凸輪機(jī)構(gòu)與間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

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1、1 第三章 凸輪機(jī)構(gòu)與間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 【 能力目標(biāo) 】 【 案例導(dǎo)入 】 【 知識(shí)要點(diǎn) 】 3.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型和識(shí)別 3.2 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)行特性分析 3.3 用圖解法設(shè)計(jì)盤行凸輪輪廓 3.4 間歇運(yùn)行機(jī)構(gòu) 棘輪機(jī)構(gòu) 3.5 間歇運(yùn)行機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu) 【 能力訓(xùn)練 】 本章小結(jié) 2 【 能力目標(biāo) 】 1. 熟悉凸輪機(jī)構(gòu)的分類、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其特性。 2. 熟練掌握平面凸輪輪廓曲線的圖解法設(shè)計(jì)。 3. 了解滾子半徑、壓力角和基圓半徑之間的關(guān)系。 4. 熟悉間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用。 5. 掌握棘輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理和特點(diǎn)。 返回目錄 3 【 案例導(dǎo)入 】 當(dāng)向徑變化的凸輪輪廓 與氣門的平底

2、接觸時(shí)， 氣門產(chǎn)生向下開啟或向 上關(guān)閉的往復(fù)運(yùn)動(dòng) (向 上運(yùn)動(dòng)是借助彈簧的彈 力作用 )；當(dāng)以凸輪回 轉(zhuǎn)中心為圓心的圓弧段 輪廓與氣門接觸時(shí)，氣 門將靜止不動(dòng)。因此， 當(dāng)具有某種輪廓曲線的 凸輪 2連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣 門 1可獲得間歇的、按 預(yù)期規(guī)律的開閉運(yùn)動(dòng) , 從而使內(nèi)燃機(jī)正常工作。 返回目錄 圖 3-1 內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu) 4 3.1凸輪機(jī)構(gòu)的類型識(shí)別 3.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的組成 、 特點(diǎn)和應(yīng)用 凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)機(jī)械和自動(dòng)控制裝 置中 ， 它是一種常見的高副機(jī)構(gòu) ， 由 凸輪 、 從 動(dòng)件 、 機(jī)架以及輔助裝置 組成 。 圖 3-2所示為一自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu) 。 當(dāng)圓 柱凸輪 1回轉(zhuǎn)時(shí) ，

3、其凹槽的側(cè)面迫使從動(dòng)件 2做 往復(fù)擺動(dòng) ， 通過從動(dòng)件 2上的扇形齒輪與固定 在刀架上的齒條嚙合 ， 控制刀架作進(jìn)刀和退刀 運(yùn)動(dòng) 。 返回目錄 5 圓柱凸輪是一個(gè)具有曲 線輪廓或凹槽的構(gòu)件 ， 被凸輪直接推動(dòng)的構(gòu)件 稱為從動(dòng)件 （ 或稱為推 桿 ） 。 凸輪通常作等速 轉(zhuǎn)動(dòng) ， 但也有作往復(fù)擺 動(dòng)或者往復(fù)直線移動(dòng)等 其他運(yùn)動(dòng) 。 從動(dòng)件通過 凸輪的曲線輪廓與其以 高副接觸從而獲得預(yù)期 的運(yùn)動(dòng) ， 所以凸輪機(jī)構(gòu) 是由凸輪 、 從動(dòng)件和機(jī) 架三個(gè)基本構(gòu)件組成的 高副機(jī)構(gòu) 。 返回目錄 圖 3-2 自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu) 圖 3-2 自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu) 6 凸輪機(jī)構(gòu)在自動(dòng)送料機(jī)構(gòu) 、 仿形機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu) 、

4、內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu) 、 汽車的凸輪式制動(dòng)器以及印 刷機(jī) 、 紡織機(jī) 、 插秧機(jī) 、 鬧鐘和各種電氣開關(guān) 等傳力不大的控制裝置中得到廣泛應(yīng)用 。 如下 圖紡織機(jī)械里的繞線機(jī)構(gòu) 。 返回目錄 7 3.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的類型 返回目錄 1、按凸輪形狀分類：盤形、圓柱、移動(dòng)凸輪 8 返回目錄 2、從動(dòng)件的形狀：尖頂 滾子、平底 3、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)：移動(dòng)、 擺動(dòng) 9 3.2凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性分析 凸輪機(jī)構(gòu)的基本名詞術(shù)語 基圓、基圓半徑 以凸輪輪廓最小向徑 rmin為半徑所作 的圓 稱為凸輪的 基圓 ， rmin 稱為 基圓半徑 。如 圖 所示。 從動(dòng)件推程 、 升程 、 推程運(yùn)動(dòng)角 從動(dòng)件在凸輪輪廓的 作用下由距

5、凸輪軸心最近位置被推到距凸輪軸心最遠(yuǎn)位置 的過程稱為從動(dòng)件的 推程 ， 在推程中從動(dòng)件所走過的距離 稱為從動(dòng)件的 升程 h， 推程對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角 稱為 推程運(yùn)動(dòng) 角 ， 如 圖 所示 。 返回目錄 10 返回目錄 h A B O O r0 a b c D B a b c d S 基圓 回程運(yùn)動(dòng)角 近休止角 推程運(yùn)動(dòng)角 遠(yuǎn)休止角 C 11 從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 返回目錄 1、等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 s()= CS ()=C a()= 0 特點(diǎn) ： 1）剛性沖擊 從 動(dòng)件在某瞬時(shí)速度 突變，其加速度及慣性力在理論上 均趨于無窮大。 2）只適用于低速輕載的凸輪機(jī)構(gòu)。 12 返回目錄 2、等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

6、s()= CS 2 ()=C a()= Ca （常數(shù)） 特點(diǎn) ： 1）柔性沖擊 從 動(dòng)件在 某瞬時(shí)加速度發(fā)生有限值 的突變所引起的沖擊。 2）適用于中、低速的凸 輪機(jī)構(gòu)。 13 返回目錄 3、間諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律 s()=h(1-cos/0)/2 ()=C sin/0 a()= Cacos/0 特點(diǎn) ： 1）僅在運(yùn)動(dòng)始末兩處有柔 性沖擊。 2）適用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。 14 3.3用圖解法設(shè)計(jì)盤形 凸輪輪廓 返回目錄 15 返回目錄 3.3.1直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì) a)在凸輪輪廓作用下從動(dòng)件向上移動(dòng) b)機(jī)架和從動(dòng)件繞凸輪中心相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) 圖 3-8 反轉(zhuǎn)法原理 16 返回目錄 尖頂對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形

7、凸輪輪廓的繪制過程 17 選取比例尺 ， 以 rmin為半徑作凸輪的基圓 ， 并把基圓與從動(dòng)件導(dǎo)路的 交點(diǎn) A0作為從動(dòng)件尖頂?shù)钠鹗嘉恢?。 將位移圖線的推程運(yùn)動(dòng)角 t和回程運(yùn)動(dòng)角 h分為若干等份 ， 求得從動(dòng) 件各分點(diǎn)的位移值 11、 22、 ， 如 圖 b所示 。 沿 -方向由從動(dòng)件尖頂起始位置 A0處開始取角 t、 h、 s， 再將 t、 h 各分為與 圖 b相對(duì)應(yīng)的若干等份 ， 得 A1、 A2、 A3、 點(diǎn) ， 連接 OA1、 OA2、 OA3、 ， 這些徑向線即為反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件導(dǎo)路所占據(jù)的各個(gè)位 置 。 分別以 A1、 A2、 A3 為起點(diǎn)從位移圖線上量取各個(gè)位移量使 A1A1=11

8、、 A2A2=22、 A3A3=33、 得反轉(zhuǎn)后尖頂所占據(jù)的一系列位 置 A1、 A2、 A3、 。 將 A0、 A1、 A2、 A3、 連成光滑曲線 ， 便是所要求的凸輪輪廓曲線 。 返回目錄 18 滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪 輪廓的繪制過程 滾子式可改善尖頂型從動(dòng)件與凸輪 接觸處的摩擦、磨損情況，其凸輪 輪廓設(shè)計(jì)方法如右圖所示。把滾子 中心看作尖頂從動(dòng)件的尖頂，按上 述方法求出一條理論輪廓 0，再以 0上各點(diǎn)為圓心，以滾子半徑為半 徑，作一系列圓，并作這一系列圓 的內(nèi)包絡(luò)線 ，就得到滾子從動(dòng)件凸 輪的實(shí)際廓線。 返回目錄 19 返回目錄 平底 從動(dòng)件盤形凸輪 輪廓的繪制過程 把平底與導(dǎo)路的交點(diǎn)

9、 A0看作尖頂從動(dòng)件的 尖頂，按照尖頂從動(dòng)件 凸輪輪廓的繪制方法， 求出理論輪廓上一系列 點(diǎn) A1、 A2、 A3、 ； 過這些點(diǎn)畫平底的各 個(gè)位置 A0B0、 A1B1、 A2B2、 A3B3、 ； 作這些平底的包絡(luò)線， 便得到平底從動(dòng)件凸輪 的輪廓曲線。 20 返回目錄 3.3.2盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本參數(shù) 1、壓力角： 從動(dòng)件與凸輪在 接觸點(diǎn)處的受力方向與其在 該點(diǎn)絕對(duì)速度方向之間所夾 的銳角 ser e ss eOP BD PD 22 00 d s / d t a n e r b s s 0 O D B P n n v F F F 21 許用壓力角： 為改善凸輪機(jī)構(gòu)的受力情況、提高 機(jī)械

10、效率，規(guī)定了允許采用的最大壓力角 。 推程 （工作行程）推薦的許用壓力角為： 直動(dòng)從動(dòng)件 擺動(dòng)從動(dòng)件 回程 （空回行程） m a x 00 8070 00 4535 00 4030 返回目錄 22 2 、 基圓半徑的確定 22 0 ) d s / d( es tg er 為保證凸輪機(jī)構(gòu)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中均 能滿足 ，應(yīng)選取計(jì)算結(jié)果 中的最大值作為凸輪的基圓半徑。 max 返回目錄 23 3、滾子半徑的選擇 外凸凸輪廓線 0r r 0 m i nm i n 0 m i n 返回目錄 24 滾子半徑大小對(duì)凸輪實(shí)際輪廓的影響 r T r T a a r T r T a ) b ) d )c ) 返回目

11、錄 25 0r r 0 m i nm i n 0 m i n 實(shí)際廓線出現(xiàn)交叉，從動(dòng)件 不能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng) 規(guī)律 運(yùn)動(dòng)失真 返回目錄 26 運(yùn)動(dòng)失真 原因： 避免方法： 滾子半徑的選擇 考慮結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度與運(yùn)動(dòng)規(guī)律等因素 rm i n0 m i n0 m i n0 增大增大 )8.0(減 小 滾 子半 徑 br rr 返回目錄 27 返回目錄 3.4間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 棘輪機(jī)構(gòu) 3.4.1棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理 28 一 、 棘輪 類型 返回目錄 組成： 擺桿、棘爪、棘輪、止動(dòng)爪。 工作原理： 擺桿往復(fù)擺動(dòng)，棘爪推動(dòng)棘輪間 歇轉(zhuǎn)動(dòng)。 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)動(dòng)可靠、轉(zhuǎn) 角可調(diào)。 缺點(diǎn)： 工作時(shí)有

12、較大的沖擊和噪音，運(yùn)動(dòng)精 度較差。適用于速度較低和載荷不大的場(chǎng) 合。 29 返回目錄 只能夠?qū)崿F(xiàn)單向間歇運(yùn)動(dòng) 外接棘輪機(jī)構(gòu) 30 返回目錄 內(nèi)接棘輪機(jī)構(gòu) 31 返回目錄 雙向式棘輪機(jī)構(gòu) 棘爪可翻轉(zhuǎn)的矩形棘齒可以獲得不同轉(zhuǎn)向的間歇運(yùn)動(dòng)。 32 返回目錄 雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：搖桿來回?cái)[動(dòng)都能使棘輪向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 33 a) 加調(diào)節(jié)搖桿 b)加遮板 圖 3-19 調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角的方法 返回目錄 34 返回目錄 3.4.2棘輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 制動(dòng) 35 返回目錄 間歇送進(jìn) 36 返回目錄 超越、離合 37 返回目錄 3.5間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu) 3.5.1棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理 典型槽輪機(jī)構(gòu)的組成： 由

13、主動(dòng)撥 盤、從動(dòng)槽輪和機(jī)架等組成。 槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理： 主動(dòng)撥盤 連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)主動(dòng)撥盤的圓銷 A 未進(jìn)入槽輪徑向槽時(shí)，槽輪 的內(nèi) 凹鎖住弧被構(gòu)件 1的外凸圓弧卡 住， 靜止不動(dòng)；當(dāng)主動(dòng)撥盤的圓 銷 A進(jìn)入槽輪徑向槽時(shí)，槽輪受 圓銷 A驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。從而使槽輪 做間歇運(yùn)動(dòng)。 38 返回目錄 3.5.2槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用 槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)： 槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)位迅速，效率較高， 工作可靠，能較平穩(wěn)、間歇地進(jìn)行換位。與 棘輪機(jī)構(gòu)相比運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但因圓柱銷突然進(jìn) 入與脫離徑向槽，傳動(dòng)存在柔性沖擊，不適 用于高速場(chǎng)合。制造與裝配精度要求較高， 且槽輪轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié) 39 一般用于轉(zhuǎn)速不很高的自動(dòng)機(jī)械、

14、輕工機(jī) 械或儀器儀表中。 電 影 放 映 機(jī) 的 送 片 機(jī) 構(gòu) 返回目錄 40 【 能力訓(xùn)練 1】 1問題提出 (1)尖頂偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制； (2)如何測(cè)量該機(jī)構(gòu)的壓力角； (3)若將尖頂從動(dòng)件改為滾子從動(dòng)件，試分析滾子半 徑、壓力角和基圓半徑對(duì)該機(jī)構(gòu)工作特性的影響。 返回目錄 41 【 能力訓(xùn)練 2】 1問題提出 試分析自行車的后軸上的飛輪結(jié)構(gòu)是什么機(jī)構(gòu) ？ 工 作原理如何 ？ 返回目錄 42 第 3章小結(jié) 本章內(nèi)容： 凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、類型與應(yīng)用；從動(dòng) 件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律；凸輪廓線設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu) 應(yīng)注意的問題。 基本概念： 升程、基圓、推程角、回程角、從動(dòng) 件運(yùn)動(dòng)線圖、剛性沖擊、柔性沖擊、反轉(zhuǎn)法 要求的技能： 能根據(jù)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律正確繪制從動(dòng) 件位移線圖；能正確進(jìn)行凸輪廓線的圖解設(shè)計(jì)。 返回目錄