機(jī)械分析與設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課件 情境3 常用機(jī)械機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)

《機(jī)械分析與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》

情境3常用機(jī)械機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)任務(wù)3.1平面連桿機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

【下達(dá)任務(wù)】?jī)?nèi)燃機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

【能力目標(biāo)】1.學(xué)會(huì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型、特性。2.學(xué)會(huì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu)的分析。3.學(xué)會(huì)用圖解法設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)。4

知識(shí)導(dǎo)航氣缸體1活塞2進(jìn)氣閥3排氣閥4連桿5曲軸6凸輪7頂桿8齒輪10引導(dǎo)問(wèn)題：內(nèi)燃機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組成？曲柄滑塊機(jī)構(gòu)認(rèn)知：平面連桿機(jī)構(gòu)

1.平面連桿機(jī)構(gòu)：構(gòu)件間用低副連接而構(gòu)成的平面機(jī)構(gòu)3.1.1平面四桿機(jī)構(gòu)的組成和特點(diǎn)一、平面四桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介2.平面四桿機(jī)構(gòu)：

具有四個(gè)構(gòu)件的平面連桿機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)最簡(jiǎn)單的類型，常見(jiàn)的形式是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。其為全轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)。1.機(jī)架：固定件（AD）。2.連架桿：與機(jī)架相連的桿（AB、CD）。3.連桿：不直接與機(jī)架相連的桿（BC），而是通過(guò)回轉(zhuǎn)副與連架桿相連。其中：二、平面四桿機(jī)構(gòu)的組成【曲柄】：作整周（360度）轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿?！緭u桿】：僅能在某一角度內(nèi)擺動(dòng)的連架桿。

三、平面四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1優(yōu)點(diǎn)2優(yōu)點(diǎn)3缺點(diǎn)

低副是面接觸，壓強(qiáng)低，磨損量小低副的接觸表面是圓柱面或平面，故制造方便，容易獲得較高的精度

容易實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)及其轉(zhuǎn)換

低副中存在的間隙不易消除，會(huì)引起運(yùn)動(dòng)誤差，從而降低傳動(dòng)的精度和效率3.1.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)flash

1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿中:一個(gè)是曲柄，一個(gè)是搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

搖桿擺動(dòng)

運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):曲柄為原動(dòng)件曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)搖桿為原動(dòng)件搖桿擺動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)flash雷達(dá)天線仰俯角的調(diào)整機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例-1和面機(jī)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例-2縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例-3

2.雙曲柄機(jī)構(gòu)

兩個(gè)連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（1）普通雙曲柄機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：主動(dòng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)曲柄變速轉(zhuǎn)動(dòng)flash普通雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例

慣性篩flash（2）平行雙曲柄機(jī)構(gòu)：

連桿與機(jī)架相等雙曲柄的轉(zhuǎn)向相同，且長(zhǎng)度也相等。

運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：兩曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度始終相等，連桿作平動(dòng)，且始終平行于機(jī)架。flash天平機(jī)構(gòu)平行雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例-1平行雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例-2攝影車(chē)座斗升降機(jī)構(gòu)平行雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例-3路燈檢修車(chē)(3)反向雙曲柄機(jī)構(gòu)

連桿與機(jī)架長(zhǎng)度相等，兩曲柄的轉(zhuǎn)向相反，且長(zhǎng)度也相等。

反向雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例

車(chē)門(mén)的啟閉機(jī)構(gòu)

3.雙搖桿機(jī)構(gòu)

具有兩個(gè)搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：擺動(dòng)擺動(dòng)（擺幅相等或不相等）雙搖桿機(jī)構(gòu)舉例-1港口起重機(jī)雙搖桿機(jī)構(gòu)舉例-2

飛機(jī)起落架取不同的構(gòu)件為機(jī)架—變換機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

雙搖桿機(jī)構(gòu)3.1.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型的判別提出問(wèn)題：以不同的桿作機(jī)架有四種情況，如何判斷類別？

設(shè)構(gòu)件1、2、3、4的長(zhǎng)度分別為a、b、c、d

當(dāng)桿長(zhǎng)d>a時(shí)，由△B′C′D存在的幾何條件可知，四桿的長(zhǎng)度必然滿足：

由△B″C″D存在的幾何條件可知，四桿的長(zhǎng)度必然滿足：

即即各式中的等號(hào)表示當(dāng)B處在B′點(diǎn)和B″點(diǎn)時(shí)，A、B、C、D四點(diǎn)共線，這時(shí)剛好也能形成整轉(zhuǎn)副。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件

a≤b，a≤c，a≤d

對(duì)于桿長(zhǎng)d<a的情況

，同理得出：d≤a，d≤b，d≤c

上式兩兩相加得：課后求證？

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中存在曲柄的條件（即能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)）是：

（A）機(jī)架或連架桿中必有一桿為最短桿——最短構(gòu)件條件（B）最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和——構(gòu)件長(zhǎng)度之和條件

結(jié)論：格拉肖夫判別式二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型的判別方法（A）機(jī)架和連架桿中必有一桿為最短構(gòu)件，稱為最短構(gòu)件條件。（B）最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿件長(zhǎng)度之和，稱為構(gòu)件長(zhǎng)度和條件。【引導(dǎo)案例】（A）機(jī)架和連架桿中必有一桿為最短構(gòu)件，稱為最短構(gòu)件條件。（B）最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿件長(zhǎng)度之和，稱為構(gòu)件長(zhǎng)度和條件。課堂練習(xí)-1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)課堂練習(xí)-2雙搖桿機(jī)構(gòu)課堂練習(xí)-3雙曲柄機(jī)構(gòu)課堂練習(xí)-4雙搖桿機(jī)構(gòu)3.1.4平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性觀察一下急回特性

1.特性分析

圖示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，搖桿所處的C1D、C2D兩位置稱為搖桿的兩極限位置

從動(dòng)件在兩極限位置時(shí)，原動(dòng)件AB在對(duì)應(yīng)兩位置間所夾的銳角θ稱為極位夾角

當(dāng)曲柄以等角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因Ф

1＞

Ф

2、固有t1＞

t2、則ν2＞

ν1，即搖桿的擺回平均速度大于擺出的平均速度，這種性質(zhì)稱為急回特性。一、急回特性——運(yùn)動(dòng)特性一般情況：擺出——工作行程AB1順時(shí)針到AB2擺回——非工作行程AB2順時(shí)針AB1K=

為了表明機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動(dòng)的程度，可用擺桿擺回平均速度與擺出平均速度的比值來(lái)衡量，該比值稱為行程速比系數(shù)。用K表示。即

K＞1機(jī)構(gòu)具有急回特性。若K＞1，θ≠0,θ越大，機(jī)構(gòu)的急回特性越顯著。θ=0,機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性。2.行程速比系數(shù)的引入：推導(dǎo)后3.平面四桿機(jī)構(gòu)具有急回特性的條件是：（1）原動(dòng)件等角速整周轉(zhuǎn)動(dòng)，即曲柄為原動(dòng)件；（2）輸出件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；（3）極位夾角滿足θ≠0。對(duì)于對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因其θ＝0，故無(wú)急回特性（1）對(duì)于偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因其θ≠0，就有急回特性。θ=ψθ≠0機(jī)構(gòu)具有急回特性（2）擺動(dòng)導(dǎo)桿急回特性的條件二、

壓力角與傳動(dòng)角——傳力性能1.壓力角α：從動(dòng)件上某點(diǎn)所受作用力方向與其速度方向間所夾的銳角壓力角α越小，機(jī)構(gòu)的傳力性能越好，理想的壓力角α=0°FFn=Fsinα有害分力Ft=Fcosα有效分力ABCDαγδFvcFtFn

2.傳動(dòng)角（γ）：壓力角的余角。vcABCDαγδFFtFn通常用γ表示.傳動(dòng)角γ越大，機(jī)構(gòu)的傳力性能越好，理想的傳動(dòng)角γ=90°3.設(shè)計(jì)時(shí)最小傳動(dòng)角的確定

機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角作出如下規(guī)定：

γmin≥[γ][γ]=30

60°αmax≤[α][γ]、[α]分別為許用傳動(dòng)角和許用壓力角。【情況分析】最小傳動(dòng)角出現(xiàn)的位置：

（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（曲柄為主動(dòng)件）最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線的位置【情況分析】最小傳動(dòng)角出現(xiàn)的位置：

（2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（曲柄為主動(dòng)件）最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與滑塊移動(dòng)方向線垂直的位置【情況分析】最小傳動(dòng)角出現(xiàn)的位置：

（3）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（曲柄為主動(dòng)件）

在任何情況下α=0°

γ=90°機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)：當(dāng)機(jī)構(gòu)處于壓力角等于

90°（傳動(dòng)角等于0°）位置時(shí)無(wú)論驅(qū)動(dòng)力多，均不能使從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的位置。死點(diǎn)位置舉例1：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（搖桿為主動(dòng)件）死點(diǎn)出現(xiàn)在曲柄與連桿共線的位置三、

死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置舉例2：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)死點(diǎn)出現(xiàn)在曲柄與連桿共線的位置

死點(diǎn)位置舉例3：擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)以曲柄為原動(dòng)件時(shí)無(wú)死點(diǎn)出現(xiàn)，以導(dǎo)桿為原動(dòng)件死點(diǎn)出現(xiàn)在曲柄與導(dǎo)桿垂直的位置。工程實(shí)際中利用和克服死點(diǎn)：死點(diǎn)不利的一面克服止點(diǎn)用慣性力有利的一面利用止點(diǎn)克服死點(diǎn)（機(jī)構(gòu)的錯(cuò)位排列）（加大飛輪）（加大飛輪）利用死點(diǎn)（飛機(jī)起落架）（夾緊裝置）3.1.5平面四桿機(jī)構(gòu)的演化一、演化方法1：改變構(gòu)件形狀和相對(duì)尺寸

轉(zhuǎn)化為含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)1.將轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副a.對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

2.選用不同構(gòu)件做為機(jī)架的演化構(gòu)件3（滑塊）；構(gòu)件4（導(dǎo)桿）（1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)——取構(gòu)件4作機(jī)架flashb.偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)flash（2）曲柄搖塊機(jī)構(gòu)--取構(gòu)件2作機(jī)架Flash（3）定塊機(jī)構(gòu)——取構(gòu)件3作機(jī)架手搖唧筒.avi

a.轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（L1＜L2）

3.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化（4）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)--取構(gòu)件1作機(jī)架b.擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（L2＜L1）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu).swf牛頭刨.avi曲柄滑塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

【總結(jié)】演化后的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖二、

演化的方法之2：擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副尺寸偏心輪機(jī)構(gòu)：當(dāng)曲柄的尺寸很小時(shí)，由于結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的需要，常通過(guò)擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副尺寸，將曲柄改作成為一個(gè)幾何中心與回轉(zhuǎn)中心不重合的圓盤(pán)。

3.1.6平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一、

平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題主要任務(wù)：根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作要求、運(yùn)動(dòng)特性和設(shè)計(jì)條件選定機(jī)構(gòu)形式，并確定出各構(gòu)件的尺寸參數(shù)。連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)兩類問(wèn)題：（1）實(shí)現(xiàn)給定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（2）實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡1圖解法2解析法3

實(shí)驗(yàn)法平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法一、圖解法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)1.按給定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

（1）給定連桿兩位置設(shè)計(jì)

已知：連桿上兩活動(dòng)鉸鏈的中心B、C及其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的兩個(gè)位置B1C1、B2C2

（給定BC的兩個(gè)位置）B1C1B2C2(2)按連桿的三個(gè)給定位置設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)已知曲柄機(jī)構(gòu)搖桿Lcd的長(zhǎng)度，及搖桿擺角ψ和行程速比因數(shù)K。2.

按給定的行程速比因數(shù)設(shè)計(jì)具體數(shù)據(jù)：已知Lcd=600mmψ=30。

K=1.5試設(shè)計(jì)此曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

四桿機(jī)構(gòu)分析圖曲柄搖桿機(jī)構(gòu)【總結(jié)】按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的公式。C1DAB1C2B2設(shè)計(jì)結(jié)果圖【任務(wù)完成】

內(nèi)燃機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)【任務(wù)實(shí)施】1.任務(wù)分析

根據(jù)任務(wù)已知的條件，在設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)時(shí)，把偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的行程H，視為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)當(dāng)搖桿無(wú)限長(zhǎng)時(shí)C點(diǎn)擺過(guò)的弦長(zhǎng)，應(yīng)用上述的方法可求得滿足要求的機(jī)構(gòu)，為解決圖解法的精準(zhǔn)性，作圖時(shí)可用AutoCAD軟件配合，得到的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。2.任務(wù)完成結(jié)論參考教材。

設(shè)計(jì)一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，已知滑塊的行程速度變化系數(shù)K=1.5，滑塊的行程H=800mm，當(dāng)導(dǎo)路的偏距當(dāng)e=0mm或e=200mm（為作圖方便）時(shí)，用圖解法求曲柄長(zhǎng)度a和連桿長(zhǎng)度b，并畫(huà)出其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖?！緟⒖及咐科们瑝K機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

已知條件：

行程速度變化系數(shù)K、滑塊的行程H和偏距e

設(shè)計(jì)分析：

把偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的行程H視為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)當(dāng)搖桿無(wú)限長(zhǎng)時(shí)C點(diǎn)擺過(guò)的弦長(zhǎng)，應(yīng)用上述的方法可求得滿足要求的四桿機(jī)構(gòu)。

設(shè)計(jì)步驟是：1.按公式求出極位夾角：2.選定比例尺，畫(huà)線段C1C2＝H，并過(guò)C1點(diǎn)作直線C1M垂直于C1C2

。3.作∠C1C2M＝90o-，C1M和C2M交于P點(diǎn)則∠C1MC2＝極位夾角4.作△C1MC2的外接圓，在圓上任取一點(diǎn)與C1和C2點(diǎn)連線的夾角都等于極位夾角。5.作C1C2的平行線，并與C1C2的距離為e，此直線與△C1MC2的外接圓交點(diǎn)即為曲柄和機(jī)架的固定鉸鏈中心A。6.用與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)相同的方法，確定曲柄和連桿的尺寸。

【下次任務(wù)布置】

（一）預(yù)習(xí)

1.線上學(xué)習(xí)下次任務(wù)的所有內(nèi)容。（二）作業(yè)

按教案作業(yè)布置內(nèi)容。

《機(jī)械分析與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》

情境3常用機(jī)械機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)任務(wù)3.2凸輪機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)

任務(wù)3.2凸輪機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)氣缸體1活塞2進(jìn)氣閥3排氣閥4連桿5曲軸6凸輪7頂桿8齒輪10配氣機(jī)構(gòu)引導(dǎo)問(wèn)題：內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的組成？1.任務(wù)條件

已知內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)，如圖3-2-2所示。從動(dòng)件（頂桿）的運(yùn)動(dòng)位移曲線如圖3-2-0所示、凸輪的基圓半徑為r0

。2.任務(wù)要求

根據(jù)“反轉(zhuǎn)法”原理，用圖解法設(shè)計(jì)平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪輪廓曲線?！鞠逻_(dá)任務(wù)】圖3-2-0從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的位移曲線圖3-2-2內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)

【能力目標(biāo)】1.了解凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類。2.學(xué)會(huì)常用從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3.學(xué)會(huì)圖解法設(shè)計(jì)盤(pán)形凸輪輪廓曲線。4.了解凸輪設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題。103

知識(shí)導(dǎo)航內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成

1.凸輪1——具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。

2.從動(dòng)件2——被凸輪直接推動(dòng)的構(gòu)件。

3.機(jī)架——相對(duì)于支撐物體固定不動(dòng)的構(gòu)件。下一頁(yè)3.2.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用1.優(yōu)點(diǎn)（1）可使從動(dòng)件得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（2）結(jié)構(gòu)緊湊。2.缺點(diǎn)（1）高副接觸，易于磨損，多用于傳遞力不太大的場(chǎng)合。（2）加工比較困難。（3）從動(dòng)件行程不宜過(guò)大，否則會(huì)使凸輪變得笨重。二、凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)三、凸輪機(jī)構(gòu)的工程應(yīng)用實(shí)例1.內(nèi)燃機(jī)中的配氣機(jī)構(gòu)2.繞線機(jī)中的排線機(jī)構(gòu)

3.自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)4.仿形加工機(jī)構(gòu)凸輪輪廓的加工方法通常有兩種：（1）銑、銼削加工

對(duì)用于低速、輕載場(chǎng)合的凸輪，可以在未淬火的凸輪輪坯上通過(guò)圖解法繪制出輪廓曲線，采用銑床或手工銼削方法加工而成。對(duì)于大批量生產(chǎn)的還可采用仿形加工。（2）數(shù)控加工

即采用數(shù)控線切割機(jī)床對(duì)淬火凸輪進(jìn)行加工，此種加工方法是目前常用的一種加工凸輪方法。應(yīng)用專用編程軟件，用數(shù)控線切割機(jī)床切割而成，此方法加工出的凸輪精度高，適用于高速、重載的場(chǎng)合。

數(shù)控凸輪磨床四、凸輪的加工方法一、按凸輪的形狀分類盤(pán)形凸輪移動(dòng)凸輪圓柱凸輪3.2.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類二、按從動(dòng)件端部結(jié)構(gòu)分類尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件三、按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方式分類直動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件偏置直動(dòng)從動(dòng)件四、按凸輪與從動(dòng)件保持接觸的方式（鎖合方式）分類力鎖合形鎖合凹槽凸輪機(jī)構(gòu)等寬凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪機(jī)構(gòu)3.2.3凸輪的結(jié)構(gòu)一、凸輪的結(jié)構(gòu)型式2.凸輪在軸上的固定方式凸輪軸圓錐銷聯(lián)接

圓錐銷和螺母聯(lián)接

平鍵聯(lián)接3.凸輪的工作圖案例

常用的材料有：55、20Cr、18CrMnTi或T9、T10等并經(jīng)過(guò)表面淬火處理。

合理地選擇凸輪的材料，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，使?jié)L子和凸輪的工作表面具有較高的硬度和耐磨性，而芯部具有較好的韌性。3.2.4凸輪的結(jié)構(gòu)與材料1203.2.5凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和基本術(shù)語(yǔ)r0hB’otΦsΦsΦsΦ'sΦ'sΦΦΦ'Φ'ωADCB從動(dòng)件的位移線圖

主動(dòng)件凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件上下移動(dòng)。

從動(dòng)件移動(dòng)規(guī)律：

升—?！怠Ｒ?、運(yùn)動(dòng)過(guò)程1.基圓以凸輪輪廓的最小向徑rb為半徑所作的圓。二、名詞術(shù)語(yǔ)及符號(hào)2.推程（升程）

當(dāng)凸輪以等角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)δ0角時(shí)，從動(dòng)件由最低位置A被到最高位置B的運(yùn)動(dòng)過(guò)程.

相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角δ0稱為推程角3.遠(yuǎn)停程當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)δ01角時(shí)，從動(dòng)件處于最高位置靜止不動(dòng)的過(guò)程。相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角δ01稱為遠(yuǎn)休止角4.回程當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)δ0’角時(shí)，從動(dòng)件由最高位置C回到最低位置D的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,

相應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角δ0’

’

稱為回程角。5.近停程當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)δ02’角時(shí)，從動(dòng)件處于最低位置靜止不動(dòng)的過(guò)程，相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角δ02稱為近休止角6.升程從動(dòng)件在推程或回程時(shí)移動(dòng)的距離主動(dòng)件凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件上下移動(dòng)。

三、工作過(guò)程分析以尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)為例：

從動(dòng)件移動(dòng)規(guī)律：

升—?！怠膭?dòng)件位移線圖r0hB’otδsδ01δ01δ02δ02δ0δ0δ’0δ’0ωADCB

以縱坐標(biāo)代表從動(dòng)件位移s2

，橫坐標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角δ1或t，所畫(huà)出的位移與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線。上升—?！怠?/p>

從動(dòng)件位移線圖決定于凸輪輪廓曲線的形狀。一、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的概念從動(dòng)件的位移（S）、速度（V）和加速度（a）隨時(shí)間（t）或凸輪轉(zhuǎn)角（δ）的變化規(guī)律。二、運(yùn)動(dòng)規(guī)律的表示方法①?gòu)膭?dòng)件運(yùn)動(dòng)方程：S=S(t）S=S(δ）

V=V(t)V=V(δ)a=a(t)a=a(δ)②從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)線圖3.2.6從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）從動(dòng)件在推程（上升）或回程（下降）的速度V為一常數(shù)特點(diǎn)：適用于低速輕載的場(chǎng)合從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始和終止的速度有突變，瞬時(shí)加速度趨于無(wú)大，產(chǎn)生大慣性，有剛性沖擊三、常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.勻加速勻減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（拋物線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）

從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程的前半程勻加速運(yùn)動(dòng)，后半程作勻減速運(yùn)動(dòng)，兩部分加速度的絕對(duì)值相等的運(yùn)動(dòng)規(guī)律特點(diǎn)：從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)的始中末三個(gè)瞬時(shí)，加速度有突變，引起柔性沖擊適用于中低速輕載的場(chǎng)合3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律（余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律）特點(diǎn)：

當(dāng)從動(dòng)件只作升—降——升（休止角為零）運(yùn)動(dòng)時(shí)，其加速度為一連續(xù)的光滑曲線，運(yùn)動(dòng)中消除了柔性沖擊，這種情況適用于高速。速度和加速度都是連續(xù)曲線

在推程和回程的起點(diǎn)、終點(diǎn)加速度有突變，要產(chǎn)生柔性沖擊。適用于中、低速中載的場(chǎng)合四、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇盡量選用使凸輪輪廓曲線易于加工的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

只要求從動(dòng)件完成一定的行程h或φ，應(yīng)采用易于加工的曲線作為凸輪輪廓曲線對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有嚴(yán)格要求時(shí)必須按照機(jī)器所要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)選擇①盡可能選用加速度曲線連續(xù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，同時(shí)還應(yīng)考慮從動(dòng)件不同的運(yùn)動(dòng)形式②對(duì)質(zhì)量較大從動(dòng)件應(yīng)選擇vmax較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律③對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)選擇amax值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.工作要求2.動(dòng)力特性3.凸輪輪廓的加工134一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角1.壓力角與作用力的關(guān)系

所謂凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角，是指在不計(jì)摩擦的情況下，凸輪對(duì)從動(dòng)件作用力的方向與從動(dòng)件上受力點(diǎn)速度方向之間所夾的銳角。nneOBωαr0FV3.2.7凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的其他問(wèn)題工程上要求：αmax

≤[α]直動(dòng)推桿：[α]＝30°擺動(dòng)推桿：[α]＝35°～45°回程：[α]’＝70°～80°推程nneOBωαr0FF′F"F'=FcosαF"=Fsinα----有利于從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的分力----不利于從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的分力αF'F"提問(wèn)：平底從動(dòng)件α＝？00nnvOωr0【討論】平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。

壓力角為零或一定值。結(jié)論：當(dāng)平底與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)，壓力角恒為0，當(dāng)平底與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向不是垂直時(shí)，壓力角就不為0了。所以得分情況討論！二、基圓半徑的確定盤(pán)形凸輪的最小基圓半徑主要受到三個(gè)條件的限制：

①凸輪的基圓半徑應(yīng)大于凸輪軸的半徑

②αmax≤［α］③ρ＞rT基圓半徑的確定辦法②諾模圖法①根據(jù)凸輪的結(jié)構(gòu)確定當(dāng)凸輪與軸分開(kāi)制造時(shí)，當(dāng)凸輪與軸做成一個(gè)凸輪軸時(shí)，式中：r――制作凸輪處軸的半徑，mm；

rn――凸輪輪轂外圓半徑，mm，一般；

rT――滾子半徑，mm。若從動(dòng)件不帶滾子。138【提問(wèn)】在設(shè)計(jì)一對(duì)心凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)α≥[α]

的情況，在不改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律的前提下，可采取哪些措施來(lái)進(jìn)行改進(jìn)？（1）加大基圓半徑r0。（2）將對(duì)心改為偏置。（3）采用平底從動(dòng)件；解析法設(shè)計(jì)方法圖解法（主要介紹）計(jì)算復(fù)雜精度高簡(jiǎn)單直觀精度低3.2.8盤(pán)形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)

依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線-ωω

給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一個(gè)與凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω大小相等、方向相反的角速度－ω，此時(shí)凸輪不動(dòng)，從動(dòng)件一方面隨導(dǎo)路以－ω繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面又在導(dǎo)路中按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作往復(fù)移動(dòng)。由于從動(dòng)件的尖頂始終與凸輪輪廓相接觸，其尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪輪廓曲線。反轉(zhuǎn)法原理一、凸輪輪廓設(shè)計(jì)的圖解法原理-反轉(zhuǎn)法二、對(duì)心尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)基圓半徑Rb1.選與位移線圖一致的比例作凸輪的基圓；2.將基圓分成與位移線圖中相對(duì)應(yīng)的等份；3.分別自基圓圓周向外量取從動(dòng)件位移線圖中相應(yīng)的位移量；4.光滑連接各點(diǎn)即為所求的凸輪輪廓。

已知，如圖eA-ωωO

偏置直動(dòng)尖頂推桿凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑r0=300mm

，角速度ω和推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和偏心距e=100mm，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。二、偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)sδ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’12345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k151’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’

引導(dǎo)：平底傳動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)。2.任務(wù)完成------平底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)-

sO180o120o60o123456789102

1180o120o平底凸輪機(jī)構(gòu)【重要說(shuō)明】

對(duì)于平底移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪，只要運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同，偏置從動(dòng)件和對(duì)心從動(dòng)件具有相同的輪廓。B12

1

【下次任務(wù)布置】

《機(jī)械分析與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》

情境3常用機(jī)械機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)任務(wù)3.3間歇（步進(jìn)）機(jī)構(gòu)的分析與選擇1.任務(wù)條件已知如圖3-3-2所示的棘輪機(jī)構(gòu)，圖3-3-10所示的槽輪機(jī)構(gòu)，圖3-3-14所示的凸輪式間歇機(jī)構(gòu)，圖3-3-16所示的不完全齒輪機(jī)構(gòu)。2.任務(wù)要求分析各種間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成和工作原理，并填寫(xiě)下表。【下達(dá)任務(wù)】圖號(hào)名稱主要組成工作原理3-3-2棘輪機(jī)構(gòu)

3-3-10槽輪機(jī)構(gòu)

3-3-14凸輪式間歇機(jī)構(gòu)

3-3-16不完全齒輪機(jī)構(gòu)

圖3-3-2單向輪齒嚙合式棘輪

圖3-3-10外接式槽輪機(jī)構(gòu)

圖3-3-16不完全齒輪機(jī)構(gòu)

【能力目標(biāo)】1.學(xué)會(huì)棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)的分析和選擇。2.學(xué)會(huì)凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和不完全齒輪機(jī)構(gòu)的分析和選擇。176

知識(shí)導(dǎo)航3.3.0概述

當(dāng)主動(dòng)件作連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件作周期性的運(yùn)動(dòng)和停頓，這類機(jī)構(gòu)稱為間歇機(jī)構(gòu)，也稱為步進(jìn)機(jī)構(gòu)。它在各種自動(dòng)化機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用,用來(lái)滿足送進(jìn)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)位、分度、超越等工作要求。

常用的間歇機(jī)構(gòu)可以分為兩類：

1）主動(dòng)件往復(fù)擺動(dòng)，從動(dòng)件間歇運(yùn)動(dòng)，如棘輪機(jī)構(gòu)。

2）主動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件間歇運(yùn)動(dòng)，如槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)等。間歇機(jī)構(gòu)種類很多，我們這里主要學(xué)習(xí)常用的：棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)和不完全齒輪機(jī)構(gòu)。3.3.1棘輪機(jī)構(gòu)一、棘輪機(jī)構(gòu)的組成及其工作特點(diǎn)典型的棘輪機(jī)構(gòu)如圖所示,該機(jī)構(gòu)為輪齒式外嚙合棘輪機(jī)構(gòu)。二、棘輪機(jī)構(gòu)的類型1.棘輪機(jī)構(gòu)的類型（1）從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和原理劃分（4）從棘輪運(yùn)動(dòng)的方向劃分（2）按嚙合方式劃分（3）從棘輪輪齒齒形劃分摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)

（1）從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和原理劃分齒式棘輪機(jī)構(gòu)內(nèi)接棘輪機(jī)構(gòu)（超越）外接棘輪機(jī)構(gòu)（2）按嚙合方式劃分（3）從棘輪輪齒齒形劃分

鋸齒形齒式棘輪機(jī)構(gòu)

矩形齒式棘輪機(jī)構(gòu)單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)（4）從棘輪運(yùn)動(dòng)的方向劃分單向式棘輪機(jī)構(gòu)

雙向式棘輪機(jī)構(gòu)其他：滾子楔緊式棘輪機(jī)構(gòu)（超越式棘輪）三、棘輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用1.特點(diǎn):

（1）輪齒式棘輪機(jī)構(gòu)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、運(yùn)動(dòng)可靠、棘輪轉(zhuǎn)角容易實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)整.棘爪在齒面滑過(guò)時(shí)會(huì)引起噪聲，高速時(shí)更為嚴(yán)重.

多用于低速、輕載時(shí)間歇運(yùn)動(dòng)的控制。（2）摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)：

傳遞運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)、無(wú)噪聲,從動(dòng)件的轉(zhuǎn)角可作無(wú)級(jí)調(diào)整.易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性較差，不適合用于精確傳遞運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合2.各種棘輪機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用

適用于低速、輕載的間歇傳動(dòng)。常用于各種機(jī)床的進(jìn)給、轉(zhuǎn)位和分度系統(tǒng)，如：牛頭刨橫向進(jìn)給,計(jì)數(shù)器及起重機(jī)、絞盤(pán)的安全保護(hù)。3.3.2槽輪機(jī)構(gòu)一、槽輪機(jī)構(gòu)的組成及其工作特點(diǎn)它由帶有圓銷的主動(dòng)撥盤(pán)1、具有徑向槽從動(dòng)槽輪2和機(jī)架所組成。二、槽輪機(jī)構(gòu)的類型及其應(yīng)用1.槽輪機(jī)構(gòu)的類型2.槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用（1）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)角的分度機(jī)構(gòu)中。（2）缺點(diǎn)：

①對(duì)一個(gè)已定槽輪機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)角不能調(diào)節(jié);