機(jī)械基礎(chǔ)（少學(xué)時(shí)第3版） 課件 第7、8單元 凸輪機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)

第7單元

凸輪機(jī)構(gòu)

項(xiàng)目背景

凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中的一種常用機(jī)構(gòu)，常用于將原動(dòng)件的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)件的往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)，使從動(dòng)件獲得預(yù)先給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因而廣泛用于自動(dòng)化和半自動(dòng)化機(jī)械中。

圖7-1所示為自動(dòng)車床中的轉(zhuǎn)塔式自動(dòng)換刀裝置，該裝置通過凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀和換刀功能。根據(jù)圖示案例，你能否分析出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況、設(shè)計(jì)出符合工作要求的凸輪機(jī)構(gòu)？

圖7-1自動(dòng)車床中的轉(zhuǎn)塔式自動(dòng)換刀裝置

第7單元

凸輪機(jī)構(gòu)

凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程及動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、應(yīng)用和分類凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)內(nèi)容CONTENTS凸輪工作輪廓曲線的校核綜合項(xiàng)目分析凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料第7單元凸輪機(jī)構(gòu)

知識(shí)目標(biāo)

1.掌握凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理、分類及應(yīng)用。2.掌握凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)特性。3.掌握用圖解法設(shè)計(jì)對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的方法。

1.能分析與識(shí)別凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理、類型及應(yīng)用。2.能簡(jiǎn)單分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)特性。

能力目標(biāo)

第7單元

凸輪機(jī)構(gòu)

素質(zhì)目標(biāo)

1.培養(yǎng)工程思維和創(chuàng)新意識(shí)。2.養(yǎng)成獨(dú)立思考與探索實(shí)踐的精神。

1.凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理。2.凸輪機(jī)構(gòu)的類型和特點(diǎn)。3.凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)特性。4.用圖解法設(shè)計(jì)對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓。

學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)7.1凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、應(yīng)用和分類

凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理：借助凸輪的輪廓實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

凸輪機(jī)構(gòu)工作過程

7.1.1凸輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用

1.凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

經(jīng)分析可知：凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成

圖7-2凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例（一）7.1凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、應(yīng)用和分類

2.凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):(1)與連桿機(jī)構(gòu)相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。

(2)從動(dòng)件便于準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡。

缺點(diǎn)：凸輪與從動(dòng)件為點(diǎn)線接觸、壓強(qiáng)大、易磨損，所以常用于傳力不大的機(jī)械、儀表及控制機(jī)構(gòu)中。圖7-3凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例（二）7.1凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、應(yīng)用和分類

7.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類

1.按凸輪的形狀分類

(1)盤形凸輪:它是凸輪的最基本形式，這種凸輪是一個(gè)繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)并且具有變化半徑的盤形零件，如圖7-2a所示。

(2)移動(dòng)凸輪:當(dāng)盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠(yuǎn)時(shí)，凸輪相對(duì)機(jī)架做直線運(yùn)動(dòng)，這種凸輪稱為移動(dòng)凸輪，如圖7-2b和圖7-3a所示。

(3)圓柱凸輪:將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體即成為圓柱凸輪，如圖7-2c和圖7-3b所示。7.1凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、應(yīng)用和分類圖7-3凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例（二）圖7-2凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例（一）

2.按從動(dòng)件結(jié)構(gòu)形狀及運(yùn)動(dòng)形式分類如表7-1所示

7.1凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、應(yīng)用和分類

☆基礎(chǔ)能力訓(xùn)練

請(qǐng)分析圖7-1所示的自動(dòng)車床中的轉(zhuǎn)塔式自動(dòng)換刀裝置，該裝置是否使用了凸輪機(jī)構(gòu)？采用了何種類型的凸輪機(jī)構(gòu)？使用凸輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)何種運(yùn)動(dòng)？

7.1凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、應(yīng)用和分類圖7-1自動(dòng)車床中的轉(zhuǎn)塔式自動(dòng)換刀裝置

7.2.1凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程及有關(guān)名稱

1.凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程

基圓（r0）：以凸輪最小向徑作的圓稱為基圓，其半徑稱為基圓半徑，用表示r0。

7.2凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程及從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖7-4凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程

推程：當(dāng)凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件尖端被凸輪輪廓由最低點(diǎn)推至最高點(diǎn)的過程。

行程（h）:從動(dòng)件由最低點(diǎn)上升到最高點(diǎn)的距離稱為行程，用h表示。

推程運(yùn)動(dòng)角Φ0

：在推程中，凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角稱為推程運(yùn)動(dòng)角，用Φ0表示。

遠(yuǎn)休止：當(dāng)凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件尖端被在最高點(diǎn)位置不動(dòng)的過程。

圖7-4凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程

7.2凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程及從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

遠(yuǎn)程休止角Φ

s：在遠(yuǎn)休止時(shí)，當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪所轉(zhuǎn)過的角度，用Φ

s

表示。

回程：當(dāng)凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件尖端由最高點(diǎn)回到最低點(diǎn)的過程。

回程運(yùn)動(dòng)角Φ

0

′：在回程中，凸輪所轉(zhuǎn)過的角度，用Φ

0

′

表示。

近休止：當(dāng)凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件尖端被在最低點(diǎn)位置不動(dòng)的過程。

近休止角Φ

sˊ：在近休止時(shí)，凸輪所轉(zhuǎn)過的角度，用Φ

sˊ

表示。

圖7-4凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程

7.2凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程及從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

☆基礎(chǔ)能力訓(xùn)練

圖7-5所示為凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，凸輪的實(shí)際輪廓線為一圓，圓心為A點(diǎn)，半徑

R=40mm，lOA=25mm。試確定凸輪的基圓半徑和從動(dòng)件的行程。

圖7-5凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

7.2凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程及從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

7.2.2從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：是指從動(dòng)件位移s、速度v、加速度a隨凸輪轉(zhuǎn)角φ的變化規(guī)律。1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

（1）概念：當(dāng)凸輪以等角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件在推程或回程中的速度保持不變的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，稱之為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

（2）運(yùn)動(dòng)方程

位移方程:s=hφ

/Φ0

(0≤φ≤Φ0

)

速度方程:v=hω/Φ0(0≤φ≤Φ0)

加速度方程:a=0(0≤φ≤Φ0)

圖7-6等速運(yùn)動(dòng)線圖

7.2凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程及從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

（3）運(yùn)動(dòng)線圖

位移線圖－斜直線

速度線圖－水平線

加速度線圖－與水平坐標(biāo)軸重合

（4）運(yùn)動(dòng)特性分析

剛性沖擊：從動(dòng)件的瞬時(shí)加速度趨于無窮大時(shí)，慣性力也趨于無窮大，致使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊，這種沖擊稱為剛性沖擊。

（5）適用范圍：由于產(chǎn)生剛性沖擊，故只適用低速、輕載的凸輪機(jī)構(gòu)。

圖7-6等速運(yùn)動(dòng)線圖

7.2凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程及從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

(1)概念：當(dāng)凸輪以等角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件在推程或回程中，前半程為等加速運(yùn)動(dòng)，后半程為等減速運(yùn)動(dòng)，且加速度的絕對(duì)值相等的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，稱之為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

圖7-7等加速等減速運(yùn)動(dòng)線圖

7.2凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程及從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

(2)運(yùn)動(dòng)方程

位移方程:

s=(2h/Φ02

)φ2——加速段

(0≤φ≤Φ

0/2)

s=h-2h/Φ

02

（Φ0–φ）2

—減速段

(Φ/2≤φ≤Φ0)

速度方程：

v=4hωφ

/Φ02——加速段

(0≤φ≤Φ0/2)v=4hω/Φ0

2

（Φ0–φ）—減速段

(Φ0/2≤φ≤Φ0)

圖7-7等加速等減速運(yùn)動(dòng)線圖

7.2凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程及從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

加速度方程:

a=4hω/Φ02

——加速段

(0≤φ≤Φ0/2)a=-4hω/Φ02—減速段

(Φ0/2≤φ≤Φ0)

（3）運(yùn)動(dòng)特性分析：

柔性沖擊：從動(dòng)件的瞬時(shí)加速度發(fā)生有限值變化，慣性力也發(fā)生有限值變化，機(jī)構(gòu)由此受到的沖擊稱為柔性沖擊。

（４）適用范圍：由于存在柔性沖擊，故僅適用中、低速場(chǎng)合。

圖7-7等加速等減速運(yùn)動(dòng)線圖

7.2凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程及從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移線圖繪制

圖7-7等加速等減速運(yùn)動(dòng)線圖

7.2凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程及從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)方法有圖解法和解析法

7.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓

7.3.1圖解法設(shè)計(jì)凸輪的原理

反轉(zhuǎn)法原理：假設(shè)給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一個(gè)公共角速度“-ω”繞凸輪軸心O轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變。

7.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)圖7-8尖頂對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)

7.3.2對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)1.尖頂對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制

直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件的導(dǎo)路通過凸輪的軸心，稱為對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。

7.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)圖7-9圖解法設(shè)計(jì)尖頂對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線

項(xiàng)目7-1

試用圖解法設(shè)計(jì)一尖頂對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓設(shè)計(jì)（圖7-9）。

已知凸輪的基圓半徑r0=30mm，凸輪以等角速度

順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件的位移運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下：

7.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)圖7-9圖解法設(shè)計(jì)尖頂對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線凸輪轉(zhuǎn)角φ0°~180°180°~210°210°~330°330°~360°從動(dòng)件位移s等速上升h=15mm停止等加速等減速下降h=15mm停止

作圖步驟：

（1）繪制從動(dòng)件的位移圖：

選取位移比例尺μl和角度比例尺μφ，作從動(dòng)件的位移線圖；（2）確定凸輪機(jī)構(gòu)的初始位置；

（3）等分位移曲線，得各等分點(diǎn)位移量

；(4）作從動(dòng)件尖頂軌跡

；

（5）繪制凸輪輪廓。

結(jié)論：凸輪的理論輪廓：按設(shè)計(jì)尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓的方法作出的輪廓曲線，稱為凸輪的理論輪廓。

7.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)圖7-9圖解法設(shè)計(jì)尖頂對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線

2.實(shí)際輪廓的設(shè)計(jì)

實(shí)際輪廓：是指凸輪上與從動(dòng)件直接接觸的輪廓。

實(shí)際輪廓的作法：是以理論輪廓為基礎(chǔ)，作從動(dòng)件未端形狀的曲線族，再作與曲線族中所有曲線相切的包絡(luò)線，此包絡(luò)線便是凸輪的工作輪廓。

7.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)圖7-10滾子對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪實(shí)際輪廓曲線的設(shè)計(jì)圖7-9圖解法設(shè)計(jì)尖頂對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線

3.滾子對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制（簡(jiǎn)介）

（1）已知條件相同，附加條件：滾子半徑rT

。

（2）對(duì)心滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制

7.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)圖7-10滾子對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪實(shí)際輪廓曲線的設(shè)計(jì)

（3）凸輪工作輪廓的作法

7.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)

(4)概念

1）凸輪的理論輪廓：按設(shè)計(jì)尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓的方法作出的輪廓曲線，稱為凸輪的理論。

2）輪廓凸輪的工作輪廓：是指凸輪上與從動(dòng)件直接接觸的輪廓。

3）凸輪工作輪廓的作法是：以理論輪廓為基礎(chǔ)，作從動(dòng)件末端形狀的曲線族，再作與曲線族中所有曲線相切的包絡(luò)線，此包絡(luò)線便是凸輪的實(shí)際輪廓線。

7.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)圖7-10滾子對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪實(shí)際輪廓曲線的設(shè)計(jì)

7.4.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角

1.凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的概念：凸輪輪廓上，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度方向與其受凸輪作用力方向所夾的銳角，稱為凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角，用α表示。

2.壓力角與作用力的關(guān)系

Fy=Fcosα—有效分力Fx=Fsinα—引起摩擦力，有害分力

討論：α↑（γ↓）

→Fy↓→傳力性能差。

α↓（γ↑

）→

Fy↑→傳力性能好。

結(jié)論：Fx產(chǎn)生的摩擦力＞

Fy

，從動(dòng)件不能運(yùn)動(dòng)，凸輪機(jī)構(gòu)產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。

7.4凸輪工作輪廓的校核圖7-11從動(dòng)件的受力分析

3.許用壓力角[α]

為了保證機(jī)構(gòu)正常工作，并具有良好的傳力性能，必須對(duì)壓力角的大小加以限制，即使機(jī)構(gòu)的最大壓力角αmax

≤[α]。

一般設(shè)計(jì)中，直動(dòng)從動(dòng)件推程中的[α]=30o~38o，擺動(dòng)從動(dòng)件推程[α]=40o~45o。

對(duì)于回程，因載荷很小，且從動(dòng)件在鎖合力作用下返回，不易出現(xiàn)自鎖，通常只需校核推程壓力角。

7.4凸輪工作輪廓的校核圖7-11從動(dòng)件的受力分析

7.4.2運(yùn)動(dòng)失真

從減小接觸應(yīng)力的角度來看，滾子半徑越大越好，但是滾子增大后對(duì)凸輪實(shí)際輪廓線有很大的影響。

運(yùn)動(dòng)失真的概念：凸輪的實(shí)際輪廓，不能使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)預(yù)期給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為凸輪的運(yùn)動(dòng)失真。

7.4凸輪工作輪廓的校核圖7-12滾子半徑與實(shí)際輪廓曲線的關(guān)系

1.凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)失真分析

設(shè)滾子的半徑為rT，凸輪理論輪廓的最小曲率半徑為ρmin

工作輪廓的曲率半徑ρ′=ρmin-rT。

（1）若ρmin＞rT,ρ′＞0，

則實(shí)際輪廓曲線為一光滑曲線。

（2）如若ρmin=rT,ρ′=0，則實(shí)際輪廓曲線出現(xiàn)尖點(diǎn),尖點(diǎn)易磨損,磨損后從動(dòng)件將產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)“失真”。

（3）若ρmin<rT,ρ′<0，從動(dòng)件將產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)“失真”。

7.4凸輪工作輪廓的校核

2.防止凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)失真的條件

凸輪的理論輪廓的最小曲率半徑大于滾子的半徑即：

ρmin＞rT

7.4凸輪工作輪廓的校核圖7-12滾子半徑與實(shí)際輪廓曲線的關(guān)系

7.5.1凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)1.凸輪的結(jié)構(gòu)

基圓較小的凸輪，常與軸做成一體，稱為凸輪軸（圖7-13）；基圓較大的凸輪，則做成組合式結(jié)構(gòu)，分別制造好的凸輪和軸，再通過平鍵聯(lián)接（圖7-14a）、銷聯(lián)接（圖7-14b）及彈性開口錐套螺母聯(lián)接等方式，將凸輪安裝在軸上。

7.5凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料圖7-13凸輪軸圖7-14組合式凸輪結(jié)構(gòu)

2.從動(dòng)件的結(jié)構(gòu)

滾子從動(dòng)件的滾子可以是專門制造的圓柱體，也可以采用滾動(dòng)軸承，滾子與從動(dòng)件頂端可用螺栓聯(lián)接，也可用銷聯(lián)接。

7.5凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料螺栓聯(lián)接銷聯(lián)接

7.5.2凸輪和從動(dòng)件的材料選擇

工作條件：凸輪機(jī)構(gòu)屬于高副機(jī)構(gòu)，凸輪與從動(dòng)件之間的接觸應(yīng)力大，易出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，且多數(shù)凸輪機(jī)構(gòu)在工作時(shí)還承受一定的沖擊。

材料要求：工作表面具有較高的硬度，而芯部具有較好的韌性。

材料選擇：

(1)低速、輕載盤形凸輪：可選用HT200、HT250、HT300、QT500-7、QT600-3等作為凸輪的材料。從動(dòng)件：選用40、45等中碳結(jié)構(gòu)鋼，表面淬火至40~50HRC。

7.5凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料

(2)中速、輕載盤形凸輪：常用45材料表面淬火，也可選用15、20、20Cr20CrMn等材料滲碳淬火，使硬度達(dá)到56~62HRC。作為凸輪的材料。

從動(dòng)件：可選用20Cr，并經(jīng)滲碳淬火，使其硬度達(dá)55~60HRC。

(3)高速、重載的凸輪：常用40Cr，表面高頻淬火，硬度達(dá)到56~60HRC或用38CrMoAl,經(jīng)滲氮處理硬度達(dá)到60~67HRC。

從動(dòng)件：可用T8、T10、T12等碳素工具鋼，經(jīng)表面淬火硬度達(dá)58~62HRC。

7.5凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與材料

綜合項(xiàng)目分析

如圖7-17所示為加工水表零件的專用自動(dòng)車床上的凸輪控制系統(tǒng)，加工零件的名義尺寸和幾何形狀如圖7-7b所示。在凸輪軸1上安裝兩個(gè)具有曲線凹槽的圓柱凸輪2、3和一個(gè)具有曲線凹槽的盤形凸輪4，由這三個(gè)凸輪和推桿5、6、7分別控制棒料、刀架和鉆頭的運(yùn)動(dòng)，從而依次實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料、車端面、割槽、鉆孔和割斷等工序，完成對(duì)該零件的自動(dòng)切削加工。

圖7-15專用自動(dòng)車床上的凸輪控制機(jī)構(gòu)1—凸輪軸2、3—圓柱凸輪4—盤形凸輪5、6、7—推桿8—刀架9—鉆頭10—工件

項(xiàng)目訓(xùn)練

習(xí)7-3

試寫出如圖7-18所示凸輪機(jī)構(gòu)的名稱，并在圖上作出行程h，基圓半徑r0，凸輪轉(zhuǎn)角Φ0

、Φ0s、Φ0′、Φs′以及A、B兩處的壓力角。

圖7-18題7-3圖謝謝聆聽！

第8單元

間歇機(jī)構(gòu)

項(xiàng)目背景

圖8-1所示為自動(dòng)車床轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，其中存在一個(gè)由撥盤和槽輪組成的外槽輪機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)塔刀架裝有六把刀具，與刀架聯(lián)接在一起的槽輪開有六個(gè)徑向槽，撥盤上裝有一個(gè)圓銷。撥盤每轉(zhuǎn)一周，定位銷進(jìn)入徑向槽一次，驅(qū)使槽輪（即刀架）

轉(zhuǎn)過60°，將下一個(gè)工序的刀具轉(zhuǎn)換到工作位置。槽輪機(jī)構(gòu)在自動(dòng)車床轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)中的作用是實(shí)現(xiàn)刀具間歇的轉(zhuǎn)換工作位置。

將連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為間歇運(yùn)動(dòng)是工業(yè)生產(chǎn)中常見的動(dòng)作要求，尤其在自動(dòng)化生產(chǎn)線中。有不同的機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。圖8-1自動(dòng)車床轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)

第8單元

間歇機(jī)構(gòu)

槽輪機(jī)構(gòu)

棘輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪機(jī)構(gòu)內(nèi)容CONTENTS綜合項(xiàng)目分析第8單元間歇機(jī)構(gòu)

知識(shí)目標(biāo)

1.了解棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理和類型。2.了解棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。3.了解各種間歇機(jī)構(gòu)在機(jī)械與儀表中的應(yīng)用。

1.能識(shí)別常用各種間歇機(jī)構(gòu)，如棘輪、槽輪、不完全齒輪等。2.能分析常用間歇機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性及應(yīng)用工況。

能力目標(biāo)

第8單元

間歇機(jī)構(gòu)

素質(zhì)目標(biāo)

1.培養(yǎng)工程思維和創(chuàng)新意識(shí)。2.養(yǎng)成獨(dú)立思考能力與探索實(shí)踐精神。

1.各種間歇機(jī)構(gòu)的工作原理和類型。2.各種間歇機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用。

學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)8.1棘輪機(jī)構(gòu)

棘輪機(jī)構(gòu)是工程上常用的間歇機(jī)構(gòu)之一，廣泛用于自動(dòng)機(jī)械和儀表中。

功能：它是利用主動(dòng)件作往復(fù)擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件間歇運(yùn)動(dòng)。

圖8-2典型的棘輪機(jī)構(gòu)1—棘輪2—驅(qū)動(dòng)棘爪3—彈簧4—搖桿（原動(dòng)件）5—止回棘爪

8.1.1棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理和類型

棘輪機(jī)構(gòu)是利用棘爪推動(dòng)棘輪上的棘齒和從棘齒上滑過的方式，以實(shí)現(xiàn)周期性間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。

棘輪機(jī)構(gòu)的組成：棘輪、棘爪和機(jī)架組成。

1.工作過程

搖桿逆時(shí)針擺動(dòng)→棘爪插入棘齒槽內(nèi)推動(dòng)→棘輪轉(zhuǎn)過一定角度；搖桿逆時(shí)針擺動(dòng)→棘爪沿棘齒背滑過→棘輪停止不動(dòng)→獲得間歇運(yùn)動(dòng)。止回棘爪可阻止棘輪的逆向轉(zhuǎn)動(dòng)。

8.1棘輪機(jī)構(gòu)圖8-2典型的棘輪機(jī)構(gòu)1-棘輪2—驅(qū)動(dòng)棘爪3-彈簧4-搖桿（原動(dòng)件）5-止回棘爪圖8-3手動(dòng)扳手1-棘輪2-彈簧片3-棘爪4-手柄

按工作原理分：1）齒式棘輪機(jī)構(gòu)2）摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)8.1棘輪機(jī)構(gòu)齒式棘輪機(jī)構(gòu)摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)

2.單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)

主動(dòng)搖桿往復(fù)擺動(dòng)一次，棘輪只能單向間歇轉(zhuǎn)過某一角度。

單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)—按嚙合方式分：1）外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)2)內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)8.1棘輪機(jī)構(gòu)外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)圖8-4內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)圖8-5棘輪停止器

3.雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)：搖桿來回?cái)[動(dòng)時(shí)，棘輪向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

8.1棘輪機(jī)構(gòu)圖8-6雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)1—原動(dòng)件2—棘輪3—驅(qū)動(dòng)棘爪

4.雙向棘輪機(jī)構(gòu)

棘輪的齒為矩形，棘爪可翻轉(zhuǎn)。根據(jù)棘爪所放位置不同，棘輪分別得到逆時(shí)針方向的單向間歇運(yùn)動(dòng)和順時(shí)針方向的單向間歇運(yùn)動(dòng)。

圖8-7雙向棘輪機(jī)構(gòu)1—棘輪2—棘爪8.1棘輪機(jī)構(gòu)

5.摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)

摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)是通過棘爪與棘輪之間的摩擦力實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。特點(diǎn)：與齒式棘輪機(jī)構(gòu)相比，摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)能無級(jí)調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角的大小，而且降低了棘輪機(jī)構(gòu)的沖擊和噪聲。

圖8-8摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)8.1棘輪機(jī)構(gòu)

棘輪轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)：

齒式棘輪機(jī)構(gòu)中，棘輪的轉(zhuǎn)角可以進(jìn)行有級(jí)調(diào)節(jié)，常用的方法有兩種。(1)改變搖桿的擺角：通過調(diào)節(jié)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄的長(zhǎng)度，改變搖桿擺角的大小，從而實(shí)現(xiàn)棘輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角大小的調(diào)整。

圖8-9調(diào)整搖桿擺角改變棘輪轉(zhuǎn)角8.1棘輪機(jī)構(gòu)

(2)利用遮蓋罩

通過改變棘輪罩的位置，使部分行程棘爪沿棘輪罩表面滑過，從而實(shí)現(xiàn)棘輪轉(zhuǎn)角大小的調(diào)整。

圖8-10改變遮蓋罩位置調(diào)整棘輪轉(zhuǎn)角8.1棘輪機(jī)構(gòu)

8.1.2棘輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用

齒式棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，棘輪的轉(zhuǎn)角容易實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)節(jié)。但這種機(jī)構(gòu)在回程時(shí)，棘爪在棘齒背上滑過時(shí)會(huì)有噪聲；在運(yùn)動(dòng)開始和終止時(shí)，因速度驟變而產(chǎn)生沖擊，傳動(dòng)平穩(wěn)性較差，棘齒易磨損，故常在低速、輕載等場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)、無噪聲，棘輪的轉(zhuǎn)角可做無級(jí)調(diào)節(jié)，但運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性差，不宜用于運(yùn)動(dòng)精度要求高的場(chǎng)合。

圖8-5棘輪停止器圖8-3手動(dòng)扳手1-棘輪2-彈簧片3-棘爪4-手柄8.1棘輪機(jī)構(gòu)

☆

基礎(chǔ)訓(xùn)練

如圖8-11是棘輪機(jī)構(gòu)的幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例，圖8-11a為手動(dòng)起重器具、圖8-11b為排球網(wǎng)拉緊機(jī)構(gòu)，試?yán)盟鶎W(xué)知識(shí)分析圖8-11所示的兩個(gè)案例的工作原理。

圖8-11棘輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例8.1棘輪機(jī)構(gòu)

項(xiàng)目8-1

棘輪機(jī)構(gòu)除了常用于實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)外，還能實(shí)現(xiàn)超越運(yùn)動(dòng)。如圖8-12所示為自行車的外形結(jié)構(gòu)圖，圖8-13為自行車后輪軸上的棘輪機(jī)構(gòu)，是內(nèi)嚙合棘輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例。試分析當(dāng)腳踏板前進(jìn)和不蹬踏板有滑行時(shí)棘輪機(jī)構(gòu)的工作過程。

圖8-12自行車的外形結(jié)構(gòu)圖圖8-13自行車后輪軸上的棘輪機(jī)構(gòu)1、3—鏈輪2—鏈條4—棘爪5—后輪軸6—前輪軸8.1棘輪機(jī)構(gòu)

8.2.1槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理和類型

1.槽輪機(jī)構(gòu)的組成：主動(dòng)撥盤、從動(dòng)槽輪和機(jī)架組成。

2.工作原理：槽輪機(jī)構(gòu)是利用圓銷插入輪槽并撥動(dòng)槽輪和脫離輪槽使槽輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)的方式，以實(shí)現(xiàn)周期性間歇運(yùn)動(dòng)，槽輪機(jī)構(gòu)又稱馬爾他機(jī)構(gòu)。

圖8-14外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)1—撥盤2—槽輪8.2槽輪機(jī)構(gòu)

3.槽輪機(jī)構(gòu)的分類：

可分為平面槽輪機(jī)構(gòu)、空間槽輪機(jī)構(gòu)。

（1）平面槽輪機(jī)構(gòu)（外槽輪機(jī)構(gòu)、內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)）

圖8-14外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)1—撥盤2—槽輪8.2槽輪機(jī)構(gòu)圖8-15

內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)

3.槽輪機(jī)構(gòu)的分類：

可分為平面槽輪機(jī)構(gòu)、空間槽輪機(jī)構(gòu)。

（1）平面槽輪機(jī)構(gòu)（外槽輪機(jī)構(gòu)、內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)）；（2）空間槽輪機(jī)構(gòu)

圖8-14外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)1—撥盤2—槽輪8.2槽輪機(jī)構(gòu)圖8