凸轮机构及间歇运动机构
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。
第3章凸轮机构与间歇运动机构
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5
• 凸轮机构在自动送料机构、仿形机床进刀机构 、内燃机配气机构、汽车的凸轮式制动器以及
印刷机、纺织机、插秧机、闹钟和各种电气开
关等传力不大的控制装置中得到广泛应用。如 下图纺织机械里的绕线机构。
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6
• 凸轮机构的主要优点：
只要适当设计凸轮的轮廓曲线，就可以使 从动件获得各种预期的运动规律，而且结 构简单紧凑、设计方便。
第三章 凸轮机构与间歇运动机构
【能力目标】 【案例导入】 【知识要点】 3.1 凸轮机构的类型和识别 3.2 凸轮机构的运行特性分析 3.3 用图解法设计盘行凸轮轮廓 3.4 间歇运行机构—棘轮机构 3.5 间歇运行机构—槽轮机构 【能力训练】 本章小结
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1
3.1凸轮机构的类型识别
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17
从动件常用的运动规律
1、等速运动规律：凸轮以角速度匀
速运动，从动件以恒定的速度运动。
s(δ)= CS δ υ(δ)=Cυ
a(δ)= 0
特点：
1）刚性冲击运动—从动件在某瞬时速度突 变，其加速度及惯性力在理论上均趋于无 穷大。 2）只适用于低速轻载的凸轮机构。
• 近休止角：从动件在DA段接触时，从动件在最低位置静 止不动，该过程称为近程休止，凸轮相应的转角称为近休 止角。
• 凸轮运动一周，从动件就重复上述升——停——回——停 的循环过程。
• 偏距：从动件的中心线偏离凸轮转动中心0的距离。
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15
3.2凸轮机构的运动特性分析
• 从动件的位移线图 以直角坐标系的纵坐标代表从动件的位移 ，横坐标代表凸轮转角，则可以画出从动 件与凸轮转角之间的关系曲线，则为从动 件的位移线图。
间歇机构的常见类型
间歇机构的常见类型
间歇机构是指在机器或设备中，用于实现一定运动规律的机构。
它利用了时间间隔的特性，使机器或设备在工作时能够实现一定的运动规律和运动方式。
下面我们来了解一下间歇机构的常见类型。
1. 凸轮机构
凸轮机构是一种通过凸轮的形状和运动来实现运动规律的机构。
它由凸轮、从动件和固定件组成，通过凸轮的运动，带动从动件以一定的规律运动。
2. 齿轮机构
齿轮机构是一种常见的间歇机构，它利用齿轮的运动来实现一定的运动规律。
齿轮机构包括齿轮、从动件、固定件等组成，通过齿轮的运动带动从动件以一定的规律运动。
3. 连杆机构
连杆机构是一种通过连杆的长度和角度变化来实现一定的运动
规律的机构。
它由连杆、从动件和固定件组成，通过连杆的长度和角度变化，带动从动件以一定的规律运动。
4. 摆杆机构
摆杆机构是一种通过摆杆的运动来实现一定的运动规律的机构。
它由摆杆、从动件和固定件组成，通过摆杆的运动，带动从动件以一定的规律运动。
5. 曲柄机构
曲柄机构是一种通过曲柄的旋转来实现一定的运动规律的机构。
它由曲柄、连杆、从动件和固定件组成，通过曲柄的旋转，带动连杆以一定的规律运动，从而带动从动件以一定的规律运动。
以上就是间歇机构的常见类型，它们广泛应用于各种机器和设备中，是机械设计工程师必须了解和掌握的知识。
机械设计基础-第4章-1-凸轮机构
30
30
120
120
90
δ
360
七、解析法设计凸轮轮廓曲线
1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
建立凸轮转轴中心的坐标系xOy
根据反转法原理，凸轮以w转过j角；
B点坐标为
x y
(s0 (s0
s) sin j s) cosj
e cosj esinj
上式即为凸轮理论廓线方程
实际廓线与理论廓线在法线上相距
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传 递动力不大的场合。
示例一 内燃机配气机构
示例二 靠模车削机构
示例 绕线机的凸轮绕线机构
示例 缝纫机的凸轮拉线机构
凸轮机构的主要优点： 使从动件实现预定的运动规律，结接触，容易磨损。 用于传递动力不大的控制机构或调节机构。
2、自D0起，沿-ω方向取δ1-4 角，等分各部分，从D1起以 从动件长度为半径作圆，与基 圆交于C点。
3、C1D1起，分别量取β角， 与2的圆交于B点，连接B0、 B1、B2…，即为凸轮曲线。
例题：设计盘形凸轮机构，已知凸轮角速度ω1逆时针转动， 基圆半径r0=30mm，从动件的行程h=40mm。从动件的 位移线图如下：
第四章 凸轮机构及间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类 §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 凸轮机构设计中应注意的问题 §4-5 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从 动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不 连续的任意预期运动。
当凸轮继续以角速度ω1逆时针 转过角度δ2时，从动件尖顶从 C到D，在最远位置停止不动， 对应的δ2是远休止角。
凸轮间歇运动机构工作原理
凸轮间歇运动机构工作原理一、引言凸轮间歇运动机构是一种将旋转运动转化为间歇性直线运动的机构，其主要应用于自动化生产线中的物料输送、分拣和装配等工作。
本文将详细介绍凸轮间歇运动机构的工作原理。
二、凸轮间歇运动机构的组成部分凸轮间歇运动机构由凸轮、摆杆、从动件和固定件四个部分组成。
其中，凸轮是主要的传动元件，它通过旋转带动摆杆做往复直线运动，并使从动件在规定的时间内完成特定的工作。
三、凸轮间歇运动机构工作原理1. 凸轮的旋转当驱动电机启动时，通过传递装置驱使凸轮开始旋转。
在旋转过程中，凸轮上的曲面不断地与摆杆接触并推挤它做往复直线运动。
同时，从传递装置传递来的力也被传递到从动件上。
2. 摆杆做往复直线运动在接触到曲面后，摆杆依靠其自身惯性和弹性受力变形等因素，开始做往复直线运动。
这种运动的速度和方向都与凸轮的曲面形状和旋转速度有关。
3. 从动件完成特定的工作在摆杆做往复直线运动的同时，从动件也随之做出相应的运动。
通过合理设计凸轮曲面形状和摆杆长度、角度等参数，可以使从动件在规定时间内完成特定的工作，如物料输送、分拣和装配等。
4. 固定件起支撑作用固定件是凸轮间歇运动机构中不可或缺的一部分，它起到支撑和固定摆杆、从动件等组成部分的作用。
同时，固定件还可以通过调整位置和角度等参数来改变凸轮间歇运动机构的工作方式。
四、凸轮间歇运动机构的优缺点1. 优点(1) 凸轮间歇运动机构结构简单、可靠性高；(2) 凸轮曲面形状容易调整，适应性强；(3) 传递装置稳定，传递效率高；(4) 可以根据实际需要灵活设计和布置。
2. 缺点(1) 摩擦和磨损严重，需要定期维护保养；(2) 凸轮曲面形状复杂，制造成本较高；(3) 不能进行连续运动，只能进行间歇运动。
五、结论凸轮间歇运动机构是一种重要的机械传动装置，主要应用于自动化生产线中的物料输送、分拣和装配等工作。
其工作原理简单易懂，具有结构简单、可靠性高、适应性强等优点。
同时，也存在摩擦磨损严重、制造成本高等缺点。
凸轮、间歇运动机构
凸轮是具变化半径的盘形构 件，其绕轴转动，推动推杆 有规律上下运动。 凸轮是具有曲线轮廓的构件， 其作往复运动，推动推杆作 直线运动。 凸轮是圆柱上底面有曲线轮 廓，其绕轴转动，推动推杆 有规律 推 杆 滚子 推杆 形 状 平底 推杆
机构最简单，易磨损，适用 于作用力不大、转速较低的 场合。 最常用，滚子与凸轮间为滚 动摩擦，磨损小，可用来传 递较大动力。 受力较平稳，凸轮与平底接 触面之间形成油膜，润滑较 好，常用于高速转动机械。
三、间歇运动机构
棘轮机构 槽轮机构 凸轮间歇机构
不完全齿轮机构
将主动件的连续转 动，转化为从动件的周 期性间歇运动。
小结
本节课，我们学习了凸 轮机构和间歇运动机构，希 望大家通过学习能辨认各种 机构并熟悉各种机构的运动 效果。
凸轮机构
间歇运动机构
作业
观察两个运动构件的运 动，判断其属于哪种机构， 分别写出它们的主动件、从 动件和运动效果。
复习
常 用 机 构 连杆机构 凸轮机构
间歇运动机构
二、凸轮机构
组成
凸轮： 形状不规则的主动件 推杆： 随凸轮按一定规律 运动的从动件 机架
当凸轮绕定轴转动时， 推杆在凸轮上随凸轮的不同 形状作一定规律的往复直线 运动或摆动。
分类及运动特点
盘形 按 凸轮 凸 轮 移动 凸轮 形 状 圆柱 凸轮
第4章凸轮机构及简谐运动机构
机械设计基础 —— 凸轮机构及间歇运动机构
三、对心直动平底从动件盘形凸轮
已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω 1和从动件 运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。
7’ 5’ 3’ 8’ 9’ 11’ 12’ 13’ 14’ 9 11 13 15
-ω 1
ω1
1’ 2’ 3’ 12 4’ 3 4 5’ 5 6’ 6 7 7’ 8 8’
1’
1 3 5 78
15 14’ 14 13’ 13 12 11 9 10 12’
11’ 设计步骤： 10’ 9’ ①选比例尺μ l作基圆rmin。 ②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。 ③确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。 ④作平底直线族的内包络线。
机械设计基础 —— 凸轮机构及间歇运动机构
四、摆动从动件盘形凸轮机构
已知凸轮的基圆半径rmin， 角速度ω 1，摆杆长度l以 及摆杆回转中心与凸轮 回转中心的距离d，摆杆 角位移方程，设计该凸 d 轮轮廓曲线。
4’ 3’ 2’ 1’ 1 2 3 4
A l
φ1
A1 ω 1
5’ 6’
7’ 8’ 5 6 7 8
A8
B’2 φ2 B’1 A2 B’3 B B2 B3 B 1 B’φ3 4 ω rmin 1 120° 4 B A3 90 ° B8 60 ° B5 B6 B’6
φ4
B’5 A4
A7
φ7
A6
B7 B’7
φ6
A
φ5
机械设计基础 —— 凸轮机构及间歇运动机构
4-4 凸轮机构设计中应注意的问题
一、压力角与凸轮的基圆半径 压力角α：从动件上受力方向与运动方向所夹的锐角。 受力分析（不计凸轮与从动件的摩擦）： α = α(t) Fy= Fn cosα Fx= Fn sinα
项目3凸轮与间歇运动机构
15，20， 20Mn2,20Cr,20CrMnTi GCr15 T10,T10A 38CrMoAl,35CrAl 滚子 20Cr,18CrMnTi T8,T10,GCr15 45,40Cr
一般精度仿形靠 模凸轮 高精度仿形靠模 凸轮 与钢制凸轮相配 与铸铁或钢制凸 轮相配 与铸铁凸轮相配
3.6 基础练习 1.凸轮机构的优缺点是什么？为什么凸轮机构在自动机械中得到了广泛的应用？ 2.比较顶尖、滚子和平底从动件的优缺点及应用场合？ 3.从动件的常见运动规律由哪几种？这种运动规律的动作适用哪种场合？ 3.7 实训提升 —— 请分析下图凸轮机构实现的输入与输出运动形态
图 3.1
内燃机配气机构
1.3 相关知识点 1.3.1 内燃机工作时进出气门的工作过程描述 当发动机启动，启动马达带动曲轴旋转，随着活塞正常运转后，凸轮轴随即通过链条 获得由曲轴输出的旋转动力，凸轮推动进、排气门上下往复式运动，形成开闭状态来吸入新 鲜空气或释放燃烧后的废气。由于在凸轮两侧布置着进、排气门，所以当凸轮每旋转一周则 会分别控制进、排气门各自开启一次，而当凸轮轴上的凸轮旋转脱离气门瞬间，气门就会失 去推动力然后自动由弹簧关闭严密。在我们常见的四冲程（进气、压缩、做功、排气）发动 机中，进、排气门仅分别在进气和排气冲程时开启，而在每个进、排气循环过程中，控制进、
图 3.15
手动补鞋机外形与机构图
1.5 案例分析 下图是非规则表面常用的仿形加工机器——电动配钥匙机， 原版钥匙就类似一个扁平的 凸轮， 待配的钥匙被磨切削的轨迹与原版钥匙的齿形相对应。 几个来回就能磨削成一样的形 状，请分析其工作特点。
图 3.16
电动配钥匙机
1.6 知识拓展——凸轮机构的材料 凸轮机构是一种高副运动机构，其点线接触的特点，使我们选择材料的着眼点。从工 程实例看， 凸轮机构失效的主要形式是凸轮与从动件接触表面的疲劳点蚀和摩擦磨损。 因此 凸轮副材料应具有足够的表面接触强度和良好的耐磨性； 同时考虑到运动过程中， 从动件加 速度存在有限突变，会产生柔性冲击，材料必须由较好的韧性，不能脆硬。在工程设计中， 一般根据经济性获取材料，后辅以热处理的方式，来进行选材。 零件名 凸轮 材料 HT250,HT300, QT450-10,QT500-7 QT600-3,QT700-2,QT800 -2,QT900-2 45,40Cr,45Mn2 热处理 退火 等温淬火 HRC45~50 正火 使用场合 低速、轻载、大 型低精度凸轮 中速、中载、中 等精度的凸轮轴 低速、轻载、精 度较低的一般凸轮
凸轮与间歇运动机构
根据工作要求选择适当的凸轮和间歇运动机构类型，进行运动学和动力学分析， 确定机构尺寸参数，进行强度、刚度和稳定性校核，优化设计方案。
凸轮与间歇运动机构选型依据
01
02
03
04
工作要求
明确机构需要实现的运动规律 、精度、速度、加速度等性能
指标。
机构特性
了解不同类型凸轮和间歇运动 机构的运动特性、优缺点及适
凸轮机构作用
通过凸轮的旋转或往复运动，推 动从动件按预定规律运动，实现 机械自动化和精确控制。
凸轮类型与特点
01
02
03
盘形凸轮
凸轮形状为圆盘形，具有 结构简单、紧凑、易于加 工和维修方便等特点。
移动凸轮
凸轮作往复直线运动，从 动件通过导轨或导槽与凸 轮接触，实现直线或曲线 运动。
圆柱凸轮
凸轮形状为圆柱形，从动 件沿凸轮轮廓作曲线运动， 适用于空间复杂运动。
凸轮与间歇运动机构
目 录
• 凸轮机构基本概念与分类 • 间歇运动机构概述及分类 • 凸轮与间歇运动机构组合设计 • 凸轮与间歇运动机构性能分析 • 凸轮与间歇运动机构应用领域探讨 • 总结与展望
01 凸轮机构基本概念与分类
凸轮机构定义及作用
凸轮机构定义
由凸轮、从动件和机架三个基本 构件组成的高副机构。
动力传递效率评估
评估凸轮机构在动力传递 过程中的效率，优化机构 设计以提高动力传递效率。
精度与稳定性评估
凸轮加工精度控制
控制凸轮的加工精度，确保凸轮轮廓曲线的准确性和一致性。
从动件定位精度评估
评估从动件在间歇运动过程中的定位精度，确保从动件能够准确地 停留在预定的位置上。
机构稳定性分析
机械基础下册 第一篇 第三章 凸轮机构和间歇运动机构
◇ 尖顶从动件（图3-3） ◇ 滚子从动件（图3-1b) ◇ 平底从动件（图3-2）
Machinery Foundation
第3章 凸轮机构和间歇运动机构
3.2 从动件常用的运动规律及其选择
Machinery Foundation
第3章 凸轮机构和间歇运动机构
3.2 从动件常用的运动规律及其选择
Machinery Foundation
第一篇 机构及机械零件基础
第3章 凸轮机构和间歇性运动机构
第3章 凸轮机构和间歇运动机构
目录
3.1 凸轮机构的应用和分类 3.2 从动件常用的运动规律及其选择 3.3 用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线 3.4 凸轮机构基本尺寸的确定 3.5 间歇运动机构
Machinery Foundation
3.2 从动件常用的运动规律及其选择
图3-5 凸轮与从动杆的运动关系
r min： 基圆半径
1 ：匀角速
h ：升距
t ：推程角
：远休止角 s
h ：回程角
' s
：近休止角
Machinery Foundation
第3章 凸轮机构和间歇运动机构
3.2 从动件常用的运动规律及其选择
常用从动件运动规律
图3-9 反转法原理
Machinery Foundation
第3章 凸轮机构和间歇运动机构
3.3用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线
（一）尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制 几何法步骤 第一步 选择适当的比例尺 ，取横坐标表示凸轮的转角，
纵坐标表示从动件的位移
第二步 按区间等分位移曲线横坐标值，确定从动件的相
优点
结构简单、紧凑，工作可靠
凸轮及间歇运动机构
• 设计：凸轮轮廓线
0
120 60 0
90 0
求解步骤：
实际轮廓
① 定比例尺 ② 初始位置及推杆位移曲线
③ 确定推杆反转运动占据的各 位置
④ 确定推杆预期运动占据的各 位置
⑤ 推杆高副元素族
⑥ 推杆高副元素的包络线
90 0
压力角校核动画
3.1.6 凸轮的结构和材料
1．凸轮在轴上的固定方式
当凸轮轮廓尺寸接近轴的直径时;凸轮与轴可制作成一体;如左图 所示；当其尺寸相差比较大时;凸轮与轴分开制造;凸轮与轴通过键 联接;如右图所示；或通过圆锥销联接;如下图所示&
3.5 不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构
3.5.1 不完全齿轮机构
1．不完全齿轮机构的工作原理和类型
不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮机构演化而成的间 歇运动机构;其基本结构型式分为外啮合与内啮合两种;如 下图所示&
不完全齿轮内啮合机构动画
不完全外啮合齿轮机构动画
2.不完全齿轮机构的特点及用途
h
• 已知：r1 ;推杆运动规律;滚子
半径rk; 凸轮逆时针方向转动
• 设计：凸轮轮廓线
0
求解步骤：
① 定比例尺 ② 初始位置及推杆位移曲线
注：两条轮廓线;理论／实际 轮廓线 ① 实际轮廓线基圆rmin ② 理论轮廓线基圆r1 ③ 确定推杆反转运动占据的各位置 ④ 确定推杆预期运动占据的各位置 ⑤ 推杆高副元素族 ⑥ 推杆高副元素的包络线
等随时间t或凸轮转角d变化的关系图&
从动件常用的运动规律动画
1、等速运动规律
• 推程0≤ ≤ t
• 回程0≤ ≤ t’
s
位移
0
t
凸轮机构及间歇机构
rA ( rb2 e2 s)2 e2
A arctan
rb2 e2 arctan e
rb2 e2 s e
极坐标系 极轴 极点
极角 向径
A 0
O
A
A arctan
rb2 e2 e
arctan rb2 e2 s e
C0
C
rA ( rb2 e2 s)2 e2
K t d 21 t 2
2 / Z
槽轮
2
Z 2 2Z
单圆销外啮合槽轮机构的基本尺寸如上图示，其几何关系如下：
R a sin2 a sin( / Z ) s a cos2 a cos( / Z )
h s (a R r)
Z一般取4～6
二）棘轮机构
棘轮、棘爪、摇杆、机架、棘轮罩。
可以求得：
c0 h c1 4h / c2 2h / 2
s
h
2h 2
(
)2
v
4h 2
(
)
a
4h
2
2
同理可以求出回程的运动方程
这是n=2时从动杆的运规律图，
从图上可以看出：
1）位移曲线为凸轮转角的二
次函数，为抛物线方程。
2）有（0，A，B，C，D）五 点的加速度有突变，因而从动
' 件的惯性力也有突变。由于加 速度的突变为一有限值，故惯 性力的突变也是有限值，对凸 轮机构的冲击也是有限的，故
称为柔性冲击。
二）.简谐运动规律
在运动始末点（A、E点），加速度有变化 －柔性冲击，只适于中速；当从动件作连续升降循环运动时，加速度曲线连续，
无冲击，可用于高速凸轮机构。
s h (1 2
v h
2
cos sin
第三章-凸轮及间歇运动机构
转动。
2、槽轮机构的类型
外啮合 槽轮机构
内啮合 槽轮机构
2、槽轮机构的类型
2、槽轮机构的类型
3、槽轮机构的特点及应用
特点： （1）结构简单，尺寸小，效率高 （2）能平稳的间歇转位 （3）有柔性冲击，适用于中速场合
应用： 蜂窝煤制作机、六角车床刀架转位机构
（1）蜂窝煤制作机
单 销 四 槽 槽 轮 机 构
（2）六角车床刀架转位机构
单 销 六 槽 槽 轮 机 构
一、凸轮机构的分类
1 1、按凸轮的形状分 2 2、按从动件端部形状分
3、按保持接触方式分
4
1、按凸轮的形状分
盘形凸轮
1、按凸轮的形状分
移动凸轮
1、按凸轮的形状分
圆柱凸轮
2、按从动件端部形状分
2、按从动件端部形状分
2、按从动件端部形状分
3、按保持接触方式分
力 锁 合
形 锁 合
二、凸轮机构的特点
凸轮及间歇运动机构
本章教学内容 ◆ 凸轮机构的分类、特点及应用 ◆ 槽轮机构的原理特点及应用 ◆ 棘轮机构的原理特点及应用
凸轮机构
当凸轮连续转动 时，推动气阀有 规律的启闭气门。
凸轮机构
机床进刀机构
当圆柱凸轮回转 时，通过凹槽驱 动从动件摆动， 从而驱使刀架运 动。
由以上两个例子可知：
凸凸轮轮是机一构个的具组有成曲：线轮 廓•1或─凹凸槽轮的构件，它运 动时，借助凸轮的轮廓， 使•2从─动从件动实件现预期的运 动•3规─律机。架
1、结构简单、紧凑、设计方便
2、可以实现任意复杂的预期运动
3、承载能力小，易磨损
广泛应用
间歇运动机构工作原理
间歇运动机构工作原理
间歇运动机构是通过一种特殊的机构结构，使得输入运动能够被转化为间歇式的输出运动。
间歇运动机构通常由凸轮和连杆构成。
凸轮是一种具有非圆形曲线轮廓的旋转元件，通过与其他机构部件的接触，使得输出轴的旋转遵循一种特定的规律，实现间歇运动。
间歇运动机构的工作原理可以分为几个步骤：
1. 输入运动：通过输入轴（通常是电机）提供旋转动力，使得凸轮开始旋转。
2. 凸轮形状：凸轮具有特定的曲线轮廓，根据设计要求，可以是任意形状，例如圆形、椭圆形、心形等等。
凸轮的曲线轮廓决定了输出轴的运动规律。
3. 连杆传动：凸轮表面的曲线轮廓与连杆相接触，通过连杆的运动，将凸轮的旋转运动转化为线性或者角度变化的运动。
4. 输出运动：通过连杆的运动，将其传递给输出轴，实现间歇运动。
输出轴可以根据需求进行各种类型的运动，例如往复运动、旋转运动等。
5. 间歇控制：根据特定的需求，可以通过控制凸轮形状、连杆长度等参数，来控制输出轴的间歇运动规律，实现特定的功能。
总的来说，间歇运动机构通过凸轮和连杆的相互作用，将输入运动转化为间歇式的输出运动，实现特定的机械功能。
这种机构广泛应用于各种机械装置中，例如发动机的气门控制、自动化生产线的工件传送等。
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轮转角，则可得s与的关系曲线，如上右图，称之为从动
件位移线图。 位移线图(Displacement diagram)—反映了从动件的位移
s 随时间t 或凸轮转角 变化的规律。
速度线图(Velocity diagram)—反映了从动件的速度v 随
时间t 或凸轮转角 变化的规律。
•
以凸轮的转角（或对应的时间）为横坐
标，以从动件的位移为纵坐标所作的曲线，
称为从动件的位移曲线。同样可以作出从动
件的速度曲线、加速度曲线。
• 生产中对工作构件的运动要求是多种多样 的。
• 例如自动机床中用来控制刀具进给运动 的凸轮机构，要求刀具（从动件）在工作行 程时作等速运动（速度要求）。内燃机配气 凸轮机构，则要求凸轮具有良好的动力学性 能(主要是加速度要求)。在某些控制机构中则 只有简单的升距要求。
凸轮机构是含有凸轮的一种高副机构， 由凸轮、从动件和机架三个构件、两个 低副和一个高副组成的单自由度机构。
凸轮机构的组成 凸轮、从动件和机架三个基本构件。
机架3
从动件2
1 O1
凸轮机构的适用场合 广泛用于各种机械，特别是自动机
械、自动控制装置和装配生产线。
二．凸轮机构的分类
(一) 按凸轮的形状分为： 盘形、 移动、圆柱凸轮 ( 端面 ) 。
• 一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语 • 二、从动件运动规律 • 三、从动件运动规律的选择
一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语
基圆 基圆半径rb 推程 升距h
位移曲线
s
推程运动角
B
远停 远休止角s
B
h
回程
B0 S
rb
回程运动角
O
S S
360º
,t
近停
S
近休止角s
D
D0
从动件的运动线图(Diagram of motion)
盘形凸轮 Plate cam
移动凸轮 Wedge cam
圆柱凸轮 Cylindrical cam
(二) 按从动件的型式分：尖顶、滚子、
平底从动件。
尖顶从动件 Knife-edge follower
滚子从动件 Roller follower
平底从动件 Flat-face follower
(三) 按从动件的运动形式分
移动从动件 Reciprocating follower
摆动从动件 Oscillating follower
(四)按凸轮与从动件维持高副接触(封闭)的方式分
力封闭型s
弹簧力封闭
重力封闭
Force-closed by preloaded spring
Force-closed by gravity
加速度线图(Acceleration diagram)—反映了从动件的加
速度a 随时间t 或凸轮转角 变化的规律。
结论 凸轮轮廓曲线的形状决定了从动件的运动规律。要使从 动件实现某种运动规律，就要设计出与其相应的凸轮轮廓曲 线。
凸轮机构的运动学设计参数
推程运动角(Cam angle for rise) 远休止角(Cam angle for outer dwell)S 回程运动角(Cam angle for return) 近休止角(Cam angle for inner dwell)S 从动件的位移s、速度v、加速度
第4章 凸轮机构及间歇运动机构
§4－1 凸轮机构的应用和分类 §4－2 从动件的常用运动规律 §4－3 凸轮机构的压力角 §4－4 图解法设计凸轮的轮廓 §4－5 解析法设计凸轮的轮廓 §4－6 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和类型
• 一、凸轮机构的应用 • 二、凸轮机构的分类 • 三、凸轮机构的特点
形封闭型凸轮机构 Form-closed cams
凹槽凸轮机构 Plate-groove cam mechanism
等宽凸轮机构 Constant-breadth cam mechanism
形封闭型凸轮机构 Form-closed cam mechanism
等径凸轮机构
共轭凸轮机构
Conjugate yoke radial cam mechanism Conjugate cam mechanism
凸轮机构的基本尺寸 基圆(Base circle)半径rb 移动从动件凸轮机构的偏距(Offset distance)e 摆动从动件的杆长(Follower arm)l 中心距(Center distance)L
二、从动件运动规律
• 所谓从动件运动规律，是指从动件的位 移S、速度v、加速度a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，是凸轮设计的依据。
• 人们经过长期的理论研究和生产实践， 已经积累了能适应多种工作要求的从动件典 型运动特性的运动曲线，即所谓“常用运动 规律”。
• 凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律。 反之，从动件不同的运动规律要求凸轮具 有不同形状的轮廓曲线，也即是说，凸轮 轮廓曲线的形状取决于凸轮机构从动件的 运动参数。
• 设计凸轮机构时，通常只需根据工作要求， 从常用运动规律中选择适当的运动曲线。 在一般情况下，推程是工作行程，要求比 较严格，需要进行仔细研究。回程一般要 求较低，受力情况也比推程阶段有利，故 不作专门讨论。
三、凸轮机构的特点
• 1、优点： • 多用性和灵活性。只要设计出适当
的凸轮轮廓曲线，即可使从动件获得各 种预期的运动规律，并且结构简单、紧 凑、工作可靠。 • 2、缺点： • 凸轮轮廓曲线与从动件间为高副接 触（点或线），压强较大，容易磨损， 凸轮轮廓加工较困难，费用较高。
§4-2 从动件的常用运动规律
• 凸轮机构可将主动凸轮 的等速连续转动变为从动件 的往复直线运动或绕某定点 摆动，并依靠凸轮轮廓曲线 准确地实现所要求的运动规 律。
凸轮是由一种具有曲线轮廓或凹槽的构件， 多为主动件，通常作等速连续转动，从 动件作连续或间歇往复摆动、移动或平 面复杂运动。从动件的运动规律完全取 决于凸轮轮廓或沟槽的形状。
§4-1 凸轮机构的应用和类型
一、凸轮机构的应用
机架3 从动件2
1 O1
凸轮机构是机械中的一种常用机构，在自动 化和半自动化机械中应用非常广泛
凸轮机构应用举例
内燃机配气凸轮机构
自动机床进刀凸轮机构
冲床装卸料机构凸轮机构
绕线机凸轮机构
圆柱凸轮输送机
自动车床凸轮机构
• 具有曲线轮廓的构件， 称为凸轮，与凸轮保持接触 的杆，称为从动件或推杆。