項(xiàng)目五 凸輪機(jī)構(gòu)及其他常用機(jī)構(gòu)

項(xiàng)目五凸輪機(jī)構(gòu)及其他常用機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)5.1棘輪機(jī)構(gòu)5.2槽輪機(jī)構(gòu)5.３不完全齒輪機(jī)構(gòu)5.４項(xiàng)目五凸輪機(jī)構(gòu)及其他常用機(jī)構(gòu)送料機(jī)構(gòu)為一送料機(jī)構(gòu)，人們會(huì)問(wèn)：它是怎樣實(shí)現(xiàn)送料的?5.１凸輪機(jī)構(gòu)

1.凸輪機(jī)構(gòu)的組成5.1.1

凸輪機(jī)構(gòu)的組成及應(yīng)用

1）組成如圖所示，件1稱(chēng)為凸輪，做等速轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)從動(dòng)件2往復(fù)移動(dòng)，因此凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)部分所組成的高副機(jī)構(gòu)。送料機(jī)構(gòu)5.１凸輪機(jī)構(gòu)5.1.1

凸輪機(jī)構(gòu)的組成及應(yīng)用

2）運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)凸輪機(jī)構(gòu)可以將主動(dòng)件凸輪的等速轉(zhuǎn)動(dòng)變換為從動(dòng)件的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或繞某定點(diǎn)的擺動(dòng)，并依靠凸輪輪廓曲線準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。送料機(jī)構(gòu)5.１凸輪機(jī)構(gòu)5.1.1

凸輪機(jī)構(gòu)的組成及應(yīng)用

3）凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：只要正確地設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線，就可以使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠。缺點(diǎn)：凸輪與從動(dòng)件之間為點(diǎn)或線接觸，不易潤(rùn)滑，容易磨損。因此，凸輪機(jī)構(gòu)多用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。送料機(jī)構(gòu)5.１凸輪機(jī)構(gòu)5.1.1

凸輪機(jī)構(gòu)的組成及應(yīng)用圖為內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)。當(dāng)主動(dòng)件凸輪回轉(zhuǎn)時(shí)，使得氣門(mén)桿按照一定的要求做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，控制氣門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)

2.凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用繞線機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)圖為繞線機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)主動(dòng)件1凸輪回轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)從動(dòng)件2（繞線桿）往復(fù)擺動(dòng)，將線繞在等速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸3上。5.１凸輪機(jī)構(gòu)5.1.2

凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)

1）盤(pán)形凸輪如圖所示，這種凸輪是一個(gè)徑向尺寸變化的盤(pán)形構(gòu)件，當(dāng)凸輪1繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可使從動(dòng)件2在垂直于凸輪軸的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。

1.按凸輪的形狀分

2）移動(dòng)凸輪當(dāng)盤(pán)形凸輪的徑向尺寸變得無(wú)窮大時(shí)，其轉(zhuǎn)軸也將在無(wú)窮遠(yuǎn)處，這時(shí)凸輪將作直線移動(dòng)，通常稱(chēng)這種凸輪為移動(dòng)凸輪，如圖所示。移動(dòng)凸輪內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)5.１凸輪機(jī)構(gòu)5.1.2

凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)

3）圓柱凸輪

凸輪為一圓柱體，它可以看成是由移動(dòng)凸輪卷曲而成的。曲線輪廓可以開(kāi)在圓柱體的端面也可以在圓柱面上開(kāi)出曲線凹槽，如圖所示為一圓柱凸輪組成的送料機(jī)構(gòu)。

1.按凸輪的形狀分送料機(jī)構(gòu)5.１凸輪機(jī)構(gòu)5.1.2

凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)有直動(dòng)從動(dòng)件和擺動(dòng)從動(dòng)件，如圖所示。根據(jù)從動(dòng)件端部形狀不同將其分為：

1)尖頂從動(dòng)件如圖a所示。結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，而且尖頂能與較復(fù)雜形狀的凸輪輪廓相接觸，從而能實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，但因尖頂極易磨損，故只適用于輕載、低速的凸輪機(jī)構(gòu)和儀表中。

2.按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式和端部形狀分尖頂從動(dòng)件、滾子從動(dòng)件及平底從動(dòng)件5.１凸輪機(jī)構(gòu)5.1.2

凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)

2)滾子從動(dòng)件如圖b所示。在從動(dòng)件的一端裝有一個(gè)可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的滾子。由于滾子與凸輪輪廓之間為滾動(dòng)摩擦，故磨損較小，改善了工作條件。因此，可用來(lái)傳遞較大的動(dòng)力，應(yīng)用也最廣泛。

2.按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式和端部形狀分尖頂從動(dòng)件、滾子從動(dòng)件及平底從動(dòng)件5.１凸輪機(jī)構(gòu)5.1.2

凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)

3)平底從動(dòng)件如圖所示，從動(dòng)件一端做成平底(即平面)，在凸輪輪廓與從動(dòng)件底面之間易于形成油膜，故潤(rùn)滑條件較好、磨損小。當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，凸輪對(duì)從動(dòng)件的作用力始終與平底垂直，傳力性能較好，傳動(dòng)效率較高，所以常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)中。但由于從動(dòng)件為一平底，故不適用于帶有內(nèi)凹輪廓的凸輪機(jī)構(gòu)。

2.按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式和端部形狀分尖頂從動(dòng)件、滾子從動(dòng)件及平底從動(dòng)件5.１凸輪機(jī)構(gòu)5.1.3

凸輪和滾子材料

凸輪機(jī)構(gòu)的主要失效形式為磨損和疲勞點(diǎn)蝕，這就要求凸輪和滾子的工作表面硬度高、耐磨，對(duì)于經(jīng)常受到?jīng)_擊的凸輪機(jī)構(gòu)還要求凸輪芯部有較強(qiáng)的韌性。

一般凸輪的材料常采用40Cr(經(jīng)表面淬火，硬度為40～45HRC)，也可采用20Cr、20CrMnTi(經(jīng)表面滲碳淬火，硬度為56～62HRC)。

滾子材料可采用20Cr（經(jīng)滲碳淬火，硬度為56～62HRC)，也有的用滾動(dòng)軸承作為滾子。5.１凸輪機(jī)構(gòu)5.1.4

從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指從動(dòng)件的位移、速度、加速度隨凸輪轉(zhuǎn)角Φ或時(shí)間t變化的規(guī)律。

5.１凸輪機(jī)構(gòu)5.1.4

從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖a為對(duì)心尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。以凸輪工作輪廓的最小向徑rb為半徑所作的圓稱(chēng)為凸輪的基圓。當(dāng)從動(dòng)件的尖頂與凸輪工作輪廓上的A點(diǎn)接觸時(shí)，從動(dòng)件處于上升的起始位置。當(dāng)凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)角Φ0時(shí)，從動(dòng)件尖頂被推到距凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心O最遠(yuǎn)的位置B，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為推程運(yùn)動(dòng)。推程中從動(dòng)件推桿移動(dòng)的距離h稱(chēng)為從動(dòng)件的行程，凸輪所轉(zhuǎn)過(guò)的角度Φ0稱(chēng)為推程角。凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)Φs時(shí)，從動(dòng)件在最遠(yuǎn)處?kù)o止不動(dòng)，Φs稱(chēng)為遠(yuǎn)休止角。凸輪再轉(zhuǎn)過(guò)Φh時(shí)，從動(dòng)件又由最遠(yuǎn)位置回到起始位置，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為回程，Φh稱(chēng)為回程運(yùn)動(dòng)角。最后，當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)Φs′時(shí)，從動(dòng)件靜止不動(dòng)，Φs′稱(chēng)為近休止角，凸輪回轉(zhuǎn)一周完成一個(gè)升—?！怠５墓ぷ餮h(huán)。凸輪機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)停程和近停程可以沒(méi)有，但必須有推程和回程。凸輪機(jī)構(gòu)5.１凸輪機(jī)構(gòu)5.1.4

從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪推程和回程段的輪廓曲線決定于從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律很多，舉例如下：

1.等速運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪以等角速度回轉(zhuǎn)，從動(dòng)件在推程或回程的速度為一常數(shù)，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。由于從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和終止時(shí)速度有突變（由零變?yōu)橛邢拗担?，加速度瞬時(shí)無(wú)窮大，則有很大的沖擊，這種沖擊稱(chēng)剛性沖擊。只適用于低速、輕載。凸輪機(jī)構(gòu)5.１凸輪機(jī)構(gòu)5.1.4

從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

2.等加速度、等減速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪以等角速度回轉(zhuǎn)，從動(dòng)件在推程或回程中，先一半作等加速度運(yùn)動(dòng)，后一半作等減速運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱(chēng)為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件在行程開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，加速度發(fā)生有限突變。從動(dòng)件因此產(chǎn)生有限值的沖擊，這種沖擊稱(chēng)為柔性沖擊。與等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律相比沖擊的程度大為減小，故多用于中速、中載的場(chǎng)合。凸輪機(jī)構(gòu)5.2棘輪機(jī)構(gòu)5.2.1

棘輪機(jī)構(gòu)的組成和類(lèi)型

1.棘輪機(jī)構(gòu)的組成及工作原理棘輪機(jī)構(gòu)由棘輪、棘爪、搖桿及機(jī)架組成，如圖a所示。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成搖桿的往復(fù)擺動(dòng)；當(dāng)搖桿4順時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，裝在搖桿4上的主動(dòng)棘爪2嚙入棘輪1的齒槽中，從而推動(dòng)棘輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)搖桿逆時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，主動(dòng)棘爪2在棘輪的齒背上滑過(guò)，此時(shí)，棘輪1在止回爪5的作用下停止不動(dòng)，扭簧3的作用是將棘爪2貼緊在棘輪1上。在搖桿4做往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪1作單向間歇運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖b所示。棘輪機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖5.2棘輪機(jī)構(gòu)5.2.1

棘輪機(jī)構(gòu)的組成和類(lèi)型

2.棘輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型棘輪機(jī)構(gòu)按工作原理可分為齒式棘輪機(jī)構(gòu)和摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)兩大類(lèi)。齒式棘輪機(jī)構(gòu)有外嚙合、內(nèi)嚙合兩種形式。按棘輪齒形分，可分為鋸齒形齒（用于實(shí)現(xiàn)單向轉(zhuǎn)動(dòng)的棘輪機(jī)構(gòu)）和矩形齒（用于實(shí)現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)動(dòng)的棘輪機(jī)構(gòu)）兩種。圖所示為內(nèi)嚙合鋸齒形齒棘輪機(jī)構(gòu)在自行車(chē)后鏈輪的應(yīng)用。1為鏈輪（帶有內(nèi)棘齒），2為棘爪，3為后車(chē)輪，棘爪一端與后輪固定連接，另一端插入1的內(nèi)棘齒中，當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)棘爪與棘輪的嚙合，帶動(dòng)3一起轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)鏈輪不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，3繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)棘爪在棘輪的齒背滑過(guò)。鋸齒形齒棘輪機(jī)構(gòu)5.2棘輪機(jī)構(gòu)5.2.1

棘輪機(jī)構(gòu)的組成和類(lèi)型

2.棘輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型圖是控制牛頭刨床工作臺(tái)進(jìn)與退的棘輪機(jī)構(gòu)，棘輪齒為矩形齒，棘輪2可用做實(shí)現(xiàn)雙向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。需變向時(shí)，只要提起棘爪1，并將棘爪轉(zhuǎn)動(dòng)180°后再放下就可以了。控制牛頭刨床工作臺(tái)進(jìn)與退的棘輪機(jī)構(gòu)5.2棘輪機(jī)構(gòu)5.2.1

棘輪機(jī)構(gòu)的組成和類(lèi)型變向也可用圖轉(zhuǎn)動(dòng)棘爪來(lái)實(shí)現(xiàn)，其棘爪1設(shè)有對(duì)稱(chēng)爪端，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)棘爪1，棘輪2即可實(shí)現(xiàn)反向的間歇運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)棘爪5.2棘輪機(jī)構(gòu)5.2.2

棘輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用有齒的棘輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠，從動(dòng)棘輪容易實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)節(jié)，但是有噪聲、沖擊，輪齒易摩損，高速時(shí)尤其嚴(yán)重，常用于低速、輕載的間歇傳動(dòng)。如牛頭刨床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、計(jì)數(shù)器；起重機(jī)、絞盤(pán)常用棘輪機(jī)構(gòu)使提升的重物能停在任何位置，以防止由于停電等原因造成事故。5.3槽輪機(jī)構(gòu)5.3.1

槽輪機(jī)構(gòu)的組成及工作原理

槽輪機(jī)構(gòu)，如圖所示。它是由槽輪2、帶有圓柱銷(xiāo)的撥盤(pán)1和機(jī)架組成。當(dāng)撥盤(pán)1作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)使槽輪2作間歇運(yùn)動(dòng)。當(dāng)圓柱銷(xiāo)進(jìn)入槽輪槽時(shí)，撥盤(pán)上的圓柱銷(xiāo)將帶動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)。撥盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后，圓柱銷(xiāo)將從槽中退出。為了保證圓柱銷(xiāo)下一次能正確地進(jìn)入槽內(nèi)，必須采用鎖止弧將槽輪鎖住不動(dòng)，直到下一個(gè)圓柱銷(xiāo)進(jìn)入槽后才放開(kāi)，這時(shí)槽輪又可隨撥盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，即進(jìn)入下一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)。槽輪機(jī)構(gòu)5.3槽輪機(jī)構(gòu)5.3.2

槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。常用于要求恒定旋轉(zhuǎn)角度的分度機(jī)構(gòu)中。缺點(diǎn)：1）對(duì)一個(gè)已定的槽輪機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其轉(zhuǎn)角不能調(diào)節(jié)。2）在轉(zhuǎn)動(dòng)始、末加速度變化較大，有沖擊。應(yīng)用：應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高，要求間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置中。如圖所示為六角車(chē)床刀架的轉(zhuǎn)位槽輪機(jī)構(gòu)，撥盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一周驅(qū)使槽輪（刀架）轉(zhuǎn)動(dòng)600。電影放映機(jī)卷片機(jī)構(gòu)中，用以間歇地移動(dòng)影片。六角車(chē)床刀架的轉(zhuǎn)位槽輪機(jī)構(gòu)5.4不完全齒輪機(jī)構(gòu)5.4.1

不完全齒輪機(jī)構(gòu)的組成

不完全齒輪機(jī)構(gòu)，如圖所示，是由普通齒輪機(jī)構(gòu)演變而得的一種間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。不完全齒輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪的輪齒不是布滿(mǎn)在整個(gè)圓周上