凸轮机构和齿轮机构资料
机械原理实验报告书
机械原理实验指导书广东海洋大学寸金学院教务处教材科机械工程教研室2005年9月实验一：机械认识实习机构现场实习报告一、平面连杆机构1.根据机构中移动副数目的不同，平面四杆机构可分为、和三大类型。
2.根据连架杆相对机架能否作整周转动，平面铰链四杆机构可分为机构、机构和机构。
3.连杆机构可起运动形式转换的作用，即将主动件的运动形式转换为从动件的另一种运动形式。
能将转动变为摆动的有；能将转动转化为移动的有。
二、凸轮机构1.凸轮机构是一种高副机构，其组成有、和三个基本构件。
2.凸轮机构按凸轮形状分类主要有、和的凸轮机构。
3. 凸轮机构按推杆形状分类主要有、和的凸轮机构。
4. 凸轮机构按推杆运动形式分类主要有和的凸轮机构，5. 凸轮机构按闭锁方式分类主要有和闭锁的凸轮机构。
三、齿轮机构1. 平面齿轮机构用于两平行轴之间的传动，常见类型有、和。
2. 空间齿轮机构用于两空间两相交轴或相错轴之间的传动，常见类型有、和。
3.齿轮机构也可转换运动形式，在平面齿轮机构中，将转动转换为移动的齿轮机构是。
四、轮系1.轮系可分为、、和三大类型。
2.周转轮系又可分为和两类，要使输出件具有确定的运动，前者需要个主动件，后者需要个主动件。
工厂参观实习报告1.回答指定机器的组成和加工对象，并写出机器上所能看见的机构及其作用。
2.针对指定的机器，回答其组成和加工对象，并大致说明机、电、液其上的应用。
3.现场实习小结（另附页）注：以上3题由教师指定其中2题完成。
实验二机构运动简图的测绘实验报告思考题1、一个正确的“机构运动简图”包含那些内容？实验三机构拼接及创新设计实验拼接实验报告创新设计实验报告思考题：1．在机构拼接实验中，根据你所拆分的杆组，按不同的顺序排列杆组，可能组合的机构运动方案有哪一些？要求用机构运动简图表示出来，就运动传递情况作方案比较，并简要说明之。
2．利用不同的杆组进行机构拼接，得到了哪一些有创意的机构运动方案？用机构运动简图示意创新机构运动方案。
简述齿轮机构相对于连杆机构、 凸轮机构的优缺点。
简述齿轮机构相对于连杆机构、凸轮机构的优缺点。
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4种常见的间歇运动机构
在各类机械中，常需要某些构件实现周期性的运动和停歇。
能够将主动件的连续运动转换成从动件有规律的运动和停歇的机构称为间歇运动机构。
而实现间歇运动的四种常用机构分别为：棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇运动机构和不完全齿轮机构。
一、棘轮机构棘轮机构的类型很多，从工作原理上可分为轮齿啮合式和摩擦式棘轮机构；从结构上可分为外啮合式和内啮合式棘轮机构；从传动方向上分为单向（单动和双动）式和双向式棘轮机构。
棘轮机构是把摇杆的摆动转变为棘轮的间歇回转运动。
其优点轮齿式棘轮机构运动可靠，棘轮转角容易实现有级调节，但在工作过程中棘爪在齿面上滑行，齿尖易磨损并伴有噪音，同时为使棘爪能顺利落入棘轮槽，摇杆摆角应略大于棘轮转角，这样就不可避免地存在空程和冲击，在高速时尤其严重，所以常用在低速、轻载下实现间歇运动。
摩擦式棘轮机构传递运动平稳、无噪声，棘轮转角可作无级调节。
图1 单向轮齿啮合式棘轮但由于运动准确性差，不宜用于运动精度要求高的场合。
在工程实践中，棘轮机构常用于实现间歇送进（如牛头刨床）、止动（如起重和牵引设备中）和超越（如钻床中以滚子楔块式棘轮机构作为传动中的超越离合器，实现自动进给和快速进给功能）等场合。
图2 摩擦式棘轮二、槽轮机构槽轮机构又称马尔他机构或日内瓦机构，也是常用的间歇运动机构之一。
普通平面槽轮机构有外接式槽轮机构（图3）和内接式槽轮机构（图4）两种类型。
它主要是由带有均布的径向开口槽的槽轮２、带有圆柱销Ａ的拔盘１以及机架组成。
图3 外接式槽轮机构图4 内接式槽轮机构槽轮机构的工作过程是：主动拨盘１上的圆柱销Ａ进入槽轮２上的径向槽以前，拔盘上的凸锁止弧α将槽轮上的凹锁止弧β锁住，则槽轮静止不动。
当拔盘圆柱销Ａ进入槽轮径向槽时，凸、凹锁止弧刚好分离，圆柱销可以驱动槽轮转动。
当圆柱销脱离径向槽时，凸锁止弧又将凹锁止弧锁住，从而使槽轮静止不动。
因此，当主动拨盘作连续转动时，槽轮被驱动作单向的间歇转动。
外接式槽轮机构的主动拨盘１与槽轮２转向相反；内接式槽轮机构的主动拨盘１与槽轮２转向相同，且传动平稳、占空间小，槽轮停歇时间较短。
凸轮机构与齿轮机构
传动比大 传动平稳无噪声 具有自锁性
传动效率低
成本较高
目录
目录
da 71.95 m 2.998m m * (z 2ha ) 22 2
由表5—3查得标准模数，该齿轮的模数应为m=3 mm。 d = mz = 3×22 =66 mm
* da (z 2ha )m 24 3 72mm
目录
二、渐开线齿廓分析
6.渐开线齿廓的啮合特性
1）传动比恒定不变
目录
技能目标
1．能够根据机构要实现的运动，选择凸轮机构的类型； 2．能够设计凸轮的轮廓机构，分析其能实现的运动特性； 3．能够根据使用要求选用齿轮机构的类型，并能设计选择标准 直齿圆柱齿轮的主要参数。
目录
一、凸轮机构的组成与应用
凸轮机构由凸轮、从动件、机架三个 基本构件及锁合装置组成，是一种高副机 构。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或 凹槽的构件，通常作连续等速转动， 从动件则在凸轮轮廓的控制下按预定的 运动规律作往复移动或摆动。
目录
一、齿轮机构的特点与类型
缺点
制造和安装精度要求高，故制造成 本较高；不适用于远距离的传动，低精 度的齿轮会产生有害的冲击、噪声和振 动。
目录
一、齿轮机构的特点与类型
2.齿轮机构的类型
两轴线相错 的齿轮机构
两轴线平行 的齿轮机构
1） 根据两齿轮轴 线的相互位置 分类
两轴线相交 的齿轮机构
目录
一、齿轮机构的特点与类型
目录
一、凸轮机构的组成与应用
1—凸轮； 2—从动件
内燃机的配气机构
目录
二、凸轮机构的类型
1.按凸轮形状分类
1）盘形凸轮
2）移动凸轮
3）圆柱凸轮
凸轮机构在加工齿轮中的作用
凸轮机构在加工齿轮中的作用
随着工业的发展，凸轮机构在加工齿轮方面起着非常重要的作用。
凸轮机构是一种机械装置，用来改变动随机的移动方向。
它由两个或多个相互接触，形成转动的抗击物，即凸轮和凹轮组成。
凸轮机构被广泛应用于机床、工业机械等装置，可以实现位移、速度及力矩的改变和调整，是工业齿轮减速传动中不可缺少的重要元件。
齿轮减速传动中，凸轮机构的作用是改变动随机的转动方向并输出正确的速度和力矩。
当凸轮和凹轮互接时，动随机的转动会通过凸轮机构被传导和转换，从而输出不同方向上的转动能量，并达到调节和减速的目的。
凸轮机构有许多有记分的传动形式，最常用的是圆形凸轮机构，由数十个凸轮和凹轮组成，大大降低了齿轮减速传动中齿轮能量传输和转换的繁琐程度，降低了工作系统的复杂性，改善了传动系统的性能，也使齿轮加工的效率提高了很多。
凸轮机构在改变和调节动随机的转动方向，输出正确的速度和力矩方面发挥着重要作用，它是齿轮减速传动系统不可或缺的部分。
因此，它的特点决定了齿轮加工的重要性和必要性。
齿轮凸轮组合机构解析法设计
齿轮凸轮组合机构解析法设计摘要：齿轮凸轮组合机构是一种常见的机械传动装置，广泛应用于各种机械设备中。
本文将采用解析法进行齿轮凸轮组合机构的设计，通过对齿轮凸轮组合机构的结构和原理进行分析，结合运动学方程和几何关系，以及相应的计算方法，可以得到齿轮凸轮组合机构的设计参数。
最后，通过实例验证了解析法的有效性和可行性。
1.引言齿轮凸轮组合机构是一种将齿轮和凸轮两种机构组合在一起的传动装置。
在齿轮机构中，利用互相啮合的齿轮来传递力矩和运动。
而在凸轮机构中，通过凸轮的凸起部分与从动件接触或离开来实现运动传递。
齿轮凸轮组合机构的设计涉及到几何形状、尺寸、齿轮齿数等多个参数，因此需要采用解析法进行设计。
2.齿轮凸轮组合机构的结构和原理齿轮凸轮组合机构由齿轮轴、凸轮轴和从动件组成。
齿轮轴上固定有一个或多个齿轮，凸轮轴上固定有一个凸轮。
从动件由凸轮的凸起部分与齿轮的齿啮合或分离来实现传动。
齿轮的齿数和凸轮的凸起部分的形状决定了齿轮和凸轮之间的运动规律。
3.齿轮凸轮组合机构的解析法设计步骤（1）确定齿轮和凸轮的齿数和凸起部分的形状。
齿轮和凸轮的齿数可以根据所需的传动比进行确定。
凸轮的凸起部分的形状可以通过给定的运动规律进行确定，比如简谐运动规律、等角速度运动规律等。
（2）建立齿轮凸轮组合机构的运动学方程。
运动学方程是描述齿轮凸轮组合机构各部件运动规律的方程。
通过建立从动件运动轨迹与凸轮轴的相对位置之间的关系，可以建立运动学方程。
（3）根据几何关系推导出相关参数。
通过几何关系，可以得到齿轮凸轮组合机构的相关参数，如齿轮的模数、分度圆直径、凸轮的基圆半径、凸起部分的形状参数等。
（4）根据计算方法计算设计参数。
根据所得到的齿轮凸轮组合机构的相关参数，可以利用计算方法进行具体的计算，如齿轮啮合位置的计算、齿轮啮合角的计算、齿轮模数的计算等。
（5）验证设计结果的可行性。
通过实例验证所得到的设计结果的可行性和有效性。
可以利用CAD软件进行设计和模拟仿真，通过调整设计参数，得到最佳的设计方案。
机械设计常用机构
相互转动来实现运动和 柱齿轮的轮齿在轴线上
动力的传递。
倾斜排列，锥齿圆柱齿
轮的轮齿在一个锥面上
排列。
在圆锥齿轮机构中，两 个圆锥齿轮的轮齿在一 个锥面上排列，通过啮 合实现相交轴之间的运 动和动力传递。
在蜗轮蜗杆机构中，蜗 在平面齿轮机构中，直
杆的轮齿在蜗杆面上呈 齿平面齿轮的轮齿在一
螺旋状排列，蜗轮的轮 个平面上垂直排列，斜
用于传递垂直轴之间的运动和动 力，其传动比大、结构紧凑。
平面齿轮机构
用于传递两个平面之间的运动和 动力，其传动形式包括直齿、斜
齿和曲齿等。
齿轮机构的工作原理
01
02
03
04
05
齿轮机构的工作原理基 在圆柱齿轮机构中，直
于齿轮之间的啮合关系， 齿圆柱齿轮的轮齿在轴
通过一对或多个齿轮的 线上垂直排列，斜齿圆
圆锥凸轮机构
凸轮呈圆锥状，常用于需要较小接触面积的场 合。
凸轮机构的工作原理
01
凸轮机构通过凸轮的转动，使从动件产生预期 的运动规律。
02
凸轮的形状决定了从动件的运动轨迹，从而实 现各种复杂的运动要求。
03
当凸轮转动时，从动件在垂直于凸轮轴线的平 面内作往复运动。
凸轮机构的应用
自动化生产线
用于传递和改变运动轨 迹，实现自动化生产。
棘轮机构的工作原理
01
当主动件顺时针转动时 ，棘爪便随主动件一起 顺时针转动，并推动棘
轮逆时针转动。
02
当主动件逆时针转动时 ，棘爪便被压下，无法 与棘轮齿啮合，因此棘
轮不会转动。
03
棘轮机构的运动方向取 决于主动件的转动方向
。
棘轮机构的应用
简述机械组织的特点与类型。
简述机械组织的特点与类型。
机械组织是由一个或几个运动部件组成的一个机器的基本单元，是机器中最常见的结构形式。
机械组织有以下三个特点：机械组织的特点： 1、零件的制造和装配工作量大； 2、使用维护方便，故障较少； 3、零件的尺寸较大。
机械组织可分为凸轮机构和齿轮机构两大类。
凸轮机构又分为： 1、零件的制造和装配工作量大； 2、使用维护方便，故障较少； 3、零件的尺寸较大。
凸轮机构又分为凸轮轮廓的曲线化和凸轮机构按其传动比的不同可分为： 1、改变凸轮形状来改变运动规律的，称为从动件运动规律的凸轮机构。
2、通过凸轮的轴向移动改变运动规律的，称为改变运动规律的凸轮机构。
齿轮机构的优缺点： 1、传动效率高；2、运动均匀性好，传动比准确；3、结构紧凑、效率高。
齿轮机构的种类及应用： 1、根据各轮齿数目的多少，齿轮机构分为单齿和双齿两大类。
2、根据齿廓曲线的形状，齿轮机构可分为直齿和斜齿两大类。
3、根据运动时所采用的压力角的不同，齿轮机构可分为直齿圆柱齿轮机构、斜齿圆柱齿轮机构、锥齿轮机构和蜗杆传动等四种类型。
机械组织的分类：按运动类型分类：周期性运动机构和摆动、转动机构。
根据运动学理论，常把机械组织分为平面运动机构和空间运动机构。
根据机构自身运动形式可分为： 1、直线运动机构。
2、曲线运动机构。
2、便于提高劳动生产率，改善工人劳动条件。
4、零件尺寸较大。
凸轮机构主要参数： 1、最小曲率半径：凸轮最小曲率半径应根据凸轮轮廓曲线的形状，计算其对应的凸轮理论轮廓上的曲线最低点至最高点的距离，并作为设计的依据。
2、分度圆直径：分度圆直径的大小对凸轮机构的结构、传动精度及其运动的稳定性都有很大影响，它是确定凸轮轮廓上任意一点的位置的重要依据。
3、顶尖孔直径：顶尖孔直径的大小将直接影响凸轮与从动件之间的间隙，因此应根据凸轮机构的具体要求而定。
5、齿厚：对一般的渐开线圆柱齿轮，齿厚S是凸轮设计中重要的参数之一，但在实际应用中不必严格控制，但对一些特殊要求的凸轮则必须进行设计，此时可参考相应的标准资料。
凸轮机构
机械设计基础
3.4 凸轮设计中的几个问题 设计凸轮机构时，不仅要保证从动件能实 现预定的运动规律，还要求整个机构传力性能 良好、结构紧凑。这些要求与凸轮机构的压力 角、基圆半径、滚子半径等因素相关。 3.4.1 凸轮机构的压力角问题 如图3-15所示为凸轮机构在推程中某瞬时 位置的情况，为作用在从动件上的外载荷，在 忽略摩擦的情况下，则凸轮作用在从动件上的 力将沿着接触点处的法线方向。此时凸轮机构 中凸轮对从动件的作用力（法向力）方向与从 动件上受力点速度方向所夹的锐角即为机构在 该瞬时的压力角，如图3-15所示。将力正交分 解为沿从动件轴向和径向两个分力，即
min
3.4.2 基圆半径的确定
从传动效率来看，压力角越小越好，但压力角减小将导致凸轮尺寸增大。由图315得压力角的计算公式
ds e d arctan
r02 e2 s
机械设计基础
其中，“-”为导路在凸轮轴的右侧，“+”为导路在凸轮轴的左侧。
显然，如果从动件位移s已给定，代表运动规律的
机械设计基础
2）滚子从动件凸轮机构 在从动件的尖顶处安装一个滚子，即成为滚子从动件，这样通过 将滑动摩擦转变为滚动摩擦，克服了尖顶从动件易磨损的缺点。滚子从 动件耐磨损，可以承受较大载荷，是最常用的一种从动件型式，如图35（b）所示。缺点是凸轮上凹陷的轮廓未必能很好地与滚子接触，从 而影响实现预期的运动规律。 3）平底从动件凸轮机构 在从动件的尖顶处固定一个平板，即成为平底从动件，这种从动 件与凸轮轮廓表面接触的端面为一平面，所以它不能与凹陷的凸轮轮廓 相接触，如图3-5（c）所示。这种从动件的优点是：当不考虑摩擦时， 凸轮与从动件之间的作用力始终与从动件的平底相垂直，传动效率较高， 且接触面易于形成油膜，利于润滑，故常用于高速凸轮机构。 在凸轮机构中，从动件不仅有不同的形状，而且也可以有不同的 运动形式。根据从动件的运动形式不同，可以把从动件分为直动从动件 （直线运动）和摆动从动件两种。在直动从动件中，若导路轴线通过凸 轮的回转轴，则称为对心直动从动件，否则称为偏置直动从动件。将不 同形式的从动件和相应的凸轮组合起来，就构成了种类繁多的各种不同 的凸轮机构。
第2章 服机械常见机构及传动原理
第二章服机械常见机构及传动原理2.1有关机构的基本概念一、机器的特征：1、任何机器都是人为的实物组合体。
2、各构件之间具有确定的相对运动。
3、能完成能量的转换，做有用功。
注：机构的特征为第1、2点。
二、机构：具有确定相对运动的刚性体的组合系统。
（机械：在工程上，机器和机构的总称）三、（机构的）构件：机构中，参与运动的刚性体。
（一）构件与零件的区别：1、零件是指机器的制造单元，是单一的实物体。
2、构件是机器的运动单元，可以是一个零件，也可以是若干个零件组成的刚性体。
（二）构件与机构的区别：机构是由构件组成的，但是若干个构件并不一定都能组成机构（如三杆）。
（三）机构中的构件可分为三类：机架、原动件、从动件。
1、机架：机架是机构中视作固定不动的构件，它支承这其他可动构件。
在机构图中，机架上常标有斜线以示区别2、原动件：原动件是机构中接受外部给定运动规律的可动构件，原动件又称输入构件。
在机构图中，常标有箭头以示区别。
3、从动件：从动件是机构中岁原动件而运动的可动构件。
当从动件输出运动或实现其功能时，便称其为输出构件或执行件。
四、运动副的种类及代表符号（一）概述1、运动副：两构件相互接触而又保持一定相对运动的连接。
2、运动副的作用：用来约束构件的自由运动，即去除构件不需要的运动，而留下我们期望的运动。
3、运动副的理解：（1）运动副是一种连接；（2）运动副由两个机构组成；（3）组成运动副的两个构件之间有相对运动。
（二）运动副的分类1、按运动的范围分类：平面运动副和空间运动副。
（1）平面运动副：运动副只允许相邻两构件在同一平面或相对平行的平面内做相对运动。
（2）空间运动副：运动副允许相邻两构件的相对运动不只局限在平行的平面内。
2、按两构件的接触情况分类：低副和高副。
（1）低副：两构件通过面接触组成的运动副。
如转动副、移动副、球面副。
①转动副：只允许两构件相对转动的运动副。
若两构件之一是固定不动的，则称为固定铰链；若组成转动副的两构件都是运动的，则称为活动铰链。
插床机构
插床机构一、机构简介与设计数据 1、机构简介插床主要由齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成，如图1所示。
电动机经过减速装置（图中只画出齿轮1z 、2z ）使曲柄1转动。
再通过导杆机构1－2－3－4－5－6，使装有刀具的滑块沿导路y －y 作往复运动，以实现刀具切削运动。
为了缩短空程时间，提高生产率，要求刀具有急回运动。
刀具与工作台之间的进给运动，是由固结于轴2O 上的凸轮驱动摆动从动杆DO2和其它有关机构（图中未画出）来完成的。
2、设计数据 见表1二、设计内容1、导杆机构的运动分析已知：行程速比系数K ，滑块5的冲程H ，中心距32O O l ，比值BO BCl3，各构件重心S 的位置，曲柄每分钟转1n 。
要求：设计导杆机构，作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图，作滑块的运动线图。
以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上（参考图例1）。
曲柄位置图的作法为（图2）取滑块5在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得12个位置点，显然位置9对应于滑块5处于下极限得位置，再作出开始切削和终止切削所对应的1和8’两位置，共计有14个位置，可按表2进行分组。
2、导杆机构的动态静力分析图1 表1 设计数据图2已知：各构件的质量G 及其对重心轴的转动惯量SJ （数据表中未列出的构件的重量可以忽略不计），阻力线图（图1，b ）及已在导杆机构设计和运动分析中得出的机构尺寸、速度和加速度。
要求：按表2所分配确定1～2个位置的各运动副中反作用力及曲柄上所需平衡力矩。
以上内容作在运动分析的同一张图纸上（见图例1）。
3、飞轮设计已知：机器运转的速度不均匀系数δ，由动态静力分析所得的平衡力矩My ，飞轮安装在曲柄轴上。
驱动力矩为常数。
要求：用惯性力法求飞轮转动惯量FJ 。
以上内容坐在2号图纸上（参考图例2）。
4、凸轮机构设计已知：从动件最大摆角maxϕ，许用压力角][α，从动件长度DO l4，从动件运动规律为等加速等减速运动规律，凸轮与曲柄共轴。
第3章 凸轮机构
2 0
02
a
4h12
/
2 0
推程时等减速段
s
h 2h(0 4h1 (0
)2 /
)
/
2 0
2 0
a
4h12
/
2 0
速度连续，加速度不
连续，称为柔性冲击。
用于中、低速场合。
§3 – 2 从动件的常用运动规律
V0=0,
等加速等减速
s
1 2
at 2
当时间为→ 位移为 →
1 1
: :
2 4
: :
对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构 摆动滚子从动件盘形凸轮机构
§3 – 2 从动件的常用运动规律
凸轮机构的运动循环及基本名词术语
凸轮机构的一个运动循环大 致包括：推程、远休程、回 程、近休程四个部分
§3 – 2 从动件的常用运动规律
基圆：以轮廓的最小向径所作的圆 r0－基圆半径 推程：从动件从离回转中心最近→最远的这一过程。 升程ｈ：推程所移动的距离。
机械设计基础
机械设计基础
绪论
机械零件设计概论
平面机构的自由度和速度分析
连接
平面连杆机构
齿轮传动
凸轮机构
蜗杆传动
齿轮机构
带传动和链传动
轮系
轴间歇运动机构 机构运转速 Nhomakorabea波动的调节
滑动轴承
滚动轴承
联轴器、离合器和制动器
回转件的平衡
弹簧
第3章 凸轮机构
§3 – 1 凸轮机构的应用和类型 §3 – 2 从动件的常用运动规律 §3 – 3 凸轮机构的压力角 §3 – 4 图解法设计凸轮轮廓 §3 – 5 解析法设计凸轮轮廓*
什么是凸轮机构
机械设计基础复习资料
机械设计基础复习资料绪论1.机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。
凡是能将其他形式能量转换为机械能的机器称为原动机。
2.凡利用机械能去变换或传递能量、物料、信息的机器称为工作机。
3.用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间相对运动的连接方式组成的构件系统称为机构。
4.就功能而言，一般机器包含四个组成部分：动力部分、传动部分、控制部分和执行部分。
5.为完成共同任务而结合起来的一组零件称为部件，它是装配的单元。
6.构件是运动的单元；零件是制造的单元。
第一章平面机构的自由度和速度分析1.构件相对于参考系的独立运动称为自由度。
2.两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。
3.两构件通过面接触组成的运动副称为低副，平面机构中的低副有转动副和移动副两种。
4.两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。
5.表明机构各构件间相对运动关系的简化图形称为机构运动简图。
6.在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。
7.机构的自由度是机构相对机架具有的独立运动的数目。
从动件是不能独立运动的，只有原动件才能独立运动。
通常每个原动件具有一个独立运动，因此机构的自由度应当与原动件数相等。
8.设某平面机构共有K个构件，其中活动构件数为n=K-1.在未用运动副连接之前，这些活动构件的自由度总数为3n。
若机构中低副数为P L个，高副数为P H个，则机构自由度就是活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数。
即F=3n-2P L-P H由公式可知，机构自由度取决于活动构件的件数以及运动副的性质和个数。
9.机构具有确定运动的条件是：机构自由度F＞0，且F等于原动件数。
10.两个以上构件同时在一处用运动副相连接构成复合铰链，K个构件复合而成的复合铰链具有（K-1）个转动副。
11.机构中常出现一种与输出构件运动无关的自由度，称为局部自由度。
12.在运动副引入的约束中，有些约束对机构自由度的影响是重复的，对机构运动不起任何限制作用，这些约束称为虚约束或消极约束。
齿轮-凸轮组合机构解析法设计
坐 标参 数方 程 ：
图 １所示 齿 轮 一凸轮 组 合机 构 是 以 相 啮合 的
一
式 中： Ｉ ＝ ０ ， １ ， ２ ， …， Ｎ， 为 了使 设计 准确 ， Ｎ的数
对齿 轮为 基础 ，利 用滚 子 凸轮机 构来 控 制杆 Ｃ Ｄ 的运动 参数 ， 通过 杆 Ａ Ｂ与 杆 Ｂ Ｃ组 成 的 Ｒ Ｒ Ｒ杆组
值应该取足够大 ，一般取凸轮廓线所需点数的 １ ０ 倍 左 右． 设计 中，用到 Ｅ点 的速度 以及 Ｅ点的轨迹坐 标． 在所设计 的凸轮廓线 中， 只要 Ｅ点的轨迹不变 ，
那 么 Ｅ点速度 的变化 就不 会对 其结 果产 生影 响 ． 因 此， 可令 ｄ Ｉ ／ ｄ ｔ ＝ ｌ ， 则得 出 Ｅ点 的速度 为 ：
定 的齿 轮 １的半径 Ｒ １ 、齿 轮 ２的半 径 Ｒ ２ 、杆 Ｃ Ｄ
Ｉ ｆ Ｖ ｘ Ｅ ＝ ｄ ｆ ｌ （ Ｉ ） ／ ｄ Ｉ
ｖ （ Ｉ ） ／ ｄ Ｉ
…
的长 度 Ｌ Ｃ Ｄ、 杆 Ｃ Ｅ的长 度 Ｌ Ｃ Ｅ、 Ａ点 坐标 、 Ｄ点坐 标、 Ｋ点坐 标等 ，因此杆 Ａ Ｂ和杆 Ｂ Ｅ组 成 一 个 Ｒ Ｒ Ｒ Ｉ Ｉ 级杆组． 通 过齿 轮 啮合传 动关 系 由 Ｂ点 的 坐 标确 定可 确定 Ｇ点 的坐标 ．
和杆 Ｃ Ｄ与 杆 Ｃ Ｅ组 成 Ｒ Ｒ Ｒ杆 组 的 运 动 复合 实 现 输 入 与输 出 的运 动 间的关 系 ，从 而 输 出给 定 轨迹 ．
其 中齿 轮 １ 与杆 Ａ Ｂ固联在 一起 ．由于 运 动轨迹 已
知 ，根据 Ａ点坐标 与 Ｅ点轨迹可求 出杆 Ａ Ｂ与杆 Ｂ Ｅ的长度 ； 根 据机 构 的总体 布 置 ， 设 计 者 可预先 确
关 键 词 ： 凸轮 ； 齿轮 ； 组 合 机 构
牛头刨床机构简介与设计数据（1）
1 牛头刨床机构简介与设计数据牛头刨床机构简介与设计数据1．1机构简介机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，主要由齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成，如图1(a)所示。
电动机经过减速装置(图中只画出齿轮z 1、z 2)使曲柄2转动，再通过导杆机构2—3—4—5—6带动刨头6和刨刀作往复切削运动。
工作行程时，刨刀速度要平稳；空回行程时，刨刀要快速退回，空回行程时，刨刀要快速退回，即要有急回作用。
即要有急回作用。
即要有急回作用。
切削阶段刨刀应近似匀速运动，切削阶段刨刀应近似匀速运动，切削阶段刨刀应近似匀速运动，以提高刨以提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量。
刀具与工作台之间的进给运动，是由固结于轴O 2上的凸轮驱动摆动从动件O 7D 和其他有关机构(图中未画出)来完成的。
为了减小机器的速度波动，在曲柄轴O 2上安装一调速飞轮。
切削阻力如图1(b)所示。
所示。
图1 牛头刨床机构简图及阻力线图牛头刨床机构简图及阻力线图1．2设计数据设计数据设计数据见表1。
表1 设计数据设计数据1．3 设计内容设计内容1．导杆机构的设计及运动分析．导杆机构的设计及运动分析已知：曲柄每分钟转数n 2，各构件尺寸及质心位置，且刨头导路J —J 位于导杆端点B 所作圆弧高的平分线上，如图2所示。
所示。
图2 曲柄位置图曲柄位置图要求：设计导杆机构，作机构1～2个位置的速度多边形和加速度多边形，作滑块的运动线图，以上内容与后面动态静力分析一起画在3号图纸上。
号图纸上。
2．导杆机构的动态静力分析．导杆机构的动态静力分析已知：各构件的重量G(曲柄2、滑决3和连杆5的重量都可忽略不计)，导杆4绕质心轴的转动惯量J S ，及切削力F r 的变化规律如图1(b)所示。
所示。
要求：确定机构1～2个位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。
作图部分画在运动分析的图纸上。
在运动分析的图纸上。
3．飞轮设计．飞轮设计已知：机器运转的速度不均匀系数δ，轴O 2的转速n 2，由动态静力分析所得的平衡力矩M b ；驱动力矩M 。
行星齿轮及凸轮机构简介
20
凸輪輪廓曲線設計
3.平底從動件凸輪輪廓曲線設計
（1）取平底與導路的交點B0為 參考點 （2）把B0看作尖底，運用上述 方法找到B1、B2… （3）過B1、B2…點作出一系列 平底，得到一直線族。 作出直線族的包絡線，便得到 凸輪實際輪廓曲線。
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凸輪輪廓曲線設計
4.擺動推杆盤形凸輪機構輪廓曲線設計
12
凸輪機構的分類凸輪機構的分類-3
3. 按推杆的運動形式分
直動推杆：從動件作往復移動，其運動軌跡為一段直線； 擺動推杆：從動件作往復擺動，其運動軌跡為一段圓弧。
4.按推杆軸線與凸輪回轉軸心的相對位置分
對心:在直動推杆中，若推杆軸線通過凸輪的回轉軸線稱為 對心直動推杆; 偏置:在直動推杆中，若推杆軸線不通過凸輪的回轉軸線稱 為偏置直動推杆。
• 適當選擇行星齒輪傳動的類型及配齒方案，便可以用少 數幾個齒輪而獲得很大的傳動比
• 採用了數個結構相同的行星輪，均勻地分佈於中心輪的 周圍，從而可使行星輪與轉臂的性力相互平衡。 同時， 也使參與嚙合的齒數增多，故行星齒輪傳動的運動平穩， 抵抗衝擊和振動的能力較強，工作較可靠。
9
凸輪機構的基本工作原理
滾子半徑rs必須小於理論輪廓 曲線外凸部分的最小曲率半徑 ρmin，否則將導致推杆運動失 真。 設計時，取rs < 0.8ρmin， ρmin一般不小於1~5mm
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凸輪機構基本尺寸的確定
4.平底推杆平底尺寸的確定
l = 2lmax + (5 ~ 7)mm
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凸輪機構的特點 凸輪機構的特點
優點 缺點
推杆运动规律：推杆在推程或回程时， 推杆运动规律：推杆在推程或回程时，其位移S、速度V和加速度a 随 时间t 的变化规律。S=S(t) V=V(t) a=a(t) 的变化规律。 几种常用运动规律的无量纲化指标和适用场合如表示： 几种常用运动规律的无量纲化指标和适用场合如表示：
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h1 v2 sin 2 0 0
2 h12 a2 cos 2 2 0 0
常用从动见运动规律的比较
7.3 凸轮轮廓线的设计
A
φ1
-ω 1 A1
d
A8
rminω B8
B’1 B’2 B’ φ2 A2 3 B1 B2 B3 B φ B’
4 3
1
120° B4 60 ° B5 B6
A3
90 °
φ4
B’5 A4
A7
φ7
A6
B7 B’7
B’6
φ6
A5
φ5
7.3.4 凸轮机构设计中的几个问题
1 滚子半径的选择
设计滚子从动件时若从强度和耐用性考虑，滚子 的半径应取大些。滚子半径取大时，对凸轮的实际轮 廓曲线影响很大，有时甚至使从动件不能完成预期的 运动规律。
根据工作条件要求，确定从动件的运动规律，选定凸 轮的转动方向、基圆半径等，进而对凸轮轮廓曲线进行 设计。 设计方法:
1.图解法。简便易行、直观，但精度较低，可用于设计一 般精度要求的凸轮机构。
2.解析法:精度高，但计算量大，多用于设计精度要求较高 的凸轮机构。
7.3.1 尖顶对心直动从动件盘形凸轮 已知：从动件的运动规律 凸轮的基圆半径 方法：反转法 原理：设想凸轮固定不 动，从动件一方面随导路绕凸轮轴心反方 向转动，同时又按给定的运动规律在导路 中作相对运动，从动 件尖底的运动轨迹就 是凸轮的轮廓曲线。
（1）按从动件运动规律作出位移线图 （图b），并将横坐标等分分段。 （2）沿1反方向取角度t、h、 S，等分，得C1、C2、...点。连接 OC1、OC2、...便是从动件导路的各个 位置。 （3）取B1C1=11’、B2C2=22’、 ...得反转后尖顶位置 B1、B2、 A3、...。 （4）将B0、B1、B2、...连成 光滑的曲线，得要求凸轮轮廓 （图a）。
内燃机配气凸轮机构
（2）形锁合凸轮机构
：
依靠凸轮和从动件几何形状来保证锁合。
7.2 从动件的常用运动规律
从动件运动规律，是指从动件的位移S、速度v、 加速度a、及加速度的变化率（跃度j）随时间 t 或凸 轮转角φ（ δ ）变化的规律。这种变化的规律可以用 线图来表示,既运动线图。
凸轮传动工作过程的有关名词：
基圆——以凸轮的最小向径为半径所作的 圆称为基圆，基圆半径用rb 表示。 凸轮转角δ ； 推程 、回程 、升程h 、近停程、远停程； 推程运动角δ 0； 回程运动角δ 0´ ； 远停角δ s ； 近停角δ s ´ ； 一般推程是凸轮机构的工作行程。
近停程
δs ´
δ0
δs
7.3.2 对心滚子移动从动件盘形凸轮
实 际 轮 廓 曲 线
理 论 轮 廓 曲 线
7.3.3 摆动从动件盘形凸轮 已知： 凸轮轴心与从动件的回转中心距a 凸轮基圆半径rb，从动件长 L 凸轮以等角速度逆时针方向转动 从动件的摆角-转角曲线图
绘制方法
l
4’ 3’ 2’ 1’ 1 2 3 4 5’ 6’ 7’ 8’ 5 6 7 8
第7章 凸轮机构和 齿轮机构
7.1 概述
7.1.1 凸轮机构的组成 一种高副机构，可 将连续转动和移动转换 成从动件的移动和摆动。 广泛应用于各种机械， 尤其是自动机械中。
凸轮机构的组成
1.凸 轮——具有曲线状轮廓的构件
2.从动件——作往复移动或摆动的构件
往复移动——直动从动件 往复摆动——摆动从动件
2. 按从动件的运动方式分类 移动从动件 摆动从动件
3.按从动件端部的结构分类 1. 尖底从动件 a） 2. 滚子从动件 b） 3. 平底从动件 c）
(1)尖端从动件:从动件端部以尖顶与凸轮轮廓 接触，这种从动件结构最简单，尖顶能与任 意复杂的凸轮轮廓保持接触。 (2)滚子从动件:从动件端部装有可以自由转动 的滚子，滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，借 以减小与凸轮轮廓接触表面的磨损。
7.2.2 等加速等减速运动规律
从动件在运动过程的前 半程做等加速运动，后半程做 等减速运动，两部分加速度的 绝对值相等，这种运动规律称 为等加速等减速运动规律。
s
2h
12 2 a4 h12
2
4 h
12
简谐运动（余弦加速度）
点在圆周上作匀速运动时， 它在这个圆的直径上的投影 所构成的运动称为简谐运动。 加速度有变化－柔性冲击， 只适于中速。
3.机 架——机构中固定不动的构件
凸轮传动特点
优点：
只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从 动件得到所需的运动规律，结构简单、 紧凑、设计方便。
缺点：
运动副为点接触或线接触，易磨损， 所以，通常多用于传力不大的控制机 构。
7.1.2 凸轮机构的分类
1．按凸轮的形状分类 （1）盘形凸轮，如图所示。 （2）移动凸轮，如图所示。 （3）圆柱凸轮，如图所示。
δ0´
推程、远停程、回程
当凸轮连续转动时，从动件将重复上述运动过程。
S
7.2.1 等速运动规律 从动件运动的速度为常数 时的运动规律，称为等速运 动规律（直线运动规律）。
推程的运动方程：
h
O v
v
s h / v h / a0
O a
O
从动件在运动起始位置和终止两瞬时的速度 有突变，故加速度在理论上由零值突变为无穷大， 惯性力也为无穷大。由此的强烈冲击称为刚性冲 击。 实际上，由于构件材料有弹性，加速度和惯 性力不至于达到无穷大，但仍将造成强烈冲击。 当加速度为正时，它将增大凸轮压力，使凸轮轮 廓严重磨损；加速度为负时，可能会造成用力封 闭的从动件与凸轮轮廓瞬时脱离接触，并加大力 封闭弹簧的负荷。因此这种运动规律只适用于低 速，如自动机床刀具进给机构以及在低速下工作 的一些凸轮控制机构。
(3)平底从动件：从动件的端部是一平底，这种 从动件与凸轮轮廓接触处在一定条件下易形成 油膜，利于润滑，能传动较大的作用力。
当位置要求准确 从动 件使 用的 场合
当受力较大时
当转速较高时
按从动件分类的凸轮机构
4、按锁合方式分：
锁合——保持从动件与凸 轮之间的高副接触。
（1）力锁合凸轮机构
：
依靠重力、弹簧力或其 他外力来保证锁合（内燃 机配气凸轮机构、刀架送 给机构等）。