凸轮机构和齿轮机构
运动副及其分类
运动副及其分类一、什么是运动副？运动副是指将输入的运动和力矩转换为输出运动和力矩的机械构件，一般由构件、轴承、密封元件、驱动元件等部分组成。
运动副广泛应用于机械设备、自动化生产线、机器人运动系统等领域，是现代工业自动化和智能制造的基础。
二、运动副的分类按结构形式可分为：平面机构、立体连接机构、滑块机构、曲柄摇杆机构、齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、链条机构、离合器及制动器、气动液压机构。
1. 平面机构平面机构一般由连杆、链条、凸轮等构件组成，是最基本的运动副之一。
平面机构广泛应用于加工机床、织布机床、高速操作设备等领域。
常见的平面机构有连杆机构、曲柄摇杆机构、滑块机构等，其中连杆机构最常见，一般由活塞齿轮、连杆和转动轴组成。
2. 立体连接机构立体连接机构是由三个或三个以上的构件组成，可以将输入运动和力矩转换为任意的输出运动和力矩。
常见的立体连接机构有球面机构、球面与曲柄连接等，是机器人运动系统和航天器设计中不可或缺的部分。
3. 滑块机构滑块机构一般由滑块、导轨和驱动部分组成，可将输入的运动转化为线性运动，是机床、自动化生产线、锻造机械等领域中非常重要的运动副。
常见的滑块机构有翼板机构、滑块摇杆机构、曲柄滑块机构等。
4. 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构一般由曲柄、连杆和摇杆组成，为机器人运动系统、汽车发动机等领域中广泛应用的运动副之一。
5. 齿轮机构齿轮机构是将输入的运动通过齿轮的啮合和转动进行传动和转换的运动副，广泛应用于机床、印刷设备、起重设备等领域中。
常见的齿轮机构有平齿轮和斜齿轮、齿轮副、行星齿轮副等，其中行星齿轮副常用于航空、航天和机器人的运动控制系统中。
6. 连杆机构连杆机构一般由连杆、转动轴和轴承等构件组成，可将一种转动运动转化为另一种转动运动或线性运动，是机床、铣床、锻造机械等领域中广泛应用的运动副之一。
7. 凸轮机构凸轮机构一般由凸轮、摇杆、轴承等构件组成，可以将输入的运动转化为线性或旋转运动，常用于窄幅生产线、高速运动设备等领域。
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。
行星齿轮及凸轮机构简介
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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：
不完全齿轮机构和凸轮式间歇机构
外啮合不完全齿轮机构
内啮合不完全齿轮机构
常用外啮合的形式
二、凸轮式间歇机构ห้องสมุดไป่ตู้
图4-14所示是一种圆柱凸轮式间歇运动机构。这种机构的主动 轮l为具有曲线沟槽的圆柱凸轮，从动件2则为均布有柱销3的圆 盘。当主动轮1转动时，拨动柱销3，使从动圆盘2作间歇运动。 这种机构常用在轻载情况下的间歇运动(如火柴包装机)，间歇 运动的频率每分钟可高达1500次左右。
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
曲线转直线的机构
曲线转直线的机构
将曲线运动转化为直线运动的机构在机械设计中具有广泛的应用，以下是其中一些常见的机构及其工作原理：
1. 曲柄滑块机构
曲柄滑块机构是一种常见的将旋转运动转化为直线运动的机构。
在曲柄滑块机构中，曲柄和滑块之间通过转动副连接，而滑块和固定杆（机架）之间通过移动副连接。
当曲柄绕固定点旋转时，滑块在移动副的作用下沿着直线方向移动。
这种机构广泛应用于各种冲压机械、压缩机、往复式发动机等领域。
2. 凸轮机构
凸轮机构由凸轮和从动件组成。
凸轮具有曲线轮廓或沟槽，从动件是移动构件。
当凸轮旋转时，其曲线轮廓或沟槽推动从动件沿着预定轨迹移动，从而实现将旋转运动转化为直线运动。
凸轮机构广泛应用于各种自动化装置、机床、纺织机械等领域。
3. 齿轮齿条机构
齿轮齿条机构由齿轮和齿条组成。
当齿轮旋转时，其齿与齿条的齿槽相啮合，从而推动齿条沿着直线方向移动。
齿轮齿条机构广泛应用于各种传动装置、机床、
机器人等领域。
4. 滚子丝杠机构
滚子丝杠机构由丝杠和滚珠或滚子组成。
当丝杠旋转时，滚珠或滚子在丝杠的螺旋槽内滚动，从而实现将旋转运动转化为直线运动。
滚子丝杠机构广泛应用于各种机床、工业机器人、精密传动装置等领域。
除了以上常见的机构外，还有一些其他形式的机构可以实现曲线转直线的运动转换，如连杆机构、链条传动机构等。
这些机构各有特点和适用范围，可以根据具体需求选择合适的机构来实现所需的运动转换。
同时，对于不同的曲线转直线运动转换需求，可能还需要进行特殊的设计和制造，以满足特定的运动轨迹、速度、加速度等要求。
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。
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。
齿轮及凸轮机构试题和答案
齿轮机构及其设计答案渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是: 两齿轮的模数相等和压力角相等。
一对平行轴斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是:两轮法面上的模数和压力角分别相等,螺旋角大小相等,方向相反(外啮合)或相同(内啮合),一对直齿圆锥齿轮传动的正确啮合条件是两轮大端的模数和压力角相等。
3.蜗杆蜗轮传动的正确啮合条件是 : 其中间平面内蜗轮与蜗杆的模数和压力角分别相等, 当两轴交错为90度时,还应使蜗杆的导程角等于涡轮螺旋角。
标准渐开线直齿圆锥齿轮的标准模数和压力角定义在大端。
一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动时，两轮的节圆总是相切并相互作纯滚动的，而两轮的中心距不一定总等于两轮的分度圆半径之和。
7．共轭齿廓是指一对能满足齿廓啮合基本定律的齿廓。
8. 用齿条刀具加工标准齿轮时，齿轮分度圆与齿条中线相切，加工变位齿轮时，中线与分度圆不相切。
被加工的齿轮与齿条刀具相"啮合"时，齿轮节圆与分度圆重合。
9. 有两个模数、压力角、齿顶高系数及齿数相等的直齿圆柱齿轮，一个为标准齿轮1，另一个为正变位齿轮2，试比较这两个齿轮的下列尺寸，哪一个较大、较小或相等:db1 = db2；da1 < da2；d1=d2；df1 < df2；sa1 > sa2；s1 > s2。
10. 标准齿轮除模数和压力角为标准值外，还应当满足的条件是分度圆上齿厚等于齿槽宽,即s=e 。
11. 斜齿轮在法面上具有标准模数和标准压力角。
12. 若两轴夹角为90度的渐开线直齿圆锥齿轮的齿数为Z1=25， Z2=40，则两轮的分度圆锥角= 32度 ; = 58度。
13. 一对直齿圆锥齿轮传动时的分度圆锥角应根据齿轮齿数和两轴交角来决定。
14. 如图所示两对蜗杆传动中，(a)图蜗轮的转向为逆时针；(b)图蜗杆的螺旋方向为右旋。
15. 用标准齿条型刀具加工标准齿轮时，其刀具的中线与轮坯分度圆之间做纯滚动.第二章答案：1）平面运动副的最大约束数为 2 ，最小约束数为 1 。
机械基础 第八章 凸轮机构
滚子 从动
图8-5 内燃机的配气机构
凸轮机构概述
凸轮机构是依靠凸轮轮廓直接与从动件接触，迫使从动件作有规律的直线往复运动（直动）或 摆动。这种直动或摆动的运动规律决定了所需凸轮的轮廓形状。
图8-5 内燃机的配气机构
如图8-5所示，为内燃机的配气 机构。当主动件凸轮回转时，使得 气门杆按照一定的要求作上下往复 运动，控制气门的开启与关闭，保 证发动机在工作中定时将可燃混合 气充入气缸，并及时将燃烧后的废 气排出气缸。
式分
滚子 从动
件
平底 从动
件
表8-1
图例
凸轮机构的类型
特点
（续表）
从动件的尖端能够与任意复杂的凸轮轮廓保持接 触，从而使从动件实现任意的运动规律。
构造最简单，但易磨损，只适用于作用力不大和 速度较低的场合（如用于仪表等机构中）。
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。
1.凸轮
图8-1 自动送料凸轮机构
这种自动送料凸轮 机构，能够完成输送毛 坯到达预期位置的功能， 但对毛坯在移动过程中 的运动没有特殊的要求。
凸轮机构概述
4.线轴
3.线
2.从动件
图8-2 绕线机构
1.凸轮
这种凸轮机构，在运 动中能够推动摆动从动 件2实现均匀缠绕线绳的 运动学要求。
凸轮机构概述
凸轮机构概述
如图8-6所示，为自动车床走刀机构，当具有曲线凹槽的 凸轮回转时，其曲线凹槽的侧面与从动件末端的滚子接触并驱 使从动件绕O点摆动，从动件另一端的扇形齿轮与刀架下的齿条 相啮合，使刀架实现进刀运动和退刀运动。
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。
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。
凸轮机构和齿轮机构
rmin rr
rmin<rr
一般推荐rT≤0.8ρ min。 为了避免出现尖点，一般要求ρ a>3～5mm。 为了结构紧凑可采用滚动轴承。
2、压力角
不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力（法向力） 与从动件上受力点速度方向所夹的锐角。
有效分力：F2 Fn cos 有害分力：F 1 F n sin
（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）。
h s2 2 1 cos 0
h1 v2 sin 2 0 0 2 h 12 a2 cos 2 2 0 0
常用从动见运动规律的比较
凸轮轴: 当凸轮的径向尺寸与轴的直径尺 寸相差不大时，凸轮与轴做成一体
整体式凸轮
可调式凸轮
7.4 CAD方法在凸轮轮廓曲线设计中 的应用
略
7.5 齿轮机构简介
齿轮传动是用来传递任意两轴间的运动和 动力的，它是应用最为广泛的一种机械传动。 (1) 主要优点 1)适用的圆周速度和功率范围广； 2)机械效率高；3)可实现准确的传动比、且传 动平稳；4)寿命长；5)工作可靠；6)可实现平 行轴、相交轴、交错轴之间的传动；7)结构紧 凑。 (2) 主要缺点 1)要求有较高的制造和安装精度， 成本相对较高；2)不适宜于远距离两轴之间的 传动。
第二章 常见典型机构
5）适用的圆周速度和功率范围广。
你或许拥有一块手表，或是拥 有一个闹钟，当打开机械式的 手表或闹钟的后盖时，就能看 到齿轮是怎样进行啮合传动的。
二、齿轮机构
下午3时3分
（1）按轴的相对位置分类
按轮齿方向
直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动 人字齿齿轮传动
齿 轮
两轴平行
按啮合情况
外啮合齿轮传动 齿轮齿条传动
第二章 常见典型机构
教 师：徐丽君 办公室：学9301-3
• 1.平面连杆机构 • 2.齿轮机构 • 3.凸轮机构 • 4.棘轮机构 • 5.轮槽机构 • 6.典型机构动画演示
一、平面连杆机构
平面连杆机构定义：
所有构件均作平行于某一平面的运动，且构件之间只有低副连接。
1、铰链四杆机构的组成
机 架——固定不动构件 连架杆——与机架以运动副相连的杆 曲 柄——能做整周转动 摇 杆——摆动一定角度 连 杆——不直接与机架相连的杆
皮革抛光机
（1）曲柄摇杆机构（crank-rocker)
双面刀刃灌木修剪机构
（2）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
（2）双曲柄机构（double-crank)
惯性筛机构
C
23
B 1
4D A
6E
（2）双曲柄机构（double-crank)
2
1
3
4
2
1
3
4
2
1
3
4
(b)不满足格拉肖夫判别式，以任何杆为机架，为双摇杆机构
4.平面机构的自由度
一个作平面运动的自由构件具有三个自由度，即沿X轴、Y轴的移动以及在 XOY平面内的转动。
机械设计基础知识点总结详解
适用标准机械设计根基知识点详解绪论、机器的特色：〔1〕它是人为的实物组合；〔2〕各实物间拥有确立的相对运动；〔3〕能取代或减少人类的劳动去达成有效的机械功或变换机械能。
第一章平面机构的自由度和速度剖析要求：握机构的自由度计算公式，理解的根基上掌握机构确立性运动的条件，娴熟掌握机构速度瞬心数的求法。
、根本观点运动副：凡两个构件直接接触而又能产生必定相对运动的联接称为运动副。
低副：两构件经过面接触构成的运动副称为低副。
高副：两构件经过点或线接触构成的运动副称为高副。
复合铰链：两个以上的构件同时在一处用展转副相联构成的展转副。
局部自由度：机构中常出现的一种与输出构件运动没关的自由度，称为局部自由度或剩余自由度。
虚拘束：对机构运动不起限制作用的重复拘束称为虚拘束或称悲观拘束。
瞬心：任一刚体相对另一刚体作平面运动时，其相对运动可看作是绕某一重合点的转动，该重合点称为刹时展转中心或速度瞬心，简称瞬心。
假如两个刚体都是运动的，那么其瞬心称为相对速度瞬心；假如两个刚体之一是静止的，那么其瞬心文档适用标准称为绝对速度瞬心。
、平面机构自由度计算作平面运动的自由构件拥有三个自由度，每个低副引入两个拘束，即便构件失掉两个自由度；每个高副引入一个拘束，使构件失掉一个自由度。
计算平面机构自由度的公式：F=3n-2PL-PH机构要拥有确立的运动，那么机构自由度数一定与机构的原动件数量相等。
即，机构拥有确立运动的条件是F>0,且F等于原动件个数。
、复合铰链、局部自由度和虚拘束(a)K个构件汇交而成的复合铰链应拥有(K-1)个展转副。
局部自由度固然不影响整个机构的运动，但滚子可使高副接触处的滑动摩擦变为转动摩擦，减少磨损，所以实质机械中常有局部自由度出现。
虚拘束对机构运动虽不起作用，可是能够增添构件的刚性和使构件受力均衡，所以实质机械中虚拘束随地可见。
、速度瞬心假如一个机构由K个构件构成，那么瞬心数量为N=K(K-1)/2瞬心地点的确定：双重合点相对速度方向，那么该两相对速度向量垂线的交点即是两构件的瞬心。
机械原理机构
机械原理机构机械原理机构是指由零件和连接它们的约束件组成的系统，它们之间通过相对运动来完成特定的功能。
机械原理机构是机械系统的基本组成部分，它们的设计和应用对于机械系统的性能和效率有着重要的影响。
机械原理机构可以分为平面机构和空间机构两大类。
平面机构是指所有零件的运动都在同一平面内进行，而空间机构则是指零件的运动不仅限于一个平面，还包括垂直于该平面的运动。
根据机构的功能和结构特点，可以将机械原理机构分为连杆机构、齿轮机构、凸轮机构等多种类型。
连杆机构是一种由连杆和连接它们的转动副或滑动副组成的机构。
它通过连杆的相对运动来完成转动或平动的功能。
常见的连杆机构包括曲柄滑块机构、摇杆机构等。
曲柄滑块机构是一种最简单的连杆机构，它由曲柄、连杆和滑块组成，通过曲柄的旋转驱动滑块的来回运动，常用于发动机的活塞运动机构中。
齿轮机构是一种利用齿轮传动来完成动力传递和速度变换的机构。
它由齿轮和连接它们的轴组成，通过齿轮的啮合来实现转速的变换和扭矩的传递。
齿轮机构在机械传动系统中有着广泛的应用，例如汽车变速箱、工业机械等。
凸轮机构是一种通过凸轮的轮廓来控制其他零件运动的机构。
凸轮的轮廓决定了其相对于连接件的运动规律，通过凸轮的旋转或者直线运动来驱动其他零件的运动。
凸轮机构常用于自动机械、数控机床等领域，用来实现复杂的运动轨迹和运动规律。
机械原理机构的设计和分析是机械工程领域的重要课题。
通过对机构的运动学和动力学分析，可以确定机构的运动规律和受力情况，为机械系统的设计和优化提供理论依据。
同时，对机械原理机构的研究也促进了机械工程领域的发展，推动了机械系统的创新和进步。
总的来说，机械原理机构是机械系统中的基础组成部分，它们通过相对运动来完成特定的功能，包括转动、平动、速度变换等。
不同类型的机械原理机构在机械系统中有着各自的应用和特点，其设计和分析对于机械系统的性能和效率有着重要的影响。
随着机械工程领域的不断发展，机械原理机构的研究也将不断深入，为机械系统的创新和发展提供更多的可能性。
凸轮机构的分类
凸轮机构是机械传动中常用的一种机构，它通过凸轮的旋转运动来实现机械零件的运动。
凸轮机构的种类很多，按照其结构和运动特点可以分为以下几类。
一、摇杆凸轮机构摇杆凸轮机构是最简单的凸轮机构之一，它由凸轮、摇杆和连接件组成。
摇杆的一端与凸轮相接触，另一端与被控件连接。
当凸轮旋转时，摇杆随之运动，从而带动被控件做相应的运动。
摇杆凸轮机构广泛应用于各种机械设备中，如汽车发动机中的气门机构、印刷机中的压印机构等。
二、滑块凸轮机构滑块凸轮机构由凸轮、滑块和连接件组成。
滑块与凸轮相接触，通过滑块的运动来带动被控件做相应的运动。
滑块凸轮机构具有结构简单、运动平稳等优点，广泛应用于各种机械设备中，如车床、钳工机床等。
三、曲柄凸轮机构曲柄凸轮机构由凸轮、曲柄、连杆和被控件组成。
曲柄与凸轮相接触，通过曲柄的旋转运动来带动连杆做相应的往复运动，从而带动被控件做相应的运动。
曲柄凸轮机构广泛应用于各种机械设备中，如汽车发动机中的连杆机构、农机中的割草机构等。
四、凸轮滚子机构凸轮滚子机构由凸轮、滚子和被控件组成。
滚子与凸轮相接触，通过滚子的滚动运动来带动被控件做相应的运动。
凸轮滚子机构具有运动平稳、噪音小等优点，广泛应用于各种机械设备中，如纺织机中的绞车机构、印刷机中的印刷机构等。
五、凸轮齿轮机构凸轮齿轮机构由凸轮、齿轮和被控件组成。
齿轮与凸轮相接触，通过齿轮的转动运动来带动被控件做相应的运动。
凸轮齿轮机构具有结构紧凑、运动平稳等优点，广泛应用于各种机械设备中，如汽车发动机中的凸轮轴机构、机床中的进给机构等。
六、凸轮链条机构凸轮链条机构由凸轮、链条和被控件组成。
链条与凸轮相接触，通过链条的运动来带动被控件做相应的运动。
凸轮链条机构具有结构简单、运动平稳等优点，广泛应用于各种机械设备中，如食品机械中的输送机构、纺织机中的绞车机构等。
总之，凸轮机构是机械传动中常用的一种机构，它具有结构简单、运动平稳等优点，广泛应用于各种机械设备中。
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第7章 凸轮机构和齿轮机构
图7-1所示为内燃机配气阀门控制凸轮， 凸轮连续 转动时， 从动件（气门）作断续往复运动， 从而控制 气门的开闭； 图7-2所示为自动车床送料机构， 当圆 柱形凸轮连续转动时， 从动杆——摆动杆作间歇式往 复摆动， 带动滑板往复摆动而完成送料动作。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
4. 按锁合方式分 锁合指保持从动件与凸轮的接触。 (1) 力锁合。 又称外力锁合。 利用弹簧力（见图 7-1）或从动件的重量（见图7-4）达到锁合目的。 (2) 形锁合。 又称几何锁合。 利用凸轮的沟槽形 状与从动件及保持接触（见图7-2）。 凸轮机构的形式与分类见表7-1。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
表7-1
凸轮机构的形式与分类
表7-1 凸轮机构的形式与分类
盘形凸轮机构
圆柱凸轮机构
移动凸轮机构
锁合方式
尖顶对心移动从动件 尖顶偏置移动从动件 尖顶摆动从动件
移动从动件
尖顶移动从动件
形锁合
滚子对心移动从动件 滚子偏置移动从动件 滚子摆动从动件
摆动从动件
滚子移动从动件
＋
平底对心移动从动件 平底偏置移动从动件 平底摆动从动件
s v
第7章 凸轮机构和齿轮机构
上式中， 由于v、 ω均为常数， 则s与δ成正比关系。 由此函数式可画出从动件的s-δ曲线（从动件位移线）， 见图7-5(b)。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
经过轮廓的CD段， 从动件由最高位置回到最低位置， 这个行程称为回程， 凸轮的转角δ2也称为回程角。 从 动件经过圆弧DA段又静止不动， DA称为近停程， 对 应的凸轮转角δ′2称为近停程角。
第7章 凸轮机构和齿轮机构来自h hA′2
rb
D
1 2 1′
s B
O
1
1′
2
2′
图7-3 移动凸轮机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
(2) 移动凸轮。 由盘形凸轮演变而来， 凸轮作往 复移动(如图7-3所示)， 从而使从动件上下运动。
(3) 圆柱凸轮。 由移动凸轮演变而来， 如图7-2所 示， 凸轮作空间回转运动。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
3. 按从动件端部结构分 (1) 尖顶从动件。 这种从动件结构简单， 能与复杂的凸轮轮廓曲线 保持紧密接触， 故可实现复杂的运动规律。 但尖顶易 磨损， 只能用于轻载低速场合， 如图7-4(a)所示。 (2） 滚子从动件。 这种凸轮机构不易磨损， 应用较广， 如图7-4(b) 所示。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
图7-1 内燃机配气机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
图7-2 自动车床送料机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
凸轮机构为高副机构。 其主要优点是： 只要设计出 合适的凸轮轮廓， 就能使从动件得到任意给定的运动规 律； 结构简单紧凑； 设计方便， 广泛用于各种自动机 械及自动控制中。 其缺点是从动件与凸轮接触处易磨损， 故承受载荷不能太大， 多作为控制及调节机构。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.1.2 凸轮机构的分类 凸轮机构的种类很多， 通常按以下分类。 1. 按凸轮形状分 （1） 盘形凸轮。 凸轮为变化半径的盘状零件，
如图7-1所示。 工作时， 从动件随凸轮半径的变化而 在垂直于凸轮轴线的平面内运动； 或随凸轮作往复摆 动或移动。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
(3) 平底从动件。 这种凸轮机构在传动中利于润滑， 且在从动件高 速运动中可形成油膜， 从而减小摩擦和磨损， 但凸轮 轮廓不能有凹形， 如图7-4(c)所示。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
(a)
(b)
(c)
图7-4 从动件与凸轮锁合形式 (a) 尖顶； (b) 滚子； (c) 平底
移动从动件
滚子摆动从动件
力锁合
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.2 从动件的常用运动规律
从动件的运动规律由凸轮的轮廓曲线所决定， 它 是指在凸轮作用下从动件所产生的位移s、 速度v、 加 速度a随凸轮转角δ或时间t而变化的关系， 并把这种关 系用函数或直角坐标系的线图表示。 当用线图表示时， 横坐标为δ或t， 纵坐标分别为s、 v、 a， 这些线图通 称为运动线图。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
图7-5（a）所示为尖顶对心移动从动件盘形凸轮 机构。 该凸轮的轮廓是根据图7-5(b)中从动件的位移线 图（s-δ图）绘制的。 在图7-5中， 以凸轮最小半径rb所 作的圆称为基圆， rb为基圆半径。 当凸轮按逆时针方 向转过δ1角时， 从动件被推到最高位置， 这个行程称 为推程， 角δ1为推程角， 从动件上升的最大位移通常 以h表示。 轮廓的BC段为圆弧， 凸轮转过这段弧时从 动件停止不动， 这个行程称为远停程， 对应的凸轮转 角δ′1称为远停程角。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.1 概述 7.2 从动件的常用运动规律 7.3 凸轮轮廓曲线的设计 7.4 CAD方法在凸轮轮廓曲线设计中的应用 7.5 齿轮机构简介 7.6 其他常用齿轮机构 7.7 蜗杆机构 习题7
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 凸轮机构是自动控制系统与自动机械的重要机构。
第7章 凸轮机构和齿轮机构
在一般的机械中， 从动件工作行程（又称推程） 的运动规律由机器工作过程的要求来决定； 而在空行 程（又称回程）时， 从动件的运动规律可根据机械的 动力性能或缩短空回时间的要求来确定。
当从动件的运动规律确定之后， 再按比例绘制出 从动件的运动线图， 在此基础上进行凸轮轮廓的设计。 可见， 从动件的运动线图是凸轮轮廓曲线设计的依据。 因此， 在设计凸轮机构之前， 必须首先了解从动件的 运动规律。
C
(a)
(b)
图7-5 凸轮机构与位移线图
第7章 凸轮机构和齿轮机构
7.2.1 等速运动规律 在图7-5（a）所示凸轮机构中， 凸轮以角速度ω
（为一常数）按逆时针方向转动， 当凸轮的转角从零 开始增加到δ1时， 从动件以速度v（为一常数）从起始 位置上升， 行程为h。 由运动学得知， 等速运动中， 从动件的位移s与时间t的关系为 s=vt ， 凸轮的转角δ 与时间t的关系为δ=ωt ， 由两式可得