氫、氧等元素，所以也將它們稱為鐵碳合金。鐵碳合金成份不一樣（碳和鐵含量不一樣），則內(nèi)部組織和性能不一樣，在實際中應(yīng)用也不一樣。11.2鋼熱處理1.鐵碳合金內(nèi)部組織凸輪機構(gòu)與工程材料第58頁鐵碳合金有以下一個或幾個內(nèi)部組織組成：①鐵素體：有很低強度、硬度和良好塑性、韌性；②奧氏體：有良好塑性和較低變形抗力；③滲碳體：有很高硬度和很低塑性、沖擊韌性；④珠光體：為鐵素體和滲碳體機械混合物，有很好強度、適中硬度和一定塑性；⑤萊氏體：為奧氏體和滲碳體機械混合物，有很高硬度和很差塑性。鋼熱處理是把鋼在固態(tài)下加熱到一定溫度后保溫一段時間，再以適當冷卻速度進行冷卻，從而改變鋼內(nèi)部組織，以取得預(yù)期性能工藝方法。機械工程基礎(chǔ)鐵碳合金內(nèi)部組織組成凸輪機構(gòu)與工程材料第59頁機械工程基礎(chǔ)

熱處理分為?，F(xiàn)熱處理和特殊熱處理。

常規(guī)熱處理包含：（1）退火將鋼件加熱到某一適當溫度范圍，保溫一段時間后，在爐中或埋入導(dǎo)熱性差介質(zhì)中，使其遲緩冷卻熱處理方法。退火能夠使工件內(nèi)部組織均勻細化，提升性能；能夠降低硬度，改進加工性能；能夠消除內(nèi)應(yīng)力。（2）正火將鋼件加熱到某一適當溫度范圍，保溫一段時間后，從爐中取出工件在空氣中冷卻熱處理方法。正火與退火主要差異在于正火冷卻速度快，能夠使工件取得稍高強度和硬度。（3）淬火將鋼件加熱到某一適當溫度范圍，保溫一段時間后，在水中或油中急劇冷卻熱處理方法。淬火能夠提升工件硬度和耐磨性。2.常規(guī)熱處理凸輪機構(gòu)與工程材料第60頁機械工程基礎(chǔ)（4）回火將淬火后鋼件加熱到某一適當溫度，保溫一段時間后，然后冷卻到室溫?zé)崽幚矸椒?。回火目標是為了消除淬火工件?nèi)部應(yīng)力，預(yù)防工件變形和開裂，降低脆性。（5）調(diào)質(zhì)處理是指淬火加高溫回火熱處理工藝。調(diào)質(zhì)處理能兼顧強度、硬度和韌性要求，廣泛用于要求含有很好綜協(xié)力學(xué)性能主要零件，如齒輪、連桿、螺栓和軸等。特殊熱處理可分為表面熱處理和化學(xué)熱處理。如表面淬火、滲碳、滲氮、碳氮共滲。

表面熱處理是指僅對鋼表面進行加熱、冷卻，改變其表層組織和性能而不改變其內(nèi)部組織和性能熱處理工藝。3.特殊熱處理凸輪機構(gòu)與工程材料第61頁機械工程基礎(chǔ)最慣用表面熱處理工藝為表面淬火。鋼表面淬火是經(jīng)過感應(yīng)加熱、火焰加熱等快速加熱方法將工件表面快速地加熱到某一個溫度，在心部組織還未發(fā)生相變時，馬上給予淬火冷卻，使工件表層發(fā)生相變，取得硬且耐磨組織一個工藝。表面淬火能夠使工件表面含有較高硬度和耐磨性，而工件心部依然保持著原來韌性和塑性；另外還能夠顯著提升工件疲勞強度。

化學(xué)熱處理是指將鋼件置于一定溫度活性介質(zhì)中保溫，使一個或幾個元素滲透它表面，到達改變表層成份、組織和性能，滿足技術(shù)要求熱處理工藝。按照表層滲透元素不一樣，化學(xué)熱處理可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲等種類。

滲碳是將鋼件放在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫，使碳原子滲透到鋼件表層化學(xué)熱處理。

滲氮是指向鋼件表層滲透氮工藝。

碳氮共滲是同時向鋼件表面滲透碳和氮工藝。凸輪機構(gòu)與工程材料第62頁機械工程基礎(chǔ)高分子材料是由大量低分子化合物聚合而成。它包含工程塑料、橡膠、纖維和粘結(jié)劑。按熱性能不一樣，工程塑料可分為：（l）熱塑性塑料這種塑料特點是加熱時軟化，可塑造成型，冷卻后變硬。此過程可重復(fù)進行。（2）熱固性塑料這種塑料特點是初加熱時軟化，可塑造成型，但固化之后再加熱將不再軟化，也不溶于溶劑。11.3機械工程中慣用非金屬材料1.高分子材料凸輪機構(gòu)與工程材料第63頁機械工程基礎(chǔ)

陶瓷是指用各種粉狀原料做成一定形狀后，在高溫窯爐中燒制而成一個非金屬固體材料。在傳統(tǒng)上，陶瓷是指陶器和瓷器；現(xiàn)在，陶瓷實際上是對包含玻璃、搪瓷、耐火材料、磚瓦、水泥、石灰、石膏等無機非金屬材料統(tǒng)稱。陶瓷性能特點：剛性和硬度在各種材料中最高；抗拉強度很低、抗彎強度很好、抗壓強度非常高；在室溫下幾乎沒有塑性；韌性極低、脆性極高，抗沖擊韌性極差（陶瓷最大缺點）；熱膨脹系數(shù)低；導(dǎo)熱性差，是很好絕緣材料；熱穩(wěn)定性很低，在不一樣溫度范圍波動時輕易破裂（陶瓷又一缺點）；化學(xué)穩(wěn)定性好，含有很高耐火性或不可燃性，是很好耐火材料；另外，陶瓷對于酸、堿、鹽等腐蝕性較強介質(zhì)都有較強抗蝕能力。2.陶瓷凸輪機構(gòu)與工程材料第64頁機械工程基礎(chǔ)復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不一樣物質(zhì)經(jīng)人工制作而成一個多相固體材料。復(fù)合材料性能特點是：比強度和比剛度高；抗疲勞性能好；抗斷裂能力強；減震能力強；高溫性能好。復(fù)合材料為多相固體材料，全部相可分為兩類：一類相為基體，起粘結(jié)劑作用；另一類為增強相，起提升強度（或韌性）作用。按基體和增強相不一樣，復(fù)合材料分類。3.復(fù)合材料為了工程上使用方便，像金屬材料一樣，非金屬材料也經(jīng)常被做成各種管材、棒材和板材等，如硬聚氯乙烯（PVC-U）管材、聚四氟乙烯棒材、織物強力液壓橡膠軟管、鋼化玻璃、鈦-鋼復(fù)合板等。4.非金屬型材凸輪機構(gòu)與工程材料第65頁機械工程基礎(chǔ)11.4機械零件材料及毛坯選擇機械設(shè)計不但包含機構(gòu)設(shè)計、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計，還包含零件材料選擇。零件材料選擇對零件工作性能、制造質(zhì)量和加工成本都有主要影響。選擇零件材料時必須確保零件在使用過程中含有良好工作性能，在加工過程中含有良好工藝性能，并盡可能降低零件成本。