章节目录第4章凸轮机构及间 轮 歇运动机构4.1 凸轮机构的应用及分类 4.2 从动件常用的运动规律 4.3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 4.4 凸轮设计中应注意的问题 4.5 间歇运动机构简介机械设计基础 东华大学 唐林 2章节学习要求 (凸轮机构)1 了解凸轮机构的类型、特点和适用场合； 2 掌握基本概念： 推(回)程、推(回)程运动角、基圆、 实际廓线、理论廓线； 3 从动件常用运动规律及特点，能够判断何时出现刚 性冲击? 何时出现柔性冲击? 4 掌握反转法，能用图解法设计盘形凸轮轮廓线； 5 熟悉影响凸轮机构工作性能和空间尺寸的因素： 滚子半径 rk 选择原则 压力角α与凸轮机构自锁关系 基圆半径 r0 对凸轮压力角α影响机械设计基础 东华大学 唐林 3章节学习要求 (间歇运动机构)1 掌握常用间歇运动机构的工作原理、运 动特点和功能； 2 了解各类常用间歇运动机构的适用场合； 3 能够根据工作要求，正确选择间歇运动 机构类型。机械设计基础 东华大学 唐林 44.1 凸轮机构的应用及分类1 凸轮机构的应用例 1 内燃机凸轮配气机构4.1 凸轮机构的应用及分类例 2 自动送料机构机械设计基础 东华大学 唐林5机械设计基础 东华大学 唐林614.1 凸轮机构的应用及分类例 3 圆珠笔装配线送进机构4.1 凸轮机构的应用及分类例 4 绕线机构3 线 2A 1机械设计基础 东华大学 唐林7机械设计基础 东华大学 唐林84.1 凸轮机构的应用及分类例 5 并纱机中的绕线机构4.1 凸轮机构的应用及分类例 6 装卸料机构机械设计基础 东华大学 唐林9机械设计基础 东华大学 唐林104.1 凸轮机构的应用及分类例 7 录音机卷带机构4.1 凸轮机构的应用及分类例 8 机床进给机构刀架卷带轮 卷带轮 1 2 1 放音键 放音键 55 3 3 4 4机械设计基础 东华大学 唐林2 摩擦轮 摩擦轮o 1皮带轮 皮带轮11机械设计基础 东华大学 唐林1224.1 凸轮机构的应用及分类例 9 熊猫吐泡4.1 凸轮机构的应用及分类例 10 多臂提花机机械设计基础 东华大学 唐林13机械设计基础 东华大学 唐林144.1 凸轮机构的应用及分类例11 共轭凸轮开口机构4.1 凸轮机构的应用及分类例12 无梭引纬机构机械设计基础 东华大学 唐林15机械设计基础 东华大学 唐林164.1 凸轮机构的应用及分类例13 无梭引纬机构4.1 凸轮机构的应用及分类例14 无梭引纬机构机械设计基础 东华大学 唐林17机械设计基础 东华大学 唐林1834.1 凸轮机构的应用及分类例15 共轭凸轮打纬机构4.1 凸轮机构的应用及分类例16 喷气织机打纬机构机械设计基础 东华大学 唐林19机械设计基础 东华大学 唐林204.1 凸轮机构的应用及分类间歇式防叠机构4.1 凸轮机构的应用及分类织物起球机构机械设计基础 东华大学 唐林21机械设计基础 东华大学 唐林224.1 凸轮机构的应用及分类2 凸轮机构特点及应用场合2.1 特点运动规律多样，设计适当的凸轮轮廓，从 动件可以得到任意预期的运动; 结构简单紧凑; 设计方便; 凸轮与从动件之间是点接触或线接触，接 触应力很大，易磨损。机械设计基础 东华大学 唐林 234.1 凸轮机构的应用及分类2.2 应用场合广泛应用于自动车床、轻工机械、纺织机 械、印刷机械、食品机械、包装机械和机电一 体化产品中传力不大的控制机构。机械设计基础 东华大学 唐林2444.1 凸轮机构的应用及分类3 凸轮机构组成凸 轮 有一定形状的曲线轮廓或凹槽的构件； 从动件 通过弹簧力、重力或凹槽始终保持与 凸轮接触的构件； 机 架 支承凸轮和从动件的构件。4.1 凸轮机构的应用及分类4 凸轮分类4.1 按凸轮形状分类盘形凸轮 绕固定轴转动，回转半径变化的盘形零件。机械设计基础 东华大学 唐林25机械设计基础 东华大学 唐林264.1 凸轮机构的应用及分类移动凸轮 相对机架作往复直线运动的凸轮4.1 凸轮机构的应用及分类圆柱凸轮 将移动凸轮卷在圆柱体上形成的凸轮机械设计基础 东华大学 唐林27机械设计基础 东华大学 唐林284.1 凸轮机构的应用及分类端面圆柱凸轮4.1 凸轮机构的应用及分类圆柱凸轮在自动机床中的应用 (控制刀具的进刀与退刀)机械设计基础 东华大学 唐林29机械设计基础 东华大学 唐林3054.1 凸轮机构的应用及分类圆锥凸轮 弧面凸轮4.1 凸轮机构的应用及分类小结转动中心移至∞ 盘形凸轮 移动凸轮 卷到圆柱体上 圆柱凸轮机械设计基础 东华大学 唐林31机械设计基础 东华大学 唐林324.1 凸轮机构的应用及分类4.2 按从动件形式分类尖顶从动件凸轮机构4.1 凸轮机构的应用及分类曲面从动件凸轮机构机械设计基础 东华大学 唐林33机械设计基础 东华大学 唐林344.1 凸轮机构的应用及分类滚子从动件凸轮机构4.1 凸轮机构的应用及分类平底从动件凸轮机构机械设计基础 东华大学 唐林35机械设计基础 东华大学 唐林3664.1 凸轮机构的应用及分类小结4.1 凸轮机构的应用及分类4.3 按从动件运动方式分类直动从动件凸轮机构 从动件往复直线运动对 心 直 动e偏 置 直 动机械设计基础 东华大学 唐林37机械设计基础 东华大学 唐林384.1 凸轮机构的应用及分类摆动从动件凸轮机构 从动件往复摆动4.1 凸轮机构的应用及分类4.4 按从动件与凸轮的锁合方式分类4.4.1 力封闭凸轮机构 利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与 凸轮保持接触。机械设计基础 东华大学 唐林39机械设计基础 东华大学 唐林404.1 凸轮机构的应用及分类重力锁合4.1 凸轮机构的应用及分类弹簧力锁合机械设计基础 东华大学 唐林41机械设计基础 东华大学 唐林4274.1 凸轮机构的应用及分类4.4.2 几何封闭凸轮机构 几何封闭凸轮机构 利用结构上的特殊几何形状使从动件与凸 轮保持接触。 4.4.2.1 凹槽凸轮机构 4 4 2 1 凹槽凸轮机构4.1 凸轮机构的应用及分类4.4.2.2 等径凸轮机构r1 r2r1+r2 =常数机械设计基础 东华大学 唐林 43 机械设计基础 东华大学 唐林 444.1 凸轮机构的应用及分类4.4.2.3 等宽凸轮机构4.1 凸轮机构的应用及分类4.4.2.4 共轭凸轮机构WW = 常数机械设计基础 东华大学 唐林 45 机械设计基础 东华大学 唐林 464.1 凸轮机构的应用及分类共轭摆动凸轮4.1 凸轮机构的应用及分类织机中采用的共轭凸轮开口机构机械设计基础 东华大学 唐林47机械设计基础 东华大学 唐林4884.1 凸轮机构的应用及分类共轭凸轮开口机构4.1 凸轮机构的应用及分类共轭凸轮开口机构（多臂开口机构）机械设计基础 东华大学 唐林49机械设计基础 东华大学 唐林504.2 从动件常用运动规律1 凸轮机构设计的基本任务根据工作要求选定凸轮机构的形式 确定从动件运动规律 合理确定结构尺寸 设计凸轮轮廓曲线4.2 从动件常用运动规律2 有关名词概念对心 从动件导路中心线通过凸轮回转中心 O 偏置 从动件导路中心线不 通过凸轮回转中心O 通过凸轮回转中心 基圆 以凸轮廓线最小向径r0 为半径所做的圆O r0机械设计基础 东华大学 唐林51机械设计基础 东华大学 唐林524.2 从动件常用运动规律推程 从动件由离凸轮中心最近位置 A 移至最 远位置 B’的过程 推程运动角δ1 推程对应的凸轮转角 远休止角δ2 从动件离凸轮中 心最远位置静止不 动时，对应的凸轮 转角。机械设计基础 东华大学 唐林4.2 从动件常用运动规律回程 从动件在弹簧力或重力作用下，由离凸轮中心 最远位置 C 返回至最近位置 D 的过程； 回程运动角δ3 回程对应的凸轮转角；B’ D δ4 O A r0 h s2 t o δ δ δ δ 2 1 3 δ4B’ A r0s2 o δ δ 2 1 tδOδ1 ω 1B53近休止角δ4 从动件在离凸轮回转 中心最近位置静止不动 时对应的凸轮转角； 行程 h 从动件在推程(或回程) 时最大移动距离。机械设计基础 东华大学 唐林δ2Cδ3δ1 ω 1B54δ2C94.2 从动件常用运动规律3 基础知识3.1 从动件运动规律从动件在运动过程中，其位移s2、速度v2 和 加速度a2 随时间 t 或凸轮转角δ 变化的规律。 位移线图4.2 从动件常用运动规律3.2 从动件运动方程从动件位移s2、速度v2 和加速度a2 与时间 t (或凸轮转角δ )之间的关系。 位移 s、速度v、加速度 a 三者关系v (t ) =ds dta (t ) =机械设计基础 东华大学 唐林 55 机械设计基础 东华大学 唐林dv d 2 s = dt dt 2或s = ∫ vdtv = ∫ adt564.2 从动件常用运动规律3.3 运动规律表达式中符号表示方法主动件 ( 凸轮、构件1 )： δ4.2 从动件常用运动规律4 从动件常用运动规律等速运动规律 多项式ω1v2 a2从动件 ( 推杆或摆杆、构件2 )： s2等加速等减速运动规律 简谐运动规律（余弦加速度运动规律） 三角 摆线运动规律（正弦加速度运动规律） 函数机械设计基础 东华大学 唐林57机械设计基础 东华大学 唐林584.2 从动件常用运动规律4.1 等速运动规律从动件在运动过程中的速度 v2 = 常数 4.1.1 从动件运动方程 设 推程时 从动件行程：h 运动总时间：T 凸轮转速： ω1 任意时刻 t 所对应的凸轮转角：δ机械设计基础 东华大学 唐林 594.2 从动件常用运动规律时间 t为自变量时，s2 v2 速度 位移 a2 三者关系：v2 (t ) =h s2 (t) = ∫ v2dt = t Tdv2 =0 dth T(1)加速度 a 2 ( t ) =机械设计基础 东华大学 唐林60104.2 从动件常用运动规律凸轮转角δ为自变量时，s2 v2 由 δ = ω1t 得t = a2 三者关系：4.2 从动件常用运动规律4.1.2 从动件运动线图 推程 位移s2s 2 (δ ) =v 2 (δ ) =hδ δ ，推程总时间： = 1 T ω1 ω1s2 (t ) =h t Th Tv2h T (δ1)δtδ1hδω1(2)速度 v 2 ( t ) = 加速度61 机械设计基础 东华大学 唐林δt a2δ1 a2 (δ ) = 0a2 (t ) = 0δt62机械设计基础 东华大学 唐林4.2 从动件常用运动规律4.1.3 从动件运动特性分析 推程开始时 v2 ： 0 突变 v0 (常数) a2 ： 0突变s2 h T (δ1) v0 v2 t (δ) a2 +∞ t (δ) t (δ)4.2 从动件常用运动规律刚性冲击 加速度理论值为无穷大所引起的冲击 4.1.4 适用范围 低速轻载场合。 v2 突变处采用过渡性运动规律 → 避免产 生刚性冲击。v2∞刚性冲击推程终止时 v2 ：v0 突变 0a2 ： 0机械设计基础 东华大学 唐林突变–∞刚性冲击–∞63 机械设计基础 东华大学 唐林δ△t △t644.2 从动件常用运动规律4.2 等加速等减速运动规律从动件在一个行程 h 中， 先做等加速 ( a2 = a0 ) 运动， 后作等减速 (a2 = –a0 ) 运动。 –a (0 ) h/2 (a0 ) h/24.2 从动件常用运动规律4.2.1 从动件运动参数 等加速推程段a2 = a0 (a0 : 常 数 ) T t： 0 → 2h等减速推程段a2 = − a0 t： T → T 22 h s 2： 0 → 2 v 2： 0 → v m a x65 机械设计基础 东华大学 唐林δ ：0 →δ1→ δ1 2 h s 2： → h 2 v 2：v m a x → 066δ：δ1机械设计基础 东华大学 唐林114.2 从动件常用运动规律4.2.2 从动件运动方程 从动件运动方程 时间t为自变量 等加速推程段（t = 0 ~ T/2） a2 ＝ a0 v2 ＝ a0 t s2 ＝ a0 t2/2 等减速推程段（t = T/2 ~ T） a2 ＝ – a0 v2 ＝ a0 (T – t ) s2 ＝ a0 T2/4 – a0 (T – t)2/2机械设计基础 东华大学 唐林 674.2 从动件常用运动规律凸轮转角δ 为自变量 等加速推程段 s2 ＝2h(δ/δ1) 2 v2 ＝4hω1 δ/δ12 a2 ＝4hω12/δ12 等减速推程段 s2 ＝h – 2h (δ1 –δ )2/δ12 v2 ＝ 4hω1 (δ1 –δ )/δ12 a2 ＝ – 4hω12/δ12机械设计基础 东华大学 唐林 684.2 从动件常用运动规律4.2.3 从动件运动线图 位移线图绘制 等加速推程段位移方程 s2 = a0 t2 / 2 t 比值 1：2：3 s2 比值 1：4：94.2 从动件常用运动规律绘制方法 在图示坐标系中，将T/2等分成3等份，过 各等分点作横轴垂线; 过O点作任意斜线， 并以任意间距截取 9 个等分点;o’ 9 3” h/2 3 s24 连接点 9 和 s2 轴上的 h/2， 2” 过点 4 和 1 作 93” 的平 1 1” o 1 2 行线，得点2” 和1”； T/2机械设计基础 东华大学 唐林 69 机械设计基础 东华大学 唐林δt704.2 从动件常用运动规律过1”、2” 和3” 作横轴平行线，得交点 1’、2’和 3’； 连接各点，得到前半行程位移线图。o o’ 9 3” 43’4.2 从动件常用运动规律s2 h/2 h/2 T v2 a0T/2 t a2 ts2 ＝ a0 t2/2 s2 ＝ a0 T2/4 – a0 (T – t)2/2 v2 ＝ a0 t v2 ＝ a0 (T – t ) a2 ＝ a0 a2 ＝ – a072s22” 2’ h/2 1” 1’ 1 o 1 2 3 T/2δt71a0 – a0机械设计基础 东华大学 唐林t机械设计基础 东华大学 唐林124.2 从动件常用运动规律4.2.4 从动件运动特性 观察从动件加速度 a2 变化情况 o点 0 突变 m点 a0 突变 e点 –a0 突变 加速度有限值突变机械设计基础 东华大学 唐林4.2 从动件常用运动规律4.2.5 适用范围 中速轻载场合 刚性、柔性冲击小结a0 –a0 0a2 a0 o m –a0 e t速度突变加速度突变至∞ 柔性冲击刚性冲击加速度有限突变 有限突变惯性力 柔性冲击73 机械设计基础 东华大学 唐林744.2 从动件常用运动规律多项式运动规律 位移与时间（或凸轮转角）之间呈多项式函 数关系。4.2 从动件常用运动规律4.3 简谐（余弦加速度）运动规律从动件的位移曲线是简谐运动曲线 简谐运动 质点作圆周运动时，在该圆直径 上投影构成的运动。4 3 2 175 机械设计基础 东华大学 唐林h t 等速度运动规律 s 2 ( t ) = T等加速推程段 s2 ＝ a0 t2/2（一项式）等加速等减速运动规律 （二项式） 等减速推程段 s2 ＝ a0 T2/4 – a0 (T – t)2/2机械设计基础 东华大学 唐林5 6s2hδ12 3 4 T (δ1)5 6t764.2 从动件常用运动规律4.3.1 从动件位移线图 从动件位移线图 位移线图绘制以行程 h 为直径，纵坐标轴h/2处的点为圆心作 半圆，等分该半圆为若干等份；s24.2 从动件常用运动规律将半圆上各等分点投影到相应垂线上，将投影线与 垂线的交点连成光滑曲线，得简谐运动位移曲线。s25 ” 6 ” 3 ’ 1 ’ 1 2 2 ’ 3 4 5 6 6 5 ’ 4 ’ ’将横坐标轴t (或δ ) 上的时间T (或凸轮 推程运动角δ1)等分 成相应等份，过各 等分点作横轴垂线;机械设计基础 东华大学 唐林3 ”4 ”5 ”6 ”4 ” 3 ”h2 ” 1 ”δO1 2 3 4 5 6s22 ” 1 ”hδT (δ1 ) tOT (δ1 )t77 机械设计基础 东华大学 唐林78134.2 从动件常用运动规律4.3.2 从动件运动方程 从动件运动方程 半径R ( = h/2 ) 转过的角度θ 与时间t 之比4.2 从动件常用运动规律凸轮转角δ为自变量 h π s2 (δ ) = [1 − cos( δ )] 2 δ1v2 (δ ) =θds hπ π v2 (t ) = 2 = sin( t ) dt 2T T dv 2 hπ 2 π a2 (t ) = = cos( t ) dt T 2T 2机械设计基础 东华大学 唐林π h s2 (t ) = R − R cosθ = [1 − cos( t )] 2 Tt T 时间t 时间 为自变量=πθ =πTts26 5 ” ” 3 ’ 1 ’ 1 2 2 ’ 3 4 5 6 5 4 ’ ’ 6 ’π hπω1 sin( δ ) ( 2δ1 δ1hπ ω π cos( δ ) 2δ12 δ12 2 14 ” 3 ”s26 5 ” ” 3 ’ 1 ’ 1 2 2 ’ 3 4 5 6 6 5 ’ 4 ’ ’4 ” 3 ” 2 ”a2 (δ ) =hR1 ”s2s2δT (δ1 ) t79 机械设计基础 东华大学 唐林2 ”R1 ”hδT (δ1 ) t80OO4.2 从动件常用运动规律4.3.3 从动件运动线图 从动件运动线图s2 h t T4.2 从动件常用运动规律4.3.4 从动件运动特性起点 0 突变 有限值 突变a2位移曲线终点 有限值有限突变惯性力 0柔性冲击v2vmax t速度曲线ta2 t机械设计基础 东华大学 唐林加速度曲线81 机械设计基础 东华大学 唐林 824.2 从动件常用运动规律4.3.5 适用范围 中速中载场合； 从动件作无停留的升 → 降 → 升 → 降运 动时，可用于高速场合。4.2 从动件常用运动规律4.4 4.4 摆线（正弦加速度）运动规律从动件的位移曲线是摆线。 摆 线 动圆沿坐标轴s2纯滚动时，其上一固定 点A在纵坐标上投影得到的曲线 。5” 4” 3” A 2” s2 6” 4’ h/2 o 1’ 1 3’ 2’ 2 3δ 416’ 5’ hδ5 6 t84机械设计基础 东华大学 唐林83机械设计基础 东华大学 唐林T144.2 从动件常用运动规律4.4.1 从动件位移线图 4.4.1 从动件位移线图位移线图绘制 h 以r= 为半径作一动圆，将动圆等分成6等份，取 2π 动圆圆周上一等分点A描述摆线轨迹； 将横坐标轴t (或δ )上 的时间T (或凸轮推程 运动角δ1)等分成与动 圆相应等份，并过各 等分点作横坐标轴的 垂线;机械设计基础东华大学 唐林4.2 从动件常用运动规律使动圆沿纵坐标轴s2作纯滚动，则动圆上固定点A 描绘的轨迹即为普通摆线。摆线上的点1”、2”、3”、 4”、5”及6”是动圆转过各个等分角度时，其上固定 点A描绘的摆线轨迹点；5” 4” s2 6” h/2 ro A 1机械设计基础 东华大学 唐林s2h ro A 1δ2 3δ 413” A 2”hδ2 3δ 4156t8556t86TT4.2 从动件常用运动规律过摆线上各等分点1”、2”、3”、4”、5”及6”分别作横 坐标轴的平行线与横坐标轴上相应等分点的垂线交于 点1’、2’、3’、4’、5’及6’； 用光滑曲线连接点 、 用光滑曲线连接点1’、 2’、3’、4’、5’和6’， 即得摆线运动规律从 动件推程位移线图。5” 4” s2 6” 5’ h4.2 从动件常用运动规律4.4.2 从动件运动方程 4.4.2 从动件运动方程设θ角为动圆上固定点A在时间t内转过的圆心角。s2θt=6’5” 4” 3”6” 4’ 3’ θ o 1’ 1 2 2’ 3 5’2π T 6’θ=2π t T4’ 3” h/2 3’ A 1’ 2” 2’ 1” o r A 1 2 3 4 5 δ1hδ6 t87s2机械设计基础 东华大学 唐林δ δ1T 4 5 6 t88机械设计基础 东华大学 唐林T4.2 从动件常用运动规律时间t为自变量时摆线运动规律推程运动方程h 2π 2π [ t − sin( t )] 2π T T ds d 2 (t ) h 2π v2 ( t ) = = [1 − cos( t )] dt T T dv2 (t ) 2π h 2π a2 ( t ) = = 2 sin( t ) dt T T s2 (t ) = rθ − r sin θ =4.2 从动件常用运动规律凸轮转角δ为自变量摆线运动规律推程运动方程s2 (δ ) = v2 (δ ) = a2 (δ ) = h 2π 2π [ δ − sin( δ )] δ1 2π δ1 hω1δ1[1 − cos( sin(2πδ1δ )]2π hω122πδ2 1δ1δ)机械设计基础 东华大学 唐林89机械设计基础 东华大学 唐林90154.2 从动件常用运动规律4.4.3 从动件运动线 4.4.3 从动件运动线 图 位移线图s2 h o4.2 从动件常用运动规律4.4.4 4.4.4 从动件运动特性 行程开始及终止时，加速度没有突变，既无 刚性冲击也无柔性冲击。a2 amaxδ δ1T tv2vmax速度线图o a2 amaxδt oδt amin加速度线图机械设计基础 东华大学 唐林o aminδt91 机械设计基础 东华大学 唐林924.2 从动件常用运动规律4.4.5 4.4.5 适用范围 高速运转工作场合。4.2 从动件常用运动规律4.5 运动规律小结 4.5 运动规律小结运动规律 等 速 等加速 等减速 简 谐 摆 线 冲击 位移特性 速度特性 加速度特性 特性 刚性 柔性 直 线 抛物线 有限突变 折 线 突变至∞ 有限突变 有限突变 无突变 适用场合 低速轻载 中速轻载 中速中载 高速柔性 简谐曲线 曲线连续 无 曲线 曲线连续机械设计基础 东华大学 唐林93机械设计基础 东华大学 唐林944.2 从动件常用运动规律5 选择从动件运动规律注意事项5.1 凸轮机构动力特性加速度变化 vmax 影响 vmax ↑ amax 影响 amax ↑ 惯性力(ma) ↑ 动压力↑ 影响零件强度 加剧运动副磨损954.2 从动件常用运动规律5.2 考虑因素5.2.1 对运动规律没有具体要求 高速运转时 应着重考虑其动力性能 低速轻载时 采用易于加工的简单轮廓线 开 关 机 构机械设计基础 东华大学 唐林 96突变至∞ 有限值突变刚性冲击 柔性冲击冲量(mv) ↑启动、停止时冲击力↑机械设计基础 东华大学 唐林164.2 从动件常用运动规律5.2.2 对运动规律有要求 严格按工作要求的运动规律设计凸轮廓线4.2 从动件常用运动规律5.2.3 运动特性要求 低速运转时 首先满足工作需要，其次考虑动力特性 和加工工艺性。ω1δ1h高速运转时 应着重考虑其动力性能。刀架进给凸轮机械设计基础 东华大学 唐林 97 机械设计基础 东华大学 唐林 984.3 盘形凸轮轮廓曲线设计设计凸轮廓线的预备条件 已知从动件运动规律(确定位移线图) 凸轮基圆半径 r0已经确定4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计1 凸轮轮廓线设计方法解析法 用坐标系参数方程精确表示出凸轮轮廓曲线 图解法 用作图方法确定凸轮廓线 只适用于低速或非重要场合凸轮机构设计机械设计基础 东华大学 唐林99机械设计基础 东华大学 唐林104.3 盘形凸轮轮廓曲线设计2 凸轮廓线设计的基本原理4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计设计思路机构工作时 凸轮和从动件都在运动 图解法绘制凸轮轮廓 使凸轮与图纸相对静止-ω13’ 2’ 1’ 1 2反转法ω1 1 2O 33机械设计基础 东华大学 唐林10机械设计基础 东华大学 唐林10174.3 盘形凸轮轮廓曲线设计3 对心尖顶直动从动件盘形凸轮设计已知 1) 凸轮以等角速 ω1 顺时针转动 2) 凸轮的基圆半径 r0 3) 从动件运动规律推程 凸轮 转角 远停 回程 近停4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓设计步骤1) 按选定比例尺绘制从动件位移线图； 2) 将线图中横坐标分为若干等份；推程 凸轮转角 从动件位移 h (等速) 远停 停止s2回程近停δ1 = 150° δ2 = 30°δ3 = 120°h (等加速等减速)δ4 = 60°停止δ1 =150° δ2 = 30°停止δ3 =120°h (等加等减速)δ4 =60°停止10 机械设计基础 东华大学 唐林从动件 h (等速) 位移机械设计基础 东华大学 唐林5’ ’’ 6 7 4’ 3’ 8’ 2’ 1’ 9’ 10 5 6 O 1 2 3 4 7 8 9δ δ4104δ1δ2δ34.3 盘形凸轮轮廓曲线设计3) 以同等比例绘制凸轮基圆， B0是从动件起始位置(导路 与基圆的交点)； 4) 自OB0 沿 –ω1方向顺序量取5 ’ ’’ 6 7 4’ 3’ 8’ 2’ 1’ 9’ 10 5 6 O 1 2 3 4 7 8 94.3 盘形凸轮轮廓曲线设计5) 过c1, c2, …, c10各点，在基δs2圆外截取线段等于位移线 图上的相应值，得B1 , B2 , …, B10各点；5’ ’’ 6 7 4’ 3’ 8’ 2’ 1’ 9’ 10 5 6 O 1 2 3 4 7 8 9s2δ δ4δ1δ2δ3δ4δ1δ2δ3–ω1c2 c3 c1 B0 δ c104–ω1B2 c2 c3 B1 c1 B0 δ c10 B104δ1 , δ2 , δ3 , δ4 ，各角度分成与位移线图对应的等份 ，等分线与基圆交于c1, c2, …, c10 ；机械设计基础 东华大学 唐林ω1ω1δ1 O δδ3 c9c7 c86) 连接B0, B1, B2, …, B10各点， 得凸轮廓线。B3δ1 O δB δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7c42 c5 c6c4 B4 B52 c5 c6B61010机械设计基础 东华大学 唐林4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计4 滚子从动件盘形凸轮设计4.1 设计方法理论轮廓 理论轮廓 将滚子中心视为从动件 尖顶，按尖顶从动件设计 方法得到的凸轮轮廓 β。机械设计基础 东华大学 唐林4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计实际轮廓 以理论轮廓 β上各点为圆心， 滚子半径为半径，作一系列 –ω1 的圆，这些圆的包络线形成 β B 的凸轮轮廓 β’。B3实际轮廓–ω1B2 B3 c2 B1 c1 B0 δ c10 B104ω12’c2 c3B1 c1δ1 O δB0 δ c10 B104ω1B4B c3 δ3 c9 9 c8 c4 δ c7 2 c5 c6 B8 B5 B7 B6δ1 O注意 滚子从动件凸轮的基圆半径 r0 是理论轮廓 β的最小矢径。10 机械设计基础 东华大学 唐林B δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7c4 B4 B52 c5 c6B6β10β184.3 盘形凸轮轮廓曲线设计实际轮廓为滚子内包络线 时，滚子沿凸轮 的外轮廓滚动。4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计实际轮廓为滚子外包络线 时，滚子沿凸轮的 内轮廓滚动；β’B3B2 c2 c3B1 c1δ1 O δB0 δ c10 B104ω1β’B3B2 c2 c3B1 c1B δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7δ1 O δ2B0 δ c10 B104ω1c4 B4 B5机械设计基础 东华大学 唐林B δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7c5 2 c6c4 B4 B510 机械设计基础 东华大学 唐林c5 c6B6βB6β1104.3 盘形凸轮轮廓曲线设计同时作出滚子的内、外包络线时，实际轮廓 则为槽形凸轮轮廓线。4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计滚子从动件盘形凸轮设计全过程B2 B3 c2 c3B1 c1δ1 O δB0 δ c10 B104ω1B δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7c4 B4 B5机械设计基础 东华大学 唐林c5 2 c6B6β111 机械设计基础 东华大学 唐林 1124.3 盘形凸轮轮廓曲线设计4.2 滚子半径 rk的选择4.2.1 滚子半径 rk 对实际轮廓曲线的影响 ↓凸轮与滚子间的接触应力 滚子半径rk ↑ (改善机构受力性能) 对凸轮实际轮廓产生较大影响 (有可能使凸轮轮廓失真)机械设计基础 东华大学 唐林 1134.3 盘形凸轮轮廓曲线设计设ρ ：理论轮廓 β 的曲率半径 ρ’ ：实际轮廓 β’ 的曲率半径 理论轮廓 β 内凹时ρ’ = ρ + rkrk取任何值，实际轮廓均 不会使从动件运动失真。轮廓正常rk ββ ρ ρ’’机械设计基础 东华大学 唐林114194.3 盘形凸轮轮廓曲线设计理论轮廓 β 外凸时4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计若 rk= ρmin： ρ’ = 0，实际轮廓上产生尖点 ( ρ’ = ρ - rk) 尖点磨损后改变从动件运动规律ρ’ = ρ -rk若 rk0，实际轮廓为一平滑曲 线 从动件运动不会失真rkρ ρ ’ β’ rkρ轮廓正常机械设计基础 东华大学 唐林β β115β’轮廓产生尖点116机械设计基础 东华大学 唐林4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计若 rk> ρmin： ρ’ ρ4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计4.2.2 滚子半径 rk选择原则 保证从动件运动不失真，设计时必须使 rkrk保证滚子心轴有较高强度β β’轮廓失真117 机械设计基础 东华大学 唐林 118机械设计基础 东华大学 唐林4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计5 平底从动件盘形凸轮设计5.1 设计方法理论轮廓 理论轮廓 将从动件平底与导路中心 线的交点视为从动件尖顶， 按尖顶从动件设计方法得到 的凸轮轮廓 β 。机械设计基础 东华大学 唐林4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计实际轮廓 以理论轮廓 β上各–ω1实际轮廓–ω1B2 B3 c2 c3 B1 c1 B0 δ c10 B104点作代表从动件平底ω1β’B3B2 c2 c3B1 c1的直线，这些直线的 包络线形成凸轮的实 际轮廓 β’。δ1 O δB0 δ c10 B104ω1B δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7c4 B4 B5δ1 O δ2 c5 c6B δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7c4 B4 B52 c5 c6B6βB6β119机械设计基础 东华大学 唐林12204.3 盘形凸轮轮廓曲线设计平底从动件盘形凸轮设计全过程4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计5.2 平底宽度的确定导杆左右两侧的宽度应大于导杆至左右最远 切点的距离 l 和 m••机械设计基础 东华大学 唐林 12 机械设计基础 东华大学 唐林 124.3 盘形凸轮轮廓曲线设计作图法确定平底宽度l l = 2lmax+ (5 ~ 7 ) mm1’ 2’4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计6 摆动从动件盘形凸轮轮廓设计已知条件 从动件运动规律 (角位移线图)-ω1ω114’ 15 14 13’ 13 12 12’ 11’r01 23 3’ 4’ 4 5 6 7 8 5’ 6’ 7’ 8’3凸轮中心O与从动件摆动中心D间的距离 凸轮中心 与从动件摆动中心 间的距离 lOD 摆动从动件长度 lBD 凸轮基圆半径 r012 机械设计基础 东华大学 唐林1110 9lmax机械设计基础 东华大学 唐林10’9’凸轮角速度ω1及转动方向1244.3 盘形凸轮轮廓曲线设计6.1 设计方法 (反转法) 反转法)凸 轮 相对静止绕摆动中心 D0 摆动 随摆动中心以 –ω1绕凸轮转动中心一同转动4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计6.2 设计步骤1) 根据运动规律绘制位移线图，适当等分位移线图 2) 根据lOD确定凸轮中心 O和从动件摆动中心D0 位置 3) 以O为圆心，基圆半径 r0为半径作基圆 4) 以D0为圆心，摆杆长度 lBD 为半径作圆弧交基圆于B0 点 (从动件顶点的起始位置)2’ 1’ 1 2 6’ 3’ 4’5’ 7’ 8’ 3 4 360º从动件δ1δ25 67 8 9δ3δ40D0B0lOD r0 O机械设计基础 东华大学 唐林12机械设计基础 东华大学 唐林12214.3 盘形凸轮轮廓曲线设计5) 以O为圆心，OD0为半径 作中心距圆 6) 根据角位移线图，沿-ω1 方向，在圆上顺序量取δ1 ,2’ 1’ 1 2 6’ 3’ 4’5’ 7’ 8’ 3 4 360º4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计7) 以D1, D2, …, D9为圆心， 摆杆长 lBD 为半径作圆弧 与基圆交于 C1 , C2 , …C9 8) 从D1C1 , D2C2 , …，向基 圆外侧量取与角位移线图D9 D8 β8 D7 D6 β7 β6 D5 2’ 1’ 1 2 6’ 3’ 4’5’ 7’ 8’ 3 4 360ºδ1δ25 67 8 9δ3δ40δ1δ25 67 8 9δ3δ40–ω1D9 D8 D7 D6 D5D0 D1–ω1B1D0 β1B2 B3δ2 , δ3 , δ4 ，并将各角度分为与角位移线图对应的等 份，得到反转时从动件摆 动中心位置D1, D2, …, D9机械设计基础 东华大学 唐林D1 β2 D2B0 δ 4δ3Oδ1D2对应的角度，得B1, B2, … 9) 连接B0, B1 , … 各点成光 滑曲线，得凸轮轮廓曲线12 机械设计基础 东华大学 唐林B0δ2D3 D4O C9 C4 C8 C C B 7C 5B78 6C1 C2 C3β5B6B5B4β3 D312β4D44.3 盘形凸轮轮廓曲线设计摆动从动件凸轮设计全过程4.4 凸轮机构设计应注意的问题1 凸轮机构压力角α从动件上受力点处驱动n力方向与该力作用点运动 (速度)方向所夹锐角。tαv2tFn Bω1n机械设计基础 东华大学 唐林12机械设计基础 东华大学 唐林134.4 凸轮机构设计应注意的问题1.1 压力角α与作用力Fn 的关系沿从动件导路方向分力 Fy Fn Fy = Fncosα (有效分力) 垂直从动件导路方向分力 Fx Fx = Fnsinα (有害分力)t n4.4 凸轮机构设计应注意的问题压力角α↑ Fy↓ (Fy = Fncosα ) → 机械效率 ↓ Fx↑ (Fx = Fnsinα ) → 导路中摩擦力 Ff ↑αFyv2t B nFf > Fy时 无论 Fn多大，从动件均 不能运动，机构自锁。t nFfFnFxαFyv2t B nFnFxω1ω1机械设计基础 东华大学 唐林13机械设计基础 东华大学 唐林13224.4 凸轮机构设计应注意的问题凸轮压力角是机构的位置函数4.4 凸轮机构设计应注意的问题1.2 防止凸轮机构自锁的方法限定凸轮机构压力角α 直动从动件 [α] = 30º ~ 38º 摆动从动件 [α] = 40º ~ 50º 注： 滚子从动件取上限(大值），其余从动 件取下限(小值) 回程时 [α] = 70º ~ 80º134机械设计基础 东华大学 唐林13机械设计基础 东华大学 唐林4.4 凸轮机构设计应注意的问题1.3 压力角α与凸轮基圆半径 r0的关系速度关系Va = Ve + Vr相对速度 (点相对于动坐标系速度) 牵连速度 (动坐标系相对于定坐标系速度) 绝对速度 (点相对于定坐标系速度)4.4 凸轮机构设计应注意的问题从动件上B点的绝对速度 绝对速度 va= v2 凸轮上B点的绝对速度 牵连速度 ve= vB1= rω1 从动件B点相对于凸轮B点的速度 相对速度 vr= v 由速度多边形 v2 = vB1tgα = rω1tgαn α vB1 v v2 B r n vr =v2 ω 1 tg ααvB1v2ω1机械设计基础 东华大学 唐林13机械设计基础 东华大学 唐林134.4 凸轮机构设计应注意的问题s2= r – r04.4 凸轮机构设计应注意的问题2 凸轮基圆半径r0的确定 凸轮基圆半径rv2 r = ω 1tg αs 2 = r − r0↓r ↓0s2 r0 rr0 ∝1 1 ∝ tg α α希望r0(基圆)尽可能小 希望r0 (基圆)尽可能大r↓凸轮结构尺寸↓ 凸轮工作状况差r0 = r − s2 =v2 − s2 ω1tgαα↑实际设计1) 保证 αmax ≤[α] ：αmax发生在凸轮廓线最陡处； 2) 考虑 ↓r013 机械设计基础 东华大学 唐林r0 ∝1 1 ∝ α tg αω1↓凸轮结构尺寸13机械设计基础 东华大学 唐林23习 题选择填空题 综合题 1~84.5 间歇运动机构简介1 概述1.1 运动特征主动件 连续运动 从动件 周期性停歇的单向运动1，4，5，7 ， ， ，机械设计基础 东华大学 唐林13机械设计基础 东华大学 唐林144.5 间歇运动机构简介1.2 应用场合自动生产线的转位、步进和记数装置中 复杂的轻工机械中4.5 间歇运动机构简介2 棘轮机构2.1 组成棘 轮2 固联在轴 4 上1.3 1 3 主要类别棘轮机构 槽轮机构 不完全齿轮机构 凸轮间歇机构机械设计基础 东华大学 唐林 14主动棘爪3 驱动棘轮 2 转动 止回棘爪5 阻止棘轮 2 反转 机 架机械设计基础 东华大学 唐林 144.5 间歇运动机构简介2.2 工作原理摇杆1往复摆动 棘轮单向间歇运动4.5 间歇运动机构简介摇杆往复摆动 棘轮单向间歇运动机械设计基础 东华大学 唐林14机械设计基础 东华大学 唐林144244.5 间歇运动机构简介2.3 类型2.3.1 按结构类型分类 特点 2.3.1.1 齿式棘轮机构 结构简单，运动可靠主从动关系可互换 动程可在较大范围内调节 动停时间比可通过选择合 适的驱动机构实现 动程只能有级调节 有噪声、冲击、磨损 不宜用于高速场合机械设计基础 东华大学 唐林 144.5 间歇运动机构简介一般棘轮机构 无噪音棘轮机构机械设计基础 东华大学 唐林144.5 间歇运动机构简介2.3.1.2 摩檫式棘轮机构 摩檫式棘轮机构特点 传动平稳、无噪音 传递扭矩较大 动程可无级调节 靠摩擦力传动，会出现打 滑现象(可以过载保护，同 时也使传动精度降低) 适用于低速轻载场合机械设计基础 东华大学 唐林 144.5 间歇运动机构简介2.3.2 按啮合方式分类 2.3.2.1 外啮合式棘轮机构 特点 外形结构尺寸较大机械设计基础 东华大学 唐林144.5 间歇运动机构简介外啮合式棘轮机构4.5 间歇运动机构简介外啮合式棘轮机构机械设计基础 东华大学 唐林14机械设计基础 东华大学 唐林15254.5 间歇运动机构简介2.3.2.2 内啮合式棘轮机构 内啮合式棘轮机构 特点 结构紧凑4.5 间歇运动机构简介内啮合摩擦式棘轮机构机械设计基础 东华大学 唐林15机械设计基础 东华大学 唐林154.5 间歇运动机构简介内啮合式棘轮机构应用4.5 间歇运动机构简介2.3.3 按运动形式分类 2.3.3.1 单向间歇转动棘轮机构 特点 从动件只做单向间歇转动机械设计基础 东华大学 唐林15机械设计基础 东华大学 唐林1544.5 间歇运动机构简介2.3.3.2 单向间歇移动棘轮机构 特点 从动件只做单向间歇移动4.5 间歇运动机构简介2.3.3.3 双动式棘轮机构 有两个主动棘爪，摆杆往复摆动过程中， 两个主动棘爪依次推动棘轮转动。 特点 结构紧凑 承载能力较大机械设计基础 东华大学 唐林15机械设计基础 东华大学 唐林15264.5 间歇运动机构简介复动式单花筒多臂机4.5 间歇运动机构简介双动式棘轮机构机械设计基础 东华大学 唐林15机械设计基础 东华大学 唐林154.5 间歇运动机构简介间歇卷取机构4.5 间歇运动机构简介2.3.3.4 双向棘轮机构 双向棘轮机构 调节棘爪，可以实现棘轮两个方向的间歇运动。机械设计基础 东华大学 唐林15机械设计基础 东华大学 唐林164.5 间歇运动机构简介双向式棘轮机构4.5 间歇运动机构简介3 槽轮机构3.1 组成拨盘(主动件) 盘上有圆柱拨销 槽轮(从动件) 机 架 轮上有径向槽机械设计基础 东华大学 唐林16机械设计基础 东华大学 唐林16274.5 间歇运动机构简介3.2 工作原理拨盘连续转动 槽轮单向间歇转动4.5 间歇运动机构简介3.3 类型3.3.1 外槽轮机构 外槽轮机构 特点 槽轮(从动件)转向与拨盘(主动件)转向相反机械设计基础 东华大学 唐林16机械设计基础 东华大学 唐林1644.5 间歇运动机构简介外槽轮机构（双销槽轮机构）4.5 间歇运动机构简介外槽轮机构机械设计基础 东华大学 唐林16机械设计基础 东华大学 唐林164.5 间歇运动机构简介3.3.2 内槽轮机构 特点 槽轮转向与拨盘转 向相同 传动较平稳 停歇时间较短 结构尺寸小机械设计基础 东华大学 唐林 164.5 间歇运动机构简介3.3.3 移动槽轮机械设计基础 东华大学 唐林16284.5 间歇运动机构简介3.3.4 空间槽轮 传递相交轴的运动 特点 结构比较复杂 设计和制造难 度较大4.5 间歇运动机构简介槽轮与非圆齿轮组合机械设计基础 东华大学 唐林16机械设计基础 东华大学 唐林174.5 间歇运动机构简介3.4 槽轮机构特点结构简单; 制造方便; 工作可靠，能准确控制转角; 机械效率高; 进入和脱离啮合时比较平稳（与棘轮比较） ; 运动过程中速度变化较大; 拨盘和槽轮的主从关系不能互换; 动程不可调节; 转角不能太小。机械设计基础 东华大学 唐林 174.5 间歇运动机构简介3.5 应用在自动机械、轻工机械、仪器仪表中，作 为中速间歇进给机构、转位机构和分度机构等。机械设计基础 东华大学 唐林174.5 间歇运动机构简介自动机床转位机构(六角车床转塔刀架)4.5 间歇运动机构简介钟表齿轮冲压机机械设计基础 东华大学 唐林17机械设计基础 东华大学 唐林174294.5 间歇运动机构简介电影放映机卷片机构4.5 间歇运动机构简介音乐盒机械设计基础 东华大学 唐林17机械设计基础 东华大学 唐林174.5 间歇运动机构简介4 不完全齿轮机构4.1 组成主动轮 只有一个或若干个轮齿，其余部分为 外凸锁止圆弧 从动轮 正常齿(齿间数=主动轮齿数 )和带锁 止弧厚齿相间分布的齿轮 机 架174.5 间歇运动机构简介4.2 工作原理主动轮连续转动 从动轮间歇运动机械设计基础 东华大学 唐林机械设计基础 东华大学 唐林174.5 间歇运动机构简介4.3 类型4.3.1 外啮合式 特点 主、从动轮转向相反4.5 间歇运动机构简介4.3.2 内啮合式 内啮合式 特点 主、从动轮转向相同机械设计基础 东华大学 唐林17机械设计基础 东华大学 唐林18304.5 间歇运动机构简介4.4 特点从动轮的运动角度范围大 容易实现一个周期中多次动停时间不等的 间歇运动 加工复杂 主、从动轮不能互换 进入、退出啮合时速度有突变，引起刚性 冲击 一般只适用于低速轻载的场合。机械设计基础 东华大学 唐林 184.5 间歇运动机构简介改进后的不完全齿轮机构机械设计基础 东华大学 唐林184.5 间歇运动机构简介避免主从动轮齿干涉4.5 间歇运动机构简介4.5 应用常用于多工位、多工序的自动机械或生产线 作为工作台的间歇转位机构和进给机构蜂窝煤制煤机 间歇进给机械设计基础 东华大学 唐林18机械设计基础 东华大学 唐林1844.5 间歇运动机构简介灯泡抽气机 (实现间歇转位功能)4.5 间歇运动机构简介5 凸轮式间歇运动机构5.1 组成主动凸轮 凸轮上有一条曲线沟槽或突脊 从动转盘 其上均布若干个滚子 机 架机械设计基础 东华大学 唐林18机械设计基础 东华大学 唐林18314.5 间歇运动机构简介5.2 工作原理凸轮连续转动 从动转盘间歇转动4.5 间歇运动机构简介5.3 类型5.3.1 圆柱凸轮间歇机构 圆柱凸轮间歇机构机械设计基础 东华大学 唐林18机械设计基础 东华大学 唐林184.5 间歇运动机构简介5.3.2 蜗杆凸轮间歇机构 蜗杆凸轮间歇机构4.5 间歇运动机构简介5.4 特点结构简单 转位精确可靠，无需专门定位装置 合理选择从动转盘运动规律和设计凸轮廓线，可 使机构传动平稳，冲击振动小 调整从动转盘中心位置可以消除转盘上滚子与凸 轮接触面间因磨损而产生的间隙 加工较复杂，精度要求较高，安装调整困难 转盘可实现任何运动规律 适用于高速间歇运动场合机械设计基础 东华大学 唐林18机械设计基础 东华大学 唐林194.5 间歇运动机构简介5.5 应用钻孔攻丝机4.5 间歇运动机构简介糖果包装机机械设计基础 东华大学 唐林19机械设计基础 东华大学 唐林1932
章节目录第4章凸轮机构及间 轮 歇运动机构4.1 凸轮机构的应用及分类 4.2 从动件常用的运动规律 4.3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 4.4 凸轮设计中应注意的问题 4.5 间歇运动机构简介机械设计基础 东华大学 唐林 2章节学习要求 (凸轮机构)1 了解凸轮机构的类型、特点和适用场合； 2 掌握基本概念： 推(回)程、推(回)程运动角、基圆、 实际廓线、理论廓线； 3 从动件常用运动规律及特点，能够判断何时出现刚 性冲击? 何时出现柔性冲击? 4 掌握反转法，能用图解法设计盘形凸轮轮廓线； 5 熟悉影响凸轮机构工作性能和空间尺寸的因素： 滚子半径 rk 选择原则 压力角α与凸轮机构自锁关系 基圆半径 r0 对凸轮压力角α影响机械设计基础 东华大学 唐林 3章节学习要求 (间歇运动机构)1 掌握常用间歇运动机构的工作原理、运 动特点和功能； 2 了解各类常用间歇运动机构的适用场合； 3 能够根据工作要求，正确选择间歇运动 机构类型。机械设计基础 东华大学 唐林 44.1 凸轮机构的应用及分类1 凸轮机构的应用例 1 内燃机凸轮配气机构4.1 凸轮机构的应用及分类例 2 自动送料机构机械设计基础 东华大学 唐林5机械设计基础 东华大学 唐林614.1 凸轮机构的应用及分类例 3 圆珠笔装配线送进机构4.1 凸轮机构的应用及分类例 4 绕线机构3 线 2A 1机械设计基础 东华大学 唐林7机械设计基础 东华大学 唐林84.1 凸轮机构的应用及分类例 5 并纱机中的绕线机构4.1 凸轮机构的应用及分类例 6 装卸料机构机械设计基础 东华大学 唐林9机械设计基础 东华大学 唐林104.1 凸轮机构的应用及分类例 7 录音机卷带机构4.1 凸轮机构的应用及分类例 8 机床进给机构刀架卷带轮 卷带轮 1 2 1 放音键 放音键 55 3 3 4 4机械设计基础 东华大学 唐林2 摩擦轮 摩擦轮o 1皮带轮 皮带轮11机械设计基础 东华大学 唐林1224.1 凸轮机构的应用及分类例 9 熊猫吐泡4.1 凸轮机构的应用及分类例 10 多臂提花机机械设计基础 东华大学 唐林13机械设计基础 东华大学 唐林144.1 凸轮机构的应用及分类例11 共轭凸轮开口机构4.1 凸轮机构的应用及分类例12 无梭引纬机构机械设计基础 东华大学 唐林15机械设计基础 东华大学 唐林164.1 凸轮机构的应用及分类例13 无梭引纬机构4.1 凸轮机构的应用及分类例14 无梭引纬机构机械设计基础 东华大学 唐林17机械设计基础 东华大学 唐林1834.1 凸轮机构的应用及分类例15 共轭凸轮打纬机构4.1 凸轮机构的应用及分类例16 喷气织机打纬机构机械设计基础 东华大学 唐林19机械设计基础 东华大学 唐林204.1 凸轮机构的应用及分类间歇式防叠机构4.1 凸轮机构的应用及分类织物起球机构机械设计基础 东华大学 唐林21机械设计基础 东华大学 唐林224.1 凸轮机构的应用及分类2 凸轮机构特点及应用场合2.1 特点运动规律多样，设计适当的凸轮轮廓，从 动件可以得到任意预期的运动; 结构简单紧凑; 设计方便; 凸轮与从动件之间是点接触或线接触，接 触应力很大，易磨损。机械设计基础 东华大学 唐林 234.1 凸轮机构的应用及分类2.2 应用场合广泛应用于自动车床、轻工机械、纺织机 械、印刷机械、食品机械、包装机械和机电一 体化产品中传力不大的控制机构。机械设计基础 东华大学 唐林2444.1 凸轮机构的应用及分类3 凸轮机构组成凸 轮 有一定形状的曲线轮廓或凹槽的构件； 从动件 通过弹簧力、重力或凹槽始终保持与 凸轮接触的构件； 机 架 支承凸轮和从动件的构件。4.1 凸轮机构的应用及分类4 凸轮分类4.1 按凸轮形状分类盘形凸轮 绕固定轴转动，回转半径变化的盘形零件。机械设计基础 东华大学 唐林25机械设计基础 东华大学 唐林264.1 凸轮机构的应用及分类移动凸轮 相对机架作往复直线运动的凸轮4.1 凸轮机构的应用及分类圆柱凸轮 将移动凸轮卷在圆柱体上形成的凸轮机械设计基础 东华大学 唐林27机械设计基础 东华大学 唐林284.1 凸轮机构的应用及分类端面圆柱凸轮4.1 凸轮机构的应用及分类圆柱凸轮在自动机床中的应用 (控制刀具的进刀与退刀)机械设计基础 东华大学 唐林29机械设计基础 东华大学 唐林3054.1 凸轮机构的应用及分类圆锥凸轮 弧面凸轮4.1 凸轮机构的应用及分类小结转动中心移至∞ 盘形凸轮 移动凸轮 卷到圆柱体上 圆柱凸轮机械设计基础 东华大学 唐林31机械设计基础 东华大学 唐林324.1 凸轮机构的应用及分类4.2 按从动件形式分类尖顶从动件凸轮机构4.1 凸轮机构的应用及分类曲面从动件凸轮机构机械设计基础 东华大学 唐林33机械设计基础 东华大学 唐林344.1 凸轮机构的应用及分类滚子从动件凸轮机构4.1 凸轮机构的应用及分类平底从动件凸轮机构机械设计基础 东华大学 唐林35机械设计基础 东华大学 唐林3664.1 凸轮机构的应用及分类小结4.1 凸轮机构的应用及分类4.3 按从动件运动方式分类直动从动件凸轮机构 从动件往复直线运动对 心 直 动e偏 置 直 动机械设计基础 东华大学 唐林37机械设计基础 东华大学 唐林384.1 凸轮机构的应用及分类摆动从动件凸轮机构 从动件往复摆动4.1 凸轮机构的应用及分类4.4 按从动件与凸轮的锁合方式分类4.4.1 力封闭凸轮机构 利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与 凸轮保持接触。机械设计基础 东华大学 唐林39机械设计基础 东华大学 唐林404.1 凸轮机构的应用及分类重力锁合4.1 凸轮机构的应用及分类弹簧力锁合机械设计基础 东华大学 唐林41机械设计基础 东华大学 唐林4274.1 凸轮机构的应用及分类4.4.2 几何封闭凸轮机构 几何封闭凸轮机构 利用结构上的特殊几何形状使从动件与凸 轮保持接触。 4.4.2.1 凹槽凸轮机构 4 4 2 1 凹槽凸轮机构4.1 凸轮机构的应用及分类4.4.2.2 等径凸轮机构r1 r2r1+r2 =常数机械设计基础 东华大学 唐林 43 机械设计基础 东华大学 唐林 444.1 凸轮机构的应用及分类4.4.2.3 等宽凸轮机构4.1 凸轮机构的应用及分类4.4.2.4 共轭凸轮机构WW = 常数机械设计基础 东华大学 唐林 45 机械设计基础 东华大学 唐林 464.1 凸轮机构的应用及分类共轭摆动凸轮4.1 凸轮机构的应用及分类织机中采用的共轭凸轮开口机构机械设计基础 东华大学 唐林47机械设计基础 东华大学 唐林4884.1 凸轮机构的应用及分类共轭凸轮开口机构4.1 凸轮机构的应用及分类共轭凸轮开口机构（多臂开口机构）机械设计基础 东华大学 唐林49机械设计基础 东华大学 唐林504.2 从动件常用运动规律1 凸轮机构设计的基本任务根据工作要求选定凸轮机构的形式 确定从动件运动规律 合理确定结构尺寸 设计凸轮轮廓曲线4.2 从动件常用运动规律2 有关名词概念对心 从动件导路中心线通过凸轮回转中心 O 偏置 从动件导路中心线不 通过凸轮回转中心O 通过凸轮回转中心 基圆 以凸轮廓线最小向径r0 为半径所做的圆O r0机械设计基础 东华大学 唐林51机械设计基础 东华大学 唐林524.2 从动件常用运动规律推程 从动件由离凸轮中心最近位置 A 移至最 远位置 B’的过程 推程运动角δ1 推程对应的凸轮转角 远休止角δ2 从动件离凸轮中 心最远位置静止不 动时，对应的凸轮 转角。机械设计基础 东华大学 唐林4.2 从动件常用运动规律回程 从动件在弹簧力或重力作用下，由离凸轮中心 最远位置 C 返回至最近位置 D 的过程； 回程运动角δ3 回程对应的凸轮转角；B’ D δ4 O A r0 h s2 t o δ δ δ δ 2 1 3 δ4B’ A r0s2 o δ δ 2 1 tδOδ1 ω 1B53近休止角δ4 从动件在离凸轮回转 中心最近位置静止不动 时对应的凸轮转角； 行程 h 从动件在推程(或回程) 时最大移动距离。机械设计基础 东华大学 唐林δ2Cδ3δ1 ω 1B54δ2C94.2 从动件常用运动规律3 基础知识3.1 从动件运动规律从动件在运动过程中，其位移s2、速度v2 和 加速度a2 随时间 t 或凸轮转角δ 变化的规律。 位移线图4.2 从动件常用运动规律3.2 从动件运动方程从动件位移s2、速度v2 和加速度a2 与时间 t (或凸轮转角δ )之间的关系。 位移 s、速度v、加速度 a 三者关系v (t ) =ds dta (t ) =机械设计基础 东华大学 唐林 55 机械设计基础 东华大学 唐林dv d 2 s = dt dt 2或s = ∫ vdtv = ∫ adt564.2 从动件常用运动规律3.3 运动规律表达式中符号表示方法主动件 ( 凸轮、构件1 )： δ4.2 从动件常用运动规律4 从动件常用运动规律等速运动规律 多项式ω1v2 a2从动件 ( 推杆或摆杆、构件2 )： s2等加速等减速运动规律 简谐运动规律（余弦加速度运动规律） 三角 摆线运动规律（正弦加速度运动规律） 函数机械设计基础 东华大学 唐林57机械设计基础 东华大学 唐林584.2 从动件常用运动规律4.1 等速运动规律从动件在运动过程中的速度 v2 = 常数 4.1.1 从动件运动方程 设 推程时 从动件行程：h 运动总时间：T 凸轮转速： ω1 任意时刻 t 所对应的凸轮转角：δ机械设计基础 东华大学 唐林 594.2 从动件常用运动规律时间 t为自变量时，s2 v2 速度 位移 a2 三者关系：v2 (t ) =h s2 (t) = ∫ v2dt = t Tdv2 =0 dth T(1)加速度 a 2 ( t ) =机械设计基础 东华大学 唐林60104.2 从动件常用运动规律凸轮转角δ为自变量时，s2 v2 由 δ = ω1t 得t = a2 三者关系：4.2 从动件常用运动规律4.1.2 从动件运动线图 推程 位移s2s 2 (δ ) =v 2 (δ ) =hδ δ ，推程总时间： = 1 T ω1 ω1s2 (t ) =h t Th Tv2h T (δ1)δtδ1hδω1(2)速度 v 2 ( t ) = 加速度61 机械设计基础 东华大学 唐林δt a2δ1 a2 (δ ) = 0a2 (t ) = 0δt62机械设计基础 东华大学 唐林4.2 从动件常用运动规律4.1.3 从动件运动特性分析 推程开始时 v2 ： 0 突变 v0 (常数) a2 ： 0突变s2 h T (δ1) v0 v2 t (δ) a2 +∞ t (δ) t (δ)4.2 从动件常用运动规律刚性冲击 加速度理论值为无穷大所引起的冲击 4.1.4 适用范围 低速轻载场合。 v2 突变处采用过渡性运动规律 → 避免产 生刚性冲击。v2∞刚性冲击推程终止时 v2 ：v0 突变 0a2 ： 0机械设计基础 东华大学 唐林突变–∞刚性冲击–∞63 机械设计基础 东华大学 唐林δ△t △t644.2 从动件常用运动规律4.2 等加速等减速运动规律从动件在一个行程 h 中， 先做等加速 ( a2 = a0 ) 运动， 后作等减速 (a2 = –a0 ) 运动。 –a (0 ) h/2 (a0 ) h/24.2 从动件常用运动规律4.2.1 从动件运动参数 等加速推程段a2 = a0 (a0 : 常 数 ) T t： 0 → 2h等减速推程段a2 = − a0 t： T → T 22 h s 2： 0 → 2 v 2： 0 → v m a x65 机械设计基础 东华大学 唐林δ ：0 →δ1→ δ1 2 h s 2： → h 2 v 2：v m a x → 066δ：δ1机械设计基础 东华大学 唐林114.2 从动件常用运动规律4.2.2 从动件运动方程 从动件运动方程 时间t为自变量 等加速推程段（t = 0 ~ T/2） a2 ＝ a0 v2 ＝ a0 t s2 ＝ a0 t2/2 等减速推程段（t = T/2 ~ T） a2 ＝ – a0 v2 ＝ a0 (T – t ) s2 ＝ a0 T2/4 – a0 (T – t)2/2机械设计基础 东华大学 唐林 674.2 从动件常用运动规律凸轮转角δ 为自变量 等加速推程段 s2 ＝2h(δ/δ1) 2 v2 ＝4hω1 δ/δ12 a2 ＝4hω12/δ12 等减速推程段 s2 ＝h – 2h (δ1 –δ )2/δ12 v2 ＝ 4hω1 (δ1 –δ )/δ12 a2 ＝ – 4hω12/δ12机械设计基础 东华大学 唐林 684.2 从动件常用运动规律4.2.3 从动件运动线图 位移线图绘制 等加速推程段位移方程 s2 = a0 t2 / 2 t 比值 1：2：3 s2 比值 1：4：94.2 从动件常用运动规律绘制方法 在图示坐标系中，将T/2等分成3等份，过 各等分点作横轴垂线; 过O点作任意斜线， 并以任意间距截取 9 个等分点;o’ 9 3” h/2 3 s24 连接点 9 和 s2 轴上的 h/2， 2” 过点 4 和 1 作 93” 的平 1 1” o 1 2 行线，得点2” 和1”； T/2机械设计基础 东华大学 唐林 69 机械设计基础 东华大学 唐林δt704.2 从动件常用运动规律过1”、2” 和3” 作横轴平行线，得交点 1’、2’和 3’； 连接各点，得到前半行程位移线图。o o’ 9 3” 43’4.2 从动件常用运动规律s2 h/2 h/2 T v2 a0T/2 t a2 ts2 ＝ a0 t2/2 s2 ＝ a0 T2/4 – a0 (T – t)2/2 v2 ＝ a0 t v2 ＝ a0 (T – t ) a2 ＝ a0 a2 ＝ – a072s22” 2’ h/2 1” 1’ 1 o 1 2 3 T/2δt71a0 – a0机械设计基础 东华大学 唐林t机械设计基础 东华大学 唐林124.2 从动件常用运动规律4.2.4 从动件运动特性 观察从动件加速度 a2 变化情况 o点 0 突变 m点 a0 突变 e点 –a0 突变 加速度有限值突变机械设计基础 东华大学 唐林4.2 从动件常用运动规律4.2.5 适用范围 中速轻载场合 刚性、柔性冲击小结a0 –a0 0a2 a0 o m –a0 e t速度突变加速度突变至∞ 柔性冲击刚性冲击加速度有限突变 有限突变惯性力 柔性冲击73 机械设计基础 东华大学 唐林744.2 从动件常用运动规律多项式运动规律 位移与时间（或凸轮转角）之间呈多项式函 数关系。4.2 从动件常用运动规律4.3 简谐（余弦加速度）运动规律从动件的位移曲线是简谐运动曲线 简谐运动 质点作圆周运动时，在该圆直径 上投影构成的运动。4 3 2 175 机械设计基础 东华大学 唐林h t 等速度运动规律 s 2 ( t ) = T等加速推程段 s2 ＝ a0 t2/2（一项式）等加速等减速运动规律 （二项式） 等减速推程段 s2 ＝ a0 T2/4 – a0 (T – t)2/2机械设计基础 东华大学 唐林5 6s2hδ12 3 4 T (δ1)5 6t764.2 从动件常用运动规律4.3.1 从动件位移线图 从动件位移线图 位移线图绘制以行程 h 为直径，纵坐标轴h/2处的点为圆心作 半圆，等分该半圆为若干等份；s24.2 从动件常用运动规律将半圆上各等分点投影到相应垂线上，将投影线与 垂线的交点连成光滑曲线，得简谐运动位移曲线。s25 ” 6 ” 3 ’ 1 ’ 1 2 2 ’ 3 4 5 6 6 5 ’ 4 ’ ’将横坐标轴t (或δ ) 上的时间T (或凸轮 推程运动角δ1)等分 成相应等份，过各 等分点作横轴垂线;机械设计基础 东华大学 唐林3 ”4 ”5 ”6 ”4 ” 3 ”h2 ” 1 ”δO1 2 3 4 5 6s22 ” 1 ”hδT (δ1 ) tOT (δ1 )t77 机械设计基础 东华大学 唐林78134.2 从动件常用运动规律4.3.2 从动件运动方程 从动件运动方程 半径R ( = h/2 ) 转过的角度θ 与时间t 之比4.2 从动件常用运动规律凸轮转角δ为自变量 h π s2 (δ ) = [1 − cos( δ )] 2 δ1v2 (δ ) =θds hπ π v2 (t ) = 2 = sin( t ) dt 2T T dv 2 hπ 2 π a2 (t ) = = cos( t ) dt T 2T 2机械设计基础 东华大学 唐林π h s2 (t ) = R − R cosθ = [1 − cos( t )] 2 Tt T 时间t 时间 为自变量=πθ =πTts26 5 ” ” 3 ’ 1 ’ 1 2 2 ’ 3 4 5 6 5 4 ’ ’ 6 ’π hπω1 sin( δ ) ( 2δ1 δ1hπ ω π cos( δ ) 2δ12 δ12 2 14 ” 3 ”s26 5 ” ” 3 ’ 1 ’ 1 2 2 ’ 3 4 5 6 6 5 ’ 4 ’ ’4 ” 3 ” 2 ”a2 (δ ) =hR1 ”s2s2δT (δ1 ) t79 机械设计基础 东华大学 唐林2 ”R1 ”hδT (δ1 ) t80OO4.2 从动件常用运动规律4.3.3 从动件运动线图 从动件运动线图s2 h t T4.2 从动件常用运动规律4.3.4 从动件运动特性起点 0 突变 有限值 突变a2位移曲线终点 有限值有限突变惯性力 0柔性冲击v2vmax t速度曲线ta2 t机械设计基础 东华大学 唐林加速度曲线81 机械设计基础 东华大学 唐林 824.2 从动件常用运动规律4.3.5 适用范围 中速中载场合； 从动件作无停留的升 → 降 → 升 → 降运 动时，可用于高速场合。4.2 从动件常用运动规律4.4 4.4 摆线（正弦加速度）运动规律从动件的位移曲线是摆线。 摆 线 动圆沿坐标轴s2纯滚动时，其上一固定 点A在纵坐标上投影得到的曲线 。5” 4” 3” A 2” s2 6” 4’ h/2 o 1’ 1 3’ 2’ 2 3δ 416’ 5’ hδ5 6 t84机械设计基础 东华大学 唐林83机械设计基础 东华大学 唐林T144.2 从动件常用运动规律4.4.1 从动件位移线图 4.4.1 从动件位移线图位移线图绘制 h 以r= 为半径作一动圆，将动圆等分成6等份，取 2π 动圆圆周上一等分点A描述摆线轨迹； 将横坐标轴t (或δ )上 的时间T (或凸轮推程 运动角δ1)等分成与动 圆相应等份，并过各 等分点作横坐标轴的 垂线;机械设计基础东华大学 唐林4.2 从动件常用运动规律使动圆沿纵坐标轴s2作纯滚动，则动圆上固定点A 描绘的轨迹即为普通摆线。摆线上的点1”、2”、3”、 4”、5”及6”是动圆转过各个等分角度时，其上固定 点A描绘的摆线轨迹点；5” 4” s2 6” h/2 ro A 1机械设计基础 东华大学 唐林s2h ro A 1δ2 3δ 413” A 2”hδ2 3δ 4156t8556t86TT4.2 从动件常用运动规律过摆线上各等分点1”、2”、3”、4”、5”及6”分别作横 坐标轴的平行线与横坐标轴上相应等分点的垂线交于 点1’、2’、3’、4’、5’及6’； 用光滑曲线连接点 、 用光滑曲线连接点1’、 2’、3’、4’、5’和6’， 即得摆线运动规律从 动件推程位移线图。5” 4” s2 6” 5’ h4.2 从动件常用运动规律4.4.2 从动件运动方程 4.4.2 从动件运动方程设θ角为动圆上固定点A在时间t内转过的圆心角。s2θt=6’5” 4” 3”6” 4’ 3’ θ o 1’ 1 2 2’ 3 5’2π T 6’θ=2π t T4’ 3” h/2 3’ A 1’ 2” 2’ 1” o r A 1 2 3 4 5 δ1hδ6 t87s2机械设计基础 东华大学 唐林δ δ1T 4 5 6 t88机械设计基础 东华大学 唐林T4.2 从动件常用运动规律时间t为自变量时摆线运动规律推程运动方程h 2π 2π [ t − sin( t )] 2π T T ds d 2 (t ) h 2π v2 ( t ) = = [1 − cos( t )] dt T T dv2 (t ) 2π h 2π a2 ( t ) = = 2 sin( t ) dt T T s2 (t ) = rθ − r sin θ =4.2 从动件常用运动规律凸轮转角δ为自变量摆线运动规律推程运动方程s2 (δ ) = v2 (δ ) = a2 (δ ) = h 2π 2π [ δ − sin( δ )] δ1 2π δ1 hω1δ1[1 − cos( sin(2πδ1δ )]2π hω122πδ2 1δ1δ)机械设计基础 东华大学 唐林89机械设计基础 东华大学 唐林90154.2 从动件常用运动规律4.4.3 从动件运动线 4.4.3 从动件运动线 图 位移线图s2 h o4.2 从动件常用运动规律4.4.4 4.4.4 从动件运动特性 行程开始及终止时，加速度没有突变，既无 刚性冲击也无柔性冲击。a2 amaxδ δ1T tv2vmax速度线图o a2 amaxδt oδt amin加速度线图机械设计基础 东华大学 唐林o aminδt91 机械设计基础 东华大学 唐林924.2 从动件常用运动规律4.4.5 4.4.5 适用范围 高速运转工作场合。4.2 从动件常用运动规律4.5 运动规律小结 4.5 运动规律小结运动规律 等 速 等加速 等减速 简 谐 摆 线 冲击 位移特性 速度特性 加速度特性 特性 刚性 柔性 直 线 抛物线 有限突变 折 线 突变至∞ 有限突变 有限突变 无突变 适用场合 低速轻载 中速轻载 中速中载 高速柔性 简谐曲线 曲线连续 无 曲线 曲线连续机械设计基础 东华大学 唐林93机械设计基础 东华大学 唐林944.2 从动件常用运动规律5 选择从动件运动规律注意事项5.1 凸轮机构动力特性加速度变化 vmax 影响 vmax ↑ amax 影响 amax ↑ 惯性力(ma) ↑ 动压力↑ 影响零件强度 加剧运动副磨损954.2 从动件常用运动规律5.2 考虑因素5.2.1 对运动规律没有具体要求 高速运转时 应着重考虑其动力性能 低速轻载时 采用易于加工的简单轮廓线 开 关 机 构机械设计基础 东华大学 唐林 96突变至∞ 有限值突变刚性冲击 柔性冲击冲量(mv) ↑启动、停止时冲击力↑机械设计基础 东华大学 唐林164.2 从动件常用运动规律5.2.2 对运动规律有要求 严格按工作要求的运动规律设计凸轮廓线4.2 从动件常用运动规律5.2.3 运动特性要求 低速运转时 首先满足工作需要，其次考虑动力特性 和加工工艺性。ω1δ1h高速运转时 应着重考虑其动力性能。刀架进给凸轮机械设计基础 东华大学 唐林 97 机械设计基础 东华大学 唐林 984.3 盘形凸轮轮廓曲线设计设计凸轮廓线的预备条件 已知从动件运动规律(确定位移线图) 凸轮基圆半径 r0已经确定4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计1 凸轮轮廓线设计方法解析法 用坐标系参数方程精确表示出凸轮轮廓曲线 图解法 用作图方法确定凸轮廓线 只适用于低速或非重要场合凸轮机构设计机械设计基础 东华大学 唐林99机械设计基础 东华大学 唐林104.3 盘形凸轮轮廓曲线设计2 凸轮廓线设计的基本原理4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计设计思路机构工作时 凸轮和从动件都在运动 图解法绘制凸轮轮廓 使凸轮与图纸相对静止-ω13’ 2’ 1’ 1 2反转法ω1 1 2O 33机械设计基础 东华大学 唐林10机械设计基础 东华大学 唐林10174.3 盘形凸轮轮廓曲线设计3 对心尖顶直动从动件盘形凸轮设计已知 1) 凸轮以等角速 ω1 顺时针转动 2) 凸轮的基圆半径 r0 3) 从动件运动规律推程 凸轮 转角 远停 回程 近停4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓设计步骤1) 按选定比例尺绘制从动件位移线图； 2) 将线图中横坐标分为若干等份；推程 凸轮转角 从动件位移 h (等速) 远停 停止s2回程近停δ1 = 150° δ2 = 30°δ3 = 120°h (等加速等减速)δ4 = 60°停止δ1 =150° δ2 = 30°停止δ3 =120°h (等加等减速)δ4 =60°停止10 机械设计基础 东华大学 唐林从动件 h (等速) 位移机械设计基础 东华大学 唐林5’ ’’ 6 7 4’ 3’ 8’ 2’ 1’ 9’ 10 5 6 O 1 2 3 4 7 8 9δ δ4104δ1δ2δ34.3 盘形凸轮轮廓曲线设计3) 以同等比例绘制凸轮基圆， B0是从动件起始位置(导路 与基圆的交点)； 4) 自OB0 沿 –ω1方向顺序量取5 ’ ’’ 6 7 4’ 3’ 8’ 2’ 1’ 9’ 10 5 6 O 1 2 3 4 7 8 94.3 盘形凸轮轮廓曲线设计5) 过c1, c2, …, c10各点，在基δs2圆外截取线段等于位移线 图上的相应值，得B1 , B2 , …, B10各点；5’ ’’ 6 7 4’ 3’ 8’ 2’ 1’ 9’ 10 5 6 O 1 2 3 4 7 8 9s2δ δ4δ1δ2δ3δ4δ1δ2δ3–ω1c2 c3 c1 B0 δ c104–ω1B2 c2 c3 B1 c1 B0 δ c10 B104δ1 , δ2 , δ3 , δ4 ，各角度分成与位移线图对应的等份 ，等分线与基圆交于c1, c2, …, c10 ；机械设计基础 东华大学 唐林ω1ω1δ1 O δδ3 c9c7 c86) 连接B0, B1, B2, …, B10各点， 得凸轮廓线。B3δ1 O δB δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7c42 c5 c6c4 B4 B52 c5 c6B61010机械设计基础 东华大学 唐林4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计4 滚子从动件盘形凸轮设计4.1 设计方法理论轮廓 理论轮廓 将滚子中心视为从动件 尖顶，按尖顶从动件设计 方法得到的凸轮轮廓 β。机械设计基础 东华大学 唐林4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计实际轮廓 以理论轮廓 β上各点为圆心， 滚子半径为半径，作一系列 –ω1 的圆，这些圆的包络线形成 β B 的凸轮轮廓 β’。B3实际轮廓–ω1B2 B3 c2 B1 c1 B0 δ c10 B104ω12’c2 c3B1 c1δ1 O δB0 δ c10 B104ω1B4B c3 δ3 c9 9 c8 c4 δ c7 2 c5 c6 B8 B5 B7 B6δ1 O注意 滚子从动件凸轮的基圆半径 r0 是理论轮廓 β的最小矢径。10 机械设计基础 东华大学 唐林B δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7c4 B4 B52 c5 c6B6β10β184.3 盘形凸轮轮廓曲线设计实际轮廓为滚子内包络线 时，滚子沿凸轮 的外轮廓滚动。4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计实际轮廓为滚子外包络线 时，滚子沿凸轮的 内轮廓滚动；β’B3B2 c2 c3B1 c1δ1 O δB0 δ c10 B104ω1β’B3B2 c2 c3B1 c1B δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7δ1 O δ2B0 δ c10 B104ω1c4 B4 B5机械设计基础 东华大学 唐林B δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7c5 2 c6c4 B4 B510 机械设计基础 东华大学 唐林c5 c6B6βB6β1104.3 盘形凸轮轮廓曲线设计同时作出滚子的内、外包络线时，实际轮廓 则为槽形凸轮轮廓线。4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计滚子从动件盘形凸轮设计全过程B2 B3 c2 c3B1 c1δ1 O δB0 δ c10 B104ω1B δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7c4 B4 B5机械设计基础 东华大学 唐林c5 2 c6B6β111 机械设计基础 东华大学 唐林 1124.3 盘形凸轮轮廓曲线设计4.2 滚子半径 rk的选择4.2.1 滚子半径 rk 对实际轮廓曲线的影响 ↓凸轮与滚子间的接触应力 滚子半径rk ↑ (改善机构受力性能) 对凸轮实际轮廓产生较大影响 (有可能使凸轮轮廓失真)机械设计基础 东华大学 唐林 1134.3 盘形凸轮轮廓曲线设计设ρ ：理论轮廓 β 的曲率半径 ρ’ ：实际轮廓 β’ 的曲率半径 理论轮廓 β 内凹时ρ’ = ρ + rkrk取任何值，实际轮廓均 不会使从动件运动失真。轮廓正常rk ββ ρ ρ’’机械设计基础 东华大学 唐林114194.3 盘形凸轮轮廓曲线设计理论轮廓 β 外凸时4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计若 rk= ρmin： ρ’ = 0，实际轮廓上产生尖点 ( ρ’ = ρ - rk) 尖点磨损后改变从动件运动规律ρ’ = ρ -rk若 rk0，实际轮廓为一平滑曲 线 从动件运动不会失真rkρ ρ ’ β’ rkρ轮廓正常机械设计基础 东华大学 唐林β β115β’轮廓产生尖点116机械设计基础 东华大学 唐林4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计若 rk> ρmin： ρ’ ρ4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计4.2.2 滚子半径 rk选择原则 保证从动件运动不失真，设计时必须使 rkrk保证滚子心轴有较高强度β β’轮廓失真117 机械设计基础 东华大学 唐林 118机械设计基础 东华大学 唐林4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计5 平底从动件盘形凸轮设计5.1 设计方法理论轮廓 理论轮廓 将从动件平底与导路中心 线的交点视为从动件尖顶， 按尖顶从动件设计方法得到 的凸轮轮廓 β 。机械设计基础 东华大学 唐林4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计实际轮廓 以理论轮廓 β上各–ω1实际轮廓–ω1B2 B3 c2 c3 B1 c1 B0 δ c10 B104点作代表从动件平底ω1β’B3B2 c2 c3B1 c1的直线，这些直线的 包络线形成凸轮的实 际轮廓 β’。δ1 O δB0 δ c10 B104ω1B δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7c4 B4 B5δ1 O δ2 c5 c6B δ3 c9 9 c7 c8 B8 B7c4 B4 B52 c5 c6B6βB6β119机械设计基础 东华大学 唐林12204.3 盘形凸轮轮廓曲线设计平底从动件盘形凸轮设计全过程4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计5.2 平底宽度的确定导杆左右两侧的宽度应大于导杆至左右最远 切点的距离 l 和 m••机械设计基础 东华大学 唐林 12 机械设计基础 东华大学 唐林 124.3 盘形凸轮轮廓曲线设计作图法确定平底宽度l l = 2lmax+ (5 ~ 7 ) mm1’ 2’4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计6 摆动从动件盘形凸轮轮廓设计已知条件 从动件运动规律 (角位移线图)-ω1ω114’ 15 14 13’ 13 12 12’ 11’r01 23 3’ 4’ 4 5 6 7 8 5’ 6’ 7’ 8’3凸轮中心O与从动件摆动中心D间的距离 凸轮中心 与从动件摆动中心 间的距离 lOD 摆动从动件长度 lBD 凸轮基圆半径 r012 机械设计基础 东华大学 唐林1110 9lmax机械设计基础 东华大学 唐林10’9’凸轮角速度ω1及转动方向1244.3 盘形凸轮轮廓曲线设计6.1 设计方法 (反转法) 反转法)凸 轮 相对静止绕摆动中心 D0 摆动 随摆动中心以 –ω1绕凸轮转动中心一同转动4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计6.2 设计步骤1) 根据运动规律绘制位移线图，适当等分位移线图 2) 根据lOD确定凸轮中心 O和从动件摆动中心D0 位置 3) 以O为圆心，基圆半径 r0为半径作基圆 4) 以D0为圆心，摆杆长度 lBD 为半径作圆弧交基圆于B0 点 (从动件顶点的起始位置)2’ 1’ 1 2 6’ 3’ 4’5’ 7’ 8’ 3 4 360º从动件δ1δ25 67 8 9δ3δ40D0B0lOD r0 O机械设计基础 东华大学 唐林12机械设计基础 东华大学 唐林12214.3 盘形凸轮轮廓曲线设计5) 以O为圆心，OD0为半径 作中心距圆 6) 根据角位移线图，沿-ω1 方向，在圆上顺序量取δ1 ,2’ 1’ 1 2 6’ 3’ 4’5’ 7’ 8’ 3 4 360º4.3 盘形凸轮轮廓曲线设计7) 以D1, D2, …, D9为圆心， 摆杆长 lBD 为半径作圆弧 与基圆交于 C1 , C2 , …C9 8) 从D1C1 , D2C2 , …，向基 圆外侧量取与角位移线图D9 D8 β8 D7 D6 β7 β6 D5 2’ 1’ 1 2 6’ 3’ 4’5’ 7’ 8’ 3 4 360ºδ1δ25 67 8 9δ3δ40δ1δ25 67 8 9δ3δ40–ω1D9 D8 D7 D6 D5D0 D1–ω1B1D0 β1B2 B3δ2 , δ3 , δ4 ，并将各角度分为与角位移线图对应的等 份，得到反转时从动件摆 动中心位置D1, D2, …, D9机械设计基础 东华大学 唐林D1 β2 D2B0 δ 4δ3Oδ1D2对应的角度，得B1, B2, … 9) 连接B0, B1 , … 各点成光 滑曲线，得凸轮轮廓曲线12 机械设计基础 东华大学 唐林B0δ2D3 D4O C9 C4 C8 C C B 7C 5B78 6C1 C2 C3β5B6B5B4β3 D312β4D44.3 盘形凸轮轮廓曲线设计摆动从动件凸轮设计全过程4.4 凸轮机构设计应注意的问题1 凸轮机构压力角α从动件上受力点处驱动n力方向与该力作用点运动 (速度)方向所夹锐角。tαv2tFn Bω1n机械设计基础 东华大学 唐林12机械设计基础 东华大学 唐林134.4 凸轮机构设计应注意的问题1.1 压力角α与作用力Fn 的关系沿从动件导路方向分力 Fy Fn Fy = Fncosα (有效分力) 垂直从动件导路方向分力 Fx Fx = Fnsinα (有害分力)t n4.4 凸轮机构设计应注意的问题压力角α↑ Fy↓ (Fy = Fncosα ) → 机械效率 ↓ Fx↑ (Fx = Fnsinα ) → 导路中摩擦力 Ff ↑αFyv2t B nFf > Fy时 无论 Fn多大，从动件均 不能运动，机构自锁。t nFfFnFxαFyv2t B nFnFxω1ω1机械设计基础 东华大学 唐林13机械设计基础 东华大学 唐林13224.4 凸轮机构设计应注意的问题凸轮压力角是机构的位置函数4.4 凸轮机构设计应注意的问题1.2 防止凸轮机构自锁的方法限定凸轮机构压力角α 直动从动件 [α] = 30º ~ 38º 摆动从动件 [α] = 40º ~ 50º 注： 滚子从动件取上限(大值），其余从动 件取下限(小值) 回程时 [α] = 70º ~ 80º134机械设计基础 东华大学 唐林13机械设计基础 东华大学 唐林4.4 凸轮机构设计应注意的问题1.3 压力角α与凸轮基圆半径 r0的关系速度关系Va = Ve + Vr相对速度 (点相对于动坐标系速度) 牵连速度 (动坐标系相对于定坐标系速度) 绝对速度 (点相对于定坐标系速度)4.4 凸轮机构设计应注意的问题从动件上B点的绝对速度 绝对速度 va= v2 凸轮上B点的绝对速度 牵连速度 ve= vB1= rω1 从动件B点相对于凸轮B点的速度 相对速度 vr= v 由速度多边形 v2 = vB1tgα = rω1tgαn α vB1 v v2 B r n vr =v2 ω 1 tg ααvB1v2ω1机械设计基础 东华大学 唐林13机械设计基础 东华大学 唐林134.4 凸轮机构设计应注意的问题s2= r – r04.4 凸轮机构设计应注意的问题2 凸轮基圆半径r0的确定 凸轮基圆半径rv2 r = ω 1tg αs 2 = r − r0↓r ↓0s2 r0 rr0 ∝1 1 ∝ tg α α希望r0(基圆)尽可能小 希望r0 (基圆)尽可能大r↓凸轮结构尺寸↓ 凸轮工作状况差r0 = r − s2 =v2 − s2 ω1tgαα↑实际设计1) 保证 αmax ≤[α] ：αmax发生在凸轮廓线最陡处； 2) 考虑 ↓r013 机械设计基础 东华大学 唐林r0 ∝1 1 ∝ α tg αω1↓凸轮结构尺寸13机械设计基础 东华大学 唐林23习 题选择填空题 综合题 1~84.5 间歇运动机构简介1 概述1.1 运动特征主动件 连续运动 从动件 周期性停歇的单向运动1，4，5，7 ， ， ，机械设计基础 东华大学 唐林13机械设计基础 东华大学 唐林144.5 间歇运动机构简介1.2 应用场合自动生产线的转位、步进和记数装置中 复杂的轻工机械中4.5 间歇运动机构简介2 棘轮机构2.1 组成棘 轮2 固联在轴 4 上1.3 1 3 主要类别棘轮机构 槽轮机构 不完全齿轮机构 凸轮间歇机构机械设计基础 东华大学 唐林 14主动棘爪3 驱动棘轮 2 转动 止回棘爪5 阻止棘轮 2 反转 机 架机械设计基础 东华大学 唐林 144.5 间歇运动机构简介2.2 工作原理摇杆1往复摆动 棘轮单向间歇运动4.5 间歇运动机构简介摇杆往复摆动 棘轮单向间歇运动机械设计基础 东华大学 唐林14机械设计基础 东华大学 唐林144244.5 间歇运动机构简介2.3 类型2.3.1 按结构类型分类 特点 2.3.1.1 齿式棘轮机构 结构简单，运动可靠主从动关系可互换 动程可在较大范围内调节 动停时间比可通过选择合 适的驱动机构实现 动程只能有级调节 有噪声、冲击、磨损 不宜用于高速场合机械设计基础 东华大学 唐林 144.5 间歇运动机构简介一般棘轮机构 无噪音棘轮机构机械设计基础 东华大学 唐林144.5 间歇运动机构简介2.3.1.2 摩檫式棘轮机构 摩檫式棘轮机构特点 传动平稳、无噪音 传递扭矩较大 动程可无级调节 靠摩擦力传动，会出现打 滑现象(可以过载保护，同 时也使传动精度降低) 适用于低速轻载场合机械设计基础 东华大学 唐林 144.5 间歇运动机构简介2.3.2 按啮合方式分类 2.3.2.1 外啮合式棘轮机构 特点 外形结构尺寸较大机械设计基础 东华大学 唐林144.5 间歇运动机构简介外啮合式棘轮机构4.5 间歇运动机构简介外啮合式棘轮机构机械设计基础 东华大学 唐林14机械设计基础 东华大学 唐林15254.5 间歇运动机构简介2.3.2.2 内啮合式棘轮机构 内啮合式棘轮机构 特点 结构紧凑4.5 间歇运动机构简介内啮合摩擦式棘轮机构机械设计基础 东华大学 唐林15机械设计基础 东华大学 唐林154.5 间歇运动机构简介内啮合式棘轮机构应用4.5 间歇运动机构简介2.3.3 按运动形式分类 2.3.3.1 单向间歇转动棘轮机构 特点 从动件只做单向间歇转动机械设计基础 东华大学 唐林15机械设计基础 东华大学 唐林1544.5 间歇运动机构简介2.3.3.2 单向间歇移动棘轮机构 特点 从动件只做单向间歇移动4.5 间歇运动机构简介2.3.3.3 双动式棘轮机构 有两个主动棘爪，摆杆往复摆动过程中， 两个主动棘爪依次推动棘轮转动。 特点 结构紧凑 承载能力较大机械设计基础 东华大学 唐林15机械设计基础 东华大学 唐林15264.5 间歇运动机构简介复动式单花筒多臂机4.5 间歇运动机构简介双动式棘轮机构机械设计基础 东华大学 唐林15机械设计基础 东华大学 唐林154.5 间歇运动机构简介间歇卷取机构4.5 间歇运动机构简介2.3.3.4 双向棘轮机构 双向棘轮机构 调节棘爪，可以实现棘轮两个方向的间歇运动。机械设计基础 东华大学 唐林15机械设计基础 东华大学 唐林164.5 间歇运动机构简介双向式棘轮机构4.5 间歇运动机构简介3 槽轮机构3.1 组成拨盘(主动件) 盘上有圆柱拨销 槽轮(从动件) 机 架 轮上有径向槽机械设计基础 东华大学 唐林16机械设计基础 东华大学 唐林16274.5 间歇运动机构简介3.2 工作原理拨盘连续转动 槽轮单向间歇转动4.5 间歇运动机构简介3.3 类型3.3.1 外槽轮机构 外槽轮机构 特点 槽轮(从动件)转向与拨盘(主动件)转向相反机械设计基础 东华大学 唐林16机械设计基础 东华大学 唐林1644.5 间歇运动机构简介外槽轮机构（双销槽轮机构）4.5 间歇运动机构简介外槽轮机构机械设计基础 东华大学 唐林16机械设计基础 东华大学 唐林164.5 间歇运动机构简介3.3.2 内槽轮机构 特点 槽轮转向与拨盘转 向相同 传动较平稳 停歇时间较短 结构尺寸小机械设计基础 东华大学 唐林 164.5 间歇运动机构简介3.3.3 移动槽轮机械设计基础 东华大学 唐林16284.5 间歇运动机构简介3.3.4 空间槽轮 传递相交轴的运动 特点 结构比较复杂 设计和制造难 度较大4.5 间歇运动机构简介槽轮与非圆齿轮组合机械设计基础 东华大学 唐林16机械设计基础 东华大学 唐林174.5 间歇运动机构简介3.4 槽轮机构特点结构简单; 制造方便; 工作可靠，能准确控制转角; 机械效率高; 进入和脱离啮合时比较平稳（与棘轮比较） ; 运动过程中速度变化较大; 拨盘和槽轮的主从关系不能互换; 动程不可调节; 转角不能太小。机械设计基础 东华大学 唐林 174.5 间歇运动机构简介3.5 应用在自动机械、轻工机械、仪器仪表中，作 为中速间歇进给机构、转位机构和分度机构等。机械设计基础 东华大学 唐林174.5 间歇运动机构简介自动机床转位机构(六角车床转塔刀架)4.5 间歇运动机构简介钟表齿轮冲压机机械设计基础 东华大学 唐林17机械设计基础 东华大学 唐林174294.5 间歇运动机构简介电影放映机卷片机构4.5 间歇运动机构简介音乐盒机械设计基础 东华大学 唐林17机械设计基础 东华大学 唐林174.5 间歇运动机构简介4 不完全齿轮机构4.1 组成主动轮 只有一个或若干个轮齿，其余部分为 外凸锁止圆弧 从动轮 正常齿(齿间数=主动轮齿数 )和带锁 止弧厚齿相间分布的齿轮 机 架174.5 间歇运动机构简介4.2 工作原理主动轮连续转动 从动轮间歇运动机械设计基础 东华大学 唐林机械设计基础 东华大学 唐林174.5 间歇运动机构简介4.3 类型4.3.1 外啮合式 特点 主、从动轮转向相反4.5 间歇运动机构简介4.3.2 内啮合式 内啮合式 特点 主、从动轮转向相同机械设计基础 东华大学 唐林17机械设计基础 东华大学 唐林18304.5 间歇运动机构简介4.4 特点从动轮的运动角度范围大 容易实现一个周期中多次动停时间不等的 间歇运动 加工复杂 主、从动轮不能互换 进入、退出啮合时速度有突变，引起刚性 冲击 一般只适用于低速轻载的场合。机械设计基础 东华大学 唐林 184.5 间歇运动机构简介改进后的不完全齿轮机构机械设计基础 东华大学 唐林184.5 间歇运动机构简介避免主从动轮齿干涉4.5 间歇运动机构简介4.5 应用常用于多工位、多工序的自动机械或生产线 作为工作台的间歇转位机构和进给机构蜂窝煤制煤机 间歇进给机械设计基础 东华大学 唐林18机械设计基础 东华大学 唐林1844.5 间歇运动机构简介灯泡抽气机 (实现间歇转位功能)4.5 间歇运动机构简介5 凸轮式间歇运动机构5.1 组成主动凸轮 凸轮上有一条曲线沟槽或突脊 从动转盘 其上均布若干个滚子 机 架机械设计基础 东华大学 唐林18机械设计基础 东华大学 唐林18314.5 间歇运动机构简介5.2 工作原理凸轮连续转动 从动转盘间歇转动4.5 间歇运动机构简介5.3 类型5.3.1 圆柱凸轮间歇机构 圆柱凸轮间歇机构机械设计基础 东华大学 唐林18机械设计基础 东华大学 唐林184.5 间歇运动机构简介5.3.2 蜗杆凸轮间歇机构 蜗杆凸轮间歇机构4.5 间歇运动机构简介5.4 特点结构简单 转位精确可靠，无需专门定位装置 合理选择从动转盘运动规律和设计凸轮廓线，可 使机构传动平稳，冲击振动小 调整从动转盘中心位置可以消除转盘上滚子与凸 轮接触面间因磨损而产生的间隙 加工较复杂，精度要求较高，安装调整困难 转盘可实现任何运动规律 适用于高速间歇运动场合机械设计基础 东华大学 唐林18机械设计基础 东华大学 唐林194.5 间歇运动机构简介5.5 应用钻孔攻丝机4.5 间歇运动机构简介糖果包装机机械设计基础 东华大学 唐林19机械设计基础 东华大学 唐林1932