机械设计基础第四章凸轮机构及其他常用机构
机械设计基础4 凸轮机构分析与设计习题作业及答案
项目一内燃机的机械系统结构分析任务四凸轮机构分析与设计习题4.1 试标出图4.20所示位移线图中的行程h、推程运动角Φ，远t休止角Φ，回程运动角hΦ，近休止角sΦ'。
s图4.20 题4.1图4.2 凸轮机构从动件常用的四种运动规律是哪些?哪些有刚性冲击？哪些有柔性冲击？哪些没有冲击？如何选择运动规律？4.3 设计凸轮机构时,工程上如何选择基圆半径?4.4 滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径如何度量?4.5什么是压力角？凸轮平底垂直于导路的直动从动件盘形凸轮机构的压力角等于多少?机构的压力角有何工程意义？设计凸轮时,压力角如何要求?4.6 平底从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓为什么一定要外凸？4.7 用作图法作出图示凸轮机构转过45°后的压力角。
图4.21 题4.7图4.8 已知基圆半径,250mm r =偏心距mm e 5=，以角速度ω顺时针转动，推程为mm h 12=。
其运动规律如下表。
设计偏心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓。
4.9 设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构, 凸轮转动方向及从动件导路位置如图4.22。
mm e 10=，mm r 400=，mm r T 10=，从动件运动规律同题4.8，试绘制凸轮轮廓。
图4.22 题4.9图项目一内燃机的机械系统结构分析任务四凸轮机构分析与设计习题答案4.1 解：如图。
题4.1答案图4.2 答: 凸轮机构从动件常用的四种运动规律是:①等速运动规律：从动件在推程开始和终止的瞬时，速度有突变，其加速度在理论上为无穷大，致使从动件在极短的时间内产生很大的惯性力，因而使凸轮机构受到极大的冲击。
是刚性冲击。
②等加速等减速运动规律：从动件在升程始末，以及由等加速过渡到等减速的瞬时，加速度出现有限值的突然变化，这将产生有限惯性力的突变，从而引起冲击。
是柔性冲击。
③余弦加速度运动规律：柔性冲击。
④正弦加速度运动规律：没有冲击。
在选择从动件的运动规律时,要综合考虑机械的工作要求、动力特性和加工制造等方面的内容。
机械设计基础第四章
对心尖端直动从动件 12 盘形凸轮机构
等速运动规律 等加速等减速运动规律 余弦加速度运动规律 正弦加速度运动规律
13
一、等速运动规律
h v2 常数 t1
h s2 v2 t t t1
a2 0
刚性冲击
14
从动件的速度有突变，加速度理论上
发生无穷突变，产生巨大的惯性力， 从而对凸轮机构造成强烈冲击。
轮廓的设计方法及步骤
凸轮机构的基圆半径与许用压力角有什么关系？ 棘轮机构和槽轮机构各有什么特点？ 槽轮机构有哪些主要参数？如何选取？
76
作业
85～86页： 4-2，4-3，4-4，4-5，4-9，4-11
77
rk＜ρmin时，可画出完整的轮廓曲线β’
49
rk＝ρmin时， ρ′=0
β’出现尖点 易磨损，从而改变预定的从动件运动规律
50
rk>ρmin时， ρ’<0 β’将出现交叉，在交 叉点以上部分的曲线 加工时将被切去，致 使从动件不能实现预 期的运动规律而发生 运动失真。
51
外凸时，rk min ,
3
内 燃 机 的 凸 轮 配 气 机 构
4
绕线机的凸轮绕线机构
5
缝纫机的凸轮拉线机构
6
移动凸轮机构
7
分类
按凸轮的形状分
盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
8
按从动件的结构型式分
尖顶从动件
构造简单、易磨损、用于仪表机构
滚子从动件
磨损小，应用广
平底从动件
受力小、润滑好，用于高速传动
9
按从动件的运动方式分
※ 从动件在反转时依次占据的位置均是偏距圆的切线55
机械原理第四章常用机构
B
B
AA
C γ
F”
FF”’ C γFα
F
F’
设计：潘存云
DD
当∠BCD最小或最大时，都有可能出现γmin
此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。
机构的传动角一般在运动链 最终一个从动件上度量。
B2
A
l1
B1
l l C2γ2
2γ1
设计：潘存云
C1
3
D
l4
死点特性
摇杆为主动件， F 且连杆与曲柄两 γ＝0 次共线时，有：
曲柄摇杆机构（crank-rocker)
何为曲柄摇杆机构？ 既有曲柄又有摇杆的机构。如下动画中，两个
连架杆中一个是曲柄，一个是摇杆。
曲柄摇杆机构（crank-rocker)
日常生活中常见的雷达、缝纫机等就是有曲柄 摇杆机构构成的。
双曲柄机构（double-crank)
何为双曲柄机构？ 两个连架杆都是曲柄的机构。如下动画
正弦机构
曲柄滑块机构的实例
内燃机实例
曲柄滑块机构的实例
往复式抽水机
运动副转化机构的演化
曲柄滑块机构
2
2
1 4
31
2
4
3
1
34
曲柄摇杆机构
曲柄移动导杆机构
三、曲柄摇杆机构的演化
（1）取不同构件为机架，曲柄摇杆机构、 双曲柄、双摇杆可以相互演化
2
1
3
4
曲柄摇杆
2
1
3
4
双曲柄
2
1
3
4
双摇杆
（2)曲柄存在的条件(GRASHOF)
滚子从动件
为减小摩擦磨损，在 从动件端部安装一个 滚轮，把从动件与凸 轮之间的滑动摩擦变 成滚动摩擦，因此摩 擦磨损较小，可用来 传递较大的动力，故 这种形式的从动件应 用很广。
机械设计基础练习题+答案解析
机械设计基础试题库第一章绪论机械设计概述一、判断(每题一分)1、一部机器可以只含有一个机构，也可以由数个机构组成。
……（√）2、机器的传动部分是完成机器预定的动作，通常处于整个传动的终端。
（×）4、机构是具有确定相对运动的构件组合。
………………………………（√）5、构件可以由一个零件组成，也可以由几个零件组成。
………………（√）6、整体式连杆是最小的制造单元，所以它是零件而不是构件。
……（×）7、连杆是一个构件，也是一个零件。
………………………（√）8、减速器中的轴、齿轮、箱体都是通用零件。
………………………………（×）二、选择(每题一分)1、组成机器的运动单元体是什么？（B）A．机构B．构件C．部件D．零件2、机器与机构的本质区别是什么？（A ）A．是否能完成有用的机械功或转换机械能B．是否由许多构件组合而成C．各构件间能否产生相对运动D．两者没有区别3、下列哪一点是构件概念的正确表述？（D）A．构件是机器零件组合而成的。
B．构件是机器的装配单元C．构件是机器的制造单元D．构件是机器的运动单元4、下列实物中，哪一种属于专用零件？（B）A．钉B．起重吊钩C．螺母D．键5、以下不属于机器的工作部分的是（D）A．数控机床的刀架B．工业机器人的手臂C．汽车的轮子D．空气压缩机三、填空(每空一分)1、根据功能，一台完整的机器是由（动力系统）、（执行系统）、（传动系统）、（操作控制系统）四部分组成的。
车床上的主轴属于（执行）部分。
2、机械中不可拆卸的基本单元称为（零件），它是（制造）的单元体。
3、机械中制造的单元称为（零件），运动的单元称为（构件），装配的单元称为（机构）。
4、从（运动）观点看，机器和机构并无区别，工程上统称为（机械）。
5.机器或机构各部分之间应具有_相对__运动。
机器工作时，都能完成有用的__机械功___或实现转换__能量___。
第二章平面机构的结构分析一、填空题(每空一分)2.两构件之间以线接触所组成的平面运动副，称为高副，它产生1个约束，而保留2个自由度。
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。
机械基础第4章
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4.1 平面四杆机构
• 2.导杆机构 • 导杆机构可以看成是通过改变曲柄滑动机构中固定件的位置演化而来
的。当曲柄滑块机构选取不同构件作为机架时，会得到不同的导杆机 构类型，见表4-4。
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4.2 凸轮机构
• 4.2.1 凸轮机构的类型及特点
• 如图4-18所示，凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。 其中，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，主动件凸轮通常作等 速转动或移动，凸轮机构是通过高副接触使从动件移动得到所预期的 运动规律。
第4章 常用机构
• 4.1 平面四杆机构 • 4.2 凸轮机构 • 4.3 间歇机构
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4.1 平面四杆机构
• 4.1.1 平面机构概述
• 在同一平面或相互平行平面内运动的机构称为平面连杆机构。平面连 杆机构是由一些刚性构件，用转动副或移动副相互连接而组成，并在 同一平面或相互平行平面内运动的机构。平面连杆机构的构件形状多 种多样，不一定为杆状，但从运动原理看，均可用等效的杆状构件替 代。
运动特点来工作的。
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4.3 间歇机构
• 4.3.3 不完全齿轮机构
• 不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮演变而成的一种间歇运动机构。 如图4-30所示，将主动轮的轮齿切去一部分，当主动轮连续转动时， 从动轮作间歇转动；从动轮停歇时，主动轮外凸圆弧和从动轮内凹圆 弧相配，将从动轮锁住，使之停止在预定位置上，以保证下次啮合。
4.3 间歇机构
• 4.3.2 槽轮机构
• 1.槽轮机构的组成和工作原理 • 图4-27所示为单圆销外啮合槽轮机构，它由带圆柱销的拨盘、具有径
向槽的槽轮和支撑它们的机架组成。在槽轮机构中，由主动拨盘利用 圆柱销带动从动槽轮转动，完成间歇转动。主动销轮顺时针作等速连 续转动，当圆销未进入径向槽时，槽轮因内凹的锁止弧被销轮外凸的 锁止弧锁住而静止；圆销进入径向槽时，两弧脱开，槽轮在圆销的驱 动下转动；当圆销再次脱离径向槽时，槽轮另一圆弧又被锁住，从而 实现了槽轮的单向间歇运动。
机械设计基础 第四章
(1) 盘形凸轮机构
盘形凸轮机构是最常见的凸轮机构， 其机构中的凸轮是绕固定轴线转动并具 有变化向径的盘形零件，如图4-2所示。
图4-2 内燃机配气机构
(2) 移动凸轮机构
当盘形凸轮的 回转中心趋于无穷 远时，凸轮不再转 动，而是相对于机 架作直线往复运动, 这种凸轮机构称为 移动凸轮机构(参见 图4-4)。
用光滑的曲线连接这些点便得到推程等加速段的位移线图，等
减速段的位移线图可用同样的方法求得。
等加速、等减速运动规律的位移、速度、加速度线图如图 4-10所示。由图4-10(c) 可知，等加速、等减速运动规律在运动 起点O、中点A 和终点B 的加速度突变为有限值，从动件会产生 柔性冲击，适用于中速场合。
4.3 盘形凸轮轮廓的绘制
凸轮轮廓的设计方法有作图法和解析法两种。其中，作图 法直观、方便，精确度较低，但一般能满足机械的要求；解析 法精确高，计算工作量大。本节主要介绍作图法。
4.3.1 凸轮轮廓曲线设计的基本原理
凸轮机构工作时，凸轮是运动的，而绘在图纸上的凸轮是静 止的。因此，绘制凸轮轮廓时可采用反转法。
s
2h
2 0
2
(4-2)
等加速、等减速运动规律的位移线图的画法为：
将推程角
0 两等分，每等分为
0 2
；
将行程两等分，每等分 h ，将 0 若干等分，
2
2
得点1、2、3、…，过这些点作横坐标的垂线。
将 h 分成相同的等分，得点1′、2′、3′、…，连01′、02′、
2
03′、…与相应的横坐标的垂线分别相交于点1″、2″、3″、…，
图4-5 平底从动件
3. 按从动件与凸轮保持接触的方式分
(1) 力锁合的凸轮机构
机械设计基础第4章
第四章凸轮机构在各种机器中，尤其是自动化机器中，为实现各种复杂的运动要求，常采用凸轮机构，其设计比较简便。
只要将凸轮的轮廓曲线按照从动件的运规律设计出来，从动件就能较准确的实现预定的运动规律。
本章将着重研究盘状凸轮轮廓曲线绘制的基本方法和凸轮设计中的相关问题。
§4—1 凸轮机构的应用与分类一、凸轮机构的应用凸轮机构的组成凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。
凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。
从动件是被凸轮直接推动的构件。
凸轮机构就是由凸轮、从动件和机架三个主要构件所组成的高副机构。
图4-1所示为内燃机配气凸轮机构。
当具有一定曲线轮廓的凸轮1以等角速度回转时，它的轮廓迫使从动作2（阀杆）按内燃机工作循环的要求启闭阀门。
图4-2为自动机床上控制刀架运动的凸轮机构。
当圆柱凸轮1回转时，凸轮凹槽侧面迫使杆2运动，以驱动刀架运动。
凹槽的形状将决定刀架的运动规律。
内燃机，配气机构凸轮一般作连续等速转动，从动件可作连续或间歇的往复运动或摆动。
凸轮机构广泛用于自动化和半自动化机械中作为控制机构。
但凸轮轮廓与从动件间为点、线接触而易磨损，所以不宜承受重载或冲击载荷。
凸轮机构的特点1)优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，且机构简单紧凑。
2)缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。
二、凸轮机构的分类凸轮机构的类型很多，通常按凸轮和从动件的形状、运动形式分类。
⒈按凸轮的形状分类（1）盘形凸轮它是凸轮的最基本型式。
这种凸轮是一个绕固定轴转动并且具有变化半径的盘形零件，如图4-1。
（2）移动凸轮当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮。
在以上两种凸轮机构中，凸轮与从动件之间的相对运动均为平面运动，故又统称为平面凸轮机构。
（3）圆柱凸轮(圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件，它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。
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
机械设计基础凸轮机构及其他常用机构
凸轮机构具有结构简单、紧凑、设计灵活等优点，能够实现精确的位移、速度 和加速度控制，因此在自动化生产线、内燃机、压缩机、印刷机等众多领域得 到广泛应用。
凸轮机构的应用领域
总结词
凸轮机构广泛应用于自动化生产线、内燃机、压缩机、印刷机等领域，用于实现 精确的往复运动或摆动。
详细描述
在自动化生产线中，凸轮机构可用于控制传送带的启停、进给等动作；在内燃机 中，凸轮机构用于控制气门的开闭和汽油的喷射；在压缩机中，凸轮机构用于驱 动活塞的往复运动；在印刷机中，凸轮机构用于控制印版的滚筒运动。
高效率原则
凸轮机构的设计应保证运动传 递效率高，减少摩擦和能量损 失。
可靠性原则
凸轮机构的设计应保证其具有 足够的强度和刚度，能够承受
工作载荷和冲击。
凸轮机构的设计步骤
分析运动需求
明确凸轮机构需要实现的运动规律， 如推程、回程和停歇等阶段的要求。
选择凸轮类型
根据运动需求选择合适的凸轮类型， 如盘形、圆柱形或圆锥形等。
优点是可实现多种复杂的运动规律和运动 轨迹；缺点是连杆的铰链处易磨损，且不 适合用于高速传动。
05
凸轮机构的设计与优化
凸轮机构的设计原则
功能需求原则
凸轮机构的设计应满足预定的 运动规律和动力要求，如位移 、速度和加速度等参数应符合
工作需求。
结构简单原则
凸轮机构的结构应尽量简单， 减少零件数量，降低加工难度 和成本。
03
常用机构介绍
常用机构介绍
• 请输入您的内容
04
凸轮机构与其他常用机构的比较
工作原理的比较
凸轮机构
通过凸轮的转动，使从 动件产生预期的运动规
律。
齿轮机构
机械设计基础第四章平面机构运动简图及自由度
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1）复合铰链
由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。
由m个构件组成的复合铰链应含有(m-1)个转动副。
两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束。每个 低副引入两个约束，每个高副引入一个约束。
设某平面机构，除机架外共有n个活动构件，又有pL个 低副和pH个高副，根据自由构件的自由度、运动副引入 的约束，活动构件之间的关系，可以得出平面机构自由 度的计算公式如下：
平面机构的自由度 F = 3n - 2PL – PH
一、构件及其自由度
一个自由构件作平面运动时， 具有三个独立运动；沿x轴和y轴 的移动以及绕垂直于xOy平面内 任一点A转动。
一个作平面运动的自由构件 具有三个自由度。
二、运动副与约束
运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。
运动副元素：两构件上参加接触而构成运动的部分， 如点、线、面。 约 束：两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受 到某些限制。
b.两构件上某两点间 的距离在运动过程中 始终保持不变时；
c.联接构件与被联接 构件上联接点的轨迹 重合时；
虚约束经常发生的场合：
d.机构中对运动不起作用的对称部分。
e.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副.
采用虚约束是为了改善构件的受力情况； 传递较大功率；或满足某种特殊需要。
例题1
n=8 Pl=11 Ph=1 F=1
§4.2.2 平面机构运动简图
机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表 示机构的运动特性，并按一定的比例画成的简单图形。并利 用机构运动简图对机构进行结构、运动和动力等分析。
机械设计基础-凸轮机构要点
第四章 凸轮机构凸轮机构在机械工程领域中有着广泛的应用，特别在印刷机、包装机械、纺织机以及各种自动机中应用更加普遍。
凸轮机构具有传动、导向和控制等功能。
当它作为传动机构时可以产生复杂的运动规律；当它作为导向机构时，则可以使执行机构的动作端产生复杂的运动轨迹；当它作为控制机构时，可以控制执行机构的工作循环。
凸轮机构还具有如下优点：高速时平稳性好，重复精度高，运动特性良好，机构的构件少，结构紧凑体积小，刚性大，周期控制简单，可靠性好，寿命长。
随着工业自动化程度的不断提高，凸轮机构的应用也日益广泛。
本章从讨论凸轮机构的特点和应用入手，介绍凸轮机构的分类，从动件常用的运动规律，凸轮轮廓设计及凸轮机构设计的几个基本问题。
4.1 凸轮机构的应用及分类凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它与从动件通过高副接触，使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。
4.1.1 凸轮机构的应用与构成在自动机械中，广泛应用着各种凸轮机构，它的作用主要是将凸轮(主动件)的连续转动转化为从动件的往复移动或摆动。
例如：（1）图4-1所示的为单张纸胶印机中用于输送纸张的分纸吸嘴机构，当凸轮连续转动时，从动件(吸嘴)上下往复移动。
当吸嘴下降到接近纸堆表面时，旋转气阀控制吸嘴吸气从而吸住纸堆最上面的一张纸，当凸轮继续转动时，吸嘴带纸上升并将纸交给递纸吸嘴，如此反复，完成纸张的逐张分离。
（2）图4-2所示的为一自动车床的进刀机构。
当圆柱凸轮1回转时，经滚子4带动从动件2绕A 点作往复摆动，通过扇形齿轮和齿条的啮合使刀架3进刀或退刀。
进刀和退刀的运动规律取决于凹槽曲线的形状。
从以上实例可以看出，凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架构成，通常凸轮作匀速转动。
当凸轮作匀速转动时，从动件的运动规律(指位移、速度、加速度与凸轮转角(或时间)之间的函数关系)1234图4-1 胶印机分纸吸嘴机构 1—凸轮；2—从动摆臂；3—分纸吸嘴；4—弹簧 312A4图4-2 进刀机构 1—圆柱凸轮；2—从动件；3—刀架；4—滚子取决于凸轮的轮廓曲线形状。
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
中职教育-《工程机械基础》课件：第四章 常用机构(人民交通出版社).ppt
2. 从动件的运动规律 (1)等速运动规律。 当凸轮作等角速度旋转时，从动件上升或下降的速度为一常数，这种运动规律称为 等速运动规律。 ① 位移曲线(Ｓ- δ 曲线)。 如图4-9所示，若从动件在整个升程中的总位移为ｈ，凸轮上对应的升程角为 δ０，那么由运动学可知，在等速运动中，从动件的位移Ｓ与时间ｔ的关系为 Ｓ＝ｖ·ｔ 凸轮转角 δ 与时间ｔ的关系为
位置所夹的锐角，用 θ 表示，如图４-３所示。
图４-３ 曲柄摇杆机构
急回特性指空回行程时的平均速度大于工作行程时的平均速度的特性。 机构的急回特性可用行程速比系数Ｋ表示。
K
v2 v1
t1 t2
180 180
极位夹角 θ 越大，机构的急回特性越明显。
曲柄摇杯机构中，当曲柄 AB 沿顺时针方向以等角速度 ω 转过 ϕ１ 时，摇 杆CD自左极限位置C１D 摆至右极位置C２D，设所需时间为ｔ１，C 点的平均速 度为 V１；而当曲柄 AB 再继续转过 ϕ２ 时，摇杆 C D 自 C２Ｄ 摆回至 C１D，设 所需的时间为ｔ２，C点的平均速度为Ｖ２ 。由 于 ϕ１>ϕ２，所以ｔ１>ｔ２，Ｖ２ >Ｖ１ 。由此说明:曲柄ＡＢ虽作等速转动，而摇杆ＣＤ空回行程的 平均速度却 大于工作行程的平均速度，这种性质称为机构的急回特性。
图4-5 铰链四杆机构的死点应用 １-手柄 ;２-工件
第二节 凸轮机构
一、凸轮机构概述 凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成 (图４-６)。 凸轮是主动件，从动件的运 动规律由 凸轮轮廓决定。 凸轮机构是机械工程中广泛应用的一种高副机构。 凸轮机构常用于低速、轻载的自动机或自动机的控制机构。 图４-７所示为汽车内燃机的配气机构，当凸轮１ 转动时，依靠凸轮的轮廓， 可以迫使 从动件气阀２向下移动打开气门(借助弹簧的作用力关闭)，这样就可以 按预定时间打开 或关闭气门，以完成内燃机的配气动作。
第四章-凸轮机构解读
首先,作出理论廓线
B
o
理论廓线与实际廓 线是两条平行线
o
B T
滚子与实际廓线的接 触点T不一定在滚子中 心与导路的方向线上。
所以不能用理论廓 线的各点向径OB减
o 去滚子半径rT，求实
际廓线.
n
B
d
T
3、平底从动件
（1）取平底与导路的交点B0为参考点 （2）把B0看作尖底，运用上述方法找到B1、B2… （3）过B1、B2…点作出一系列平底，得到一直线族。 作出直线族的包络线，便得到凸轮实际轮廓曲线。
s) cos s)sin
式2
（2）摆动从动件盘形凸轮机构
摆动滚子从动件盘形凸轮机构。仍用反转法使凸轮固定不动，而
从动件沿-ω方向转过角度，滚子中心将位于B点。B点的坐标，
亦即理论廓线的方程为：
x y
a cos a sin
l l
cos( sin(
0 0
3、还有5次多项式等其他的多项式运动规律，但多项式的次数 一般不超过7次。
4、为了获得更好的运动特征，可以把上述几种运动规律组合 起来应用。组合时，两条曲线在拼接处必须保持连续。
§4-3 凸轮轮廓的设计
设计方法：作图法，解析法
已知 0 , e, S , 转向。作图法设计凸轮轮廓
一、直动从动件盘形凸轮机构反转法
缺点
(1) 高副接触，传力小，易磨损。 (2) 不易保持高副接触。 (3) 加工较困难。 (4) 从动件的行程不能过大。
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凸轮机构的设计任务
为满足凸轮机构的输出件提出的运动要求、动力 要求等，凸轮机构的设计大致可分成以下四步：
国家开放大学《机械设计基础》形考任务1-4参考答案
国家开放大学《机械设计基础》形考任务1-4参考答案形考作业1第1章 静力分析基础1．取分离体画受力图时，（CEF）力的指向可以假定，（ABDG）力的指向不能假定。
A．光滑面约束力B．柔体约束力C．铰链约束力D．活动铰链反力E．固定端约束力F．固定端约束力偶矩G．正压力2．列平衡方程求解平面任意力系时，坐标轴选在(B）的方向上，使投影方程简便；矩心应选在(G）点上，使力矩方程简便。
A．与已知力垂直B．与未知力垂直C．与未知力平行D．任意E．已知力作用点F．未知力作用点G．两未知力交点H．任意点3．画出图示各结构中AB构件的受力图。
参考答案：4．如图所示吊杆中A、B、C均为铰链连接，已知主动力F＝40kN,AB＝BC＝2m,α＝30︒.求两吊杆的受力的大小。
参考答案：列力平衡方程：ΣFx=0又因为AB=BCF A ﹒sinα=FC﹒sinαF A =FCΣFY=02FA﹒sinα=F∴FA =FB=F/ 2sinα=40KN第2章 常用机构概述1．机构具有确定运动的条件是什么?参考答案：当机构的原动件数等于自由度数时，机构具有确定的运动。
2．什么是运动副？什么是高副？什么是低副？ 参考答案：使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联结，称为运动副。
以点接触或线接触的运动副称为高副，以面接触的运动副称为低副。
3．计算下列机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。
参考答案：（1）n=7,P L =10,P H =0 F=3n-2P L -P H=3×7-2×10-0=1C 处为复合铰链 （2）n=5,P L =7,P H =0 F=3n-2P L -P H =3×5-2×7-0 =1（3）n=7,P L =10,P H =0 F=3n-2P L -P H=3×7-2×10-0 =1（4）n=7,P L =9,P H =1 F=3n-2P L -P H =3×7-2×9-1 =2E、Eˊ有一处为虚约束，F 为局部自由度第3章 平面连杆机构1．对于铰链四杆机构，当满足杆长之和的条件时，若取___为机架，将得到双曲柄机构。
汽车机械基础4.常用机构
4.1 平面连杆机构
三、平面四杆机构的性质
3.死点位置
如图A，若摇杆为主动件，则当摇杆处于两个极限位置时，连杆与曲柄共线， 此时传动角γ =0°。 主动件摇杆CD通过连杆作用于从动曲柄AB上的力，恰好通过曲柄的回转中心A， 所以理论上不论作用多大的力，均不能使曲柄AB转动，因而产生“顶死”现象 如图b所示的偏置曲柄滑块机构，当滑块主动并处于极限位置（C1，C2）时， 机构的这种状态位置称为死点位置。
4.1 平面连杆机构
一、铰链四杆机构
最基本的是铰链四杆机构，即四个杆全部用铰链（转动副）连接的平面四杆机构 机架——机构中固定不动的杆，如图中的杆4。 连架杆——与机架直接连接的杆，如图中的杆1和杆3。 连杆——机构中不与机架直接连接的杆，如图的杆2。
在铰链四杆机构中，连杆通常做平面运动，连架杆1和3绕各自的回转中 心A和D转动。其中能做整周回转运动的连架杆称为曲柄；而仅能在一定 角度范围内摆动的连架杆称为摇杆。
4.1 平面连杆机构
一、铰链四杆机构
1. 曲柄摇杆机构 一个连架杆做循环整周运动，而另一连架杆做摆动
构件AB可作整圈的转动，构成曲柄；天 线3作为机构的另一连架杆可作一定范 围的摆动，构成摇杆；随着曲柄的缓缓 转动，天线仰角得到改变。
随着电动机带着曲柄AB 转动，刮雨胶与摇杆CD 一起摆动，完成刮雨功 能。
当两曲柄的长度相等且平行布置时，成为平行双曲柄机构
路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点
车门的启闭机构利用了两曲柄反向转动的特点
4.1 平面连杆机构
一、铰链四杆机构
3.双摇杆机构 两根连架杆均只能在不足一周的范围内运动的铰链四杆机构称为双摇杆机构。
港口用起重机吊臂结构原理图 ABCD构成双摇杆机构，AD为机架，在主动摇杆AB的驱动下，随着机构 的运动连杆BC的外伸端点M获得近似直线的水平运动，使吊重Q能作水 平移动而大大节省了移动吊拌 爪与连杆一起作往复的摆动，爪 端点E作轨迹为椭圆的运动，实现 搅拌功能。 搅拌机
机械设计基础04常用机构ppt课件
间歇运动机构设计方法与步骤
设计步骤 1. 确定机构类型及基本参数
2. 进行运动学分析，确定主动件和从动件的运动规律
间歇运动机构设计方法与步骤
3. 进行动力学分析，确定机构 的受力情况
4. 根据分析结果，选择合适的 间歇运动机构类型并进行设计计
算
5. 绘制机构装配图和零件图， 并进行必要的校核和优化
配合紧凑，传动比大，适 用于垂直相交轴传动
齿轮传动比计算与效率评估
传动比计算
i=n1/n2=z2/z1（n1、n2为两齿轮转 速，z1、z2为两齿轮齿数）
效率评估
考虑齿轮副的啮合效率、轴承效率和 密封效率等因素，一般可达95%以上
05
间歇运动机构
间歇运动机构组成与工作原理
组成
主动件、从动件、停歇件、锁紧件等
工作原理
连杆机构通过各构件之间的相对运动 传递运动和动力，实现预期的机械运 动。
连杆机构类型及特点
类型
根据构件之间的相对运动关系，连杆机构可分为平面连杆机构和空间连杆机构 两大类。其中，平面连杆机构又可分为铰链四杆机构、曲柄滑块机构、导杆机 构等。
特点
连杆机构具有结构紧凑、传动平稳、能够实现多种复杂运动规律等优点。但同 时，也存在累积误差、运动精度不高等缺点。
发展前景
随着科技的不断进步和市场需求的不断增长，常用机构的应 用领域将不断扩大，同时对其性能和质量的要求也将不断提 高。未来，常用机构将更加注重创新设计和智能制造，以适 应不断变化的市场需求和行业发展趋势。
02
连杆机构
连杆机构组成与工作原理
组成
连杆机构由两个或两个以上的构件通 过运动副联接而成，各构件之间具有 确定的相对运动。
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§4—4 设计凸轮机构应注意的问题
一、滚子半径的选取 1 内凹轮廓曲线 2 外凸轮廓曲线
二、凸轮机构压力角
三、基圆半径的取值对凸轮机构的影响
一、滚子半径的选择 1. 凸轮理论轮廓的内凹部分
工作轮廓曲率半径 、理论轮廓曲率半径 与滚子半径 三 者之间的关系为：
理论轮廓
滚子
工作轮廓
2. 凸轮理论轮廓的外凸部分
机械设计基础第四章凸轮机 构及其他常用机构
§4—1 凸轮机构的应用和分类
一、凸轮机构的应用
广泛
二、凸轮机构的分类
凸轮机构分类
1、按两活动构件之间 平面凸轮机构 相对运动特性分类 空间凸轮机构
2、按从动件运动副 元素形状分类
尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件
3、按凸轮高副的锁 合方式分类
力锁合 形锁合
工作轮廓曲率半径 理论轮廓曲率半径 与滚子半径 三者之间 关系为：
§4—5 常用的间歇运动机构
一、棘轮机构 1 组成:棘轮;棘爪;机架;制动棘爪 2 分类:---单向棘轮
---双向棘轮 ---摩擦式棘轮
二、槽轮机构的组成及其工作原理
主动拨盘转动
从动槽轮
圆柱销进入径向槽
从动槽轮转动
锁止弧松开
锁止弧
盘形凸轮 移动凸轮
1、按两活动构件之间的相对运动特性分类
（1）平面凸轮机构
1）盘形凸轮
2）移动凸轮
（ 2）空间凸轮机构
2、按从动件运动副元素形状分类 （1） 直动尖顶从动件
对心直动尖顶从动件
偏置直动尖顶从动件
（2）直动滚子从动件 （3）直动平底从动件
根据运动形式的不同，以上三种从动件还可分为直动从 动件，摆动从动件，平面复杂运动从动件。
摆动尖顶从动件
摆动滚子从动件
凸轮机构的优缺点：
优点： 只要设计出适当的凸轮轮廓，即可使从动件实现
预期的运动规律；结构简单、紧凑、工作可靠。
缺点：
凸轮为高副接触（点或线），压强较大，容易磨 损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。
§4—2 从动件常用的运动规律及其选择
一、等速运动规律(刚性冲击,低速轻载) 二、等加速等减速运动规律(柔性冲击) 三、简谐运动规律(柔性冲击次数少) 四、正弦加速度运动规律(无刚性和柔性冲击)
冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值
、加速
度幅值
及其影响加以分析和比较。
对于高速凸轮机构，宜选择 。
值较小的运动规律 值较小的运动规律
§4—3 图解法设计凸轮轮廓
1 对心尖顶直动从动件的盘形凸轮 2 对心滚子直动从动件的盘形凸轮 3 对心偏置尖顶从动件的盘形凸轮 4 对心偏置滚子从动件的盘形凸轮 5 平底直动从动件的盘形凸轮
拨盘转过一周的时间为：
若拨盘上有k 个圆柱销，则拨盘 每转一周， k 次拨动槽轮。每次 拨动槽轮的运动时间为：
k 次拨动槽轮的运动时间为：
——槽轮径向槽数
要使槽轮运动，其运动时间 t2>0即 ：
时
（k=1～5)，
时
（k=1～3)，
时
（k=1～3)。
三、不完全齿轮机构
四、凸轮式间歇运动机构 结构简单;传动平稳;运转可靠
一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语
凸轮基圆半径 从动件推程
从动件回程
从动件远(近)休 推程运动角 回程运动角 远（近）休止角
二、从动件运动规律
等速运动规律
等加速等减速运动规律
余弦加速度（简谐）运动规律
正弦加速度（摆线）运动规律
3-4-5多项式运动规律
三、从动件运动规律的选择
在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性
拨盘转过角21
槽轮转过22
径向槽
圆柱销脱出径向槽 圆柱销
锁止弧
槽轮另一锁止弧被拨盘锁止弧锁住
拨盘转动、槽轮静止
主动拨盘
二、槽轮机构
1 工作原理组成:槽轮;拨盘;机架 2 槽轮机构的主要参数
----径向槽数 ----拨盘的圆柱销数 ----运动特性系数
1、槽轮机构的运动系数
拨盘转一周时，槽轮的运动时间t2与拨盘的运 动时间t1的比值为槽轮机构的运动特性系数。