05凸轮机构与工程材料.pptx

1 1基基 本本 要要 求求 1.1.了解了解凸轮机构凸轮机构的基本类型和应用。的基本类型和应用。2.2.了解凸轮机构从动件的常用运动规律。了解凸轮机构从动件的常用运动规律。3.3.掌握用图解法设计盘形凸轮轮廓的方法。掌握用图解法设计盘形凸轮轮廓的方法。4.4.掌握凸轮机构的掌握凸轮机构的压力角压力角与基圆半径的概念与基圆半径的概念与应用。与应用。5.5.了解棘轮机构和槽轮机构的工作原理、特了解棘轮机构和槽轮机构的工作原理、特点和应用。点和应用。6.6.了解不完全齿轮机构的工作原理。了解不完全齿轮机构的工作原理。2 2 10.1 10.1 凸轮机构的应用与分类凸轮机构的应用与分类 10.1.1 10.1.1 凸轮机构的组成凸轮机构的组成 凸轮机构凸轮机构是由是由凸轮、凸轮、从动件从动件和和机架机架三个三个基本构件基本构件组成的组成的高高副机构副机构。内内 燃燃 机机配气机构配气机构 3 3 凸凸轮轮是是该该机机构构的的主主动动件件，具具有有曲曲线线工工作作表表面面（即即曲曲线线轮轮廓廓和和凹凹槽槽）。通通常常作作连连续续等等速速转转动动（有有时时，作作往往复复直直线线移移动动）。从从动动件件的的运运动动是是由由凸凸轮轮给给予予的的，在在极极限限范范围围内内，按按要要求求作作一一定定规规律律的的运运动动。例例如如连连续续往往复复运运动动、间间歇歇运运动动、摆摆动动等等，即即可可使使从从动动件件作作连连续续的的或或不不连连续的任意预期运动续的任意预期运动。内燃机配气内燃机配气机构简图机构简图 4 4 10.1.2 10.1.2 凸轮机构的应用凸轮机构的应用 凸凸轮轮机机构构是是一一种种结结构构简简单单且且容容易易实实现现任任意意复复杂杂的运动规律的运动规律的的常用机构常用机构。利利用用凸凸轮轮轮轮廓廓曲曲线线可可使使从从动动件件实实现现各各种种给给定定的的运运动动规规律律。因因此此，凸凸轮轮机机构构在在多多种种机机械械，特特别别是是在在自动化和半自动化机械中自动化和半自动化机械中得到了广泛的应用。得到了广泛的应用。6.1.3 6.1.3 凸轮机构的分类凸轮机构的分类 1.1.按凸轮型式分按凸轮型式分 盘盘形形凸凸轮轮是是一一个个绕绕固固定定轴轴回回转转、工工作作轮轮廓廓具具有有不不同同曲率半径的盘形零件。是凸轮的最基本型式。曲率半径的盘形零件。是凸轮的最基本型式。移移动动凸凸轮轮是是相相对对于于机机架架作作往往复复直直线线运运动动。当当凸凸轮轮1 1在在其其他他机机构构带带动动下下左左右右移移动动时时，凸凸轮轮上上的的沟沟槽槽通通过过滚滚子子推推动从动件上下运动。动从动件上下运动。5 5 圆圆柱柱凸凸轮轮是是在在圆圆柱柱面面上上加加工工出出曲曲线线工工作作表表面面的的凸凸轮轮，也也可可视视为为将将移移动动凸凸轮轮卷卷成成圆圆柱柱体体而而绕绕一固定轴回转而构成的。一固定轴回转而构成的。移动凸轮机构移动凸轮机构 圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构 6 6 2 2按从动件型式分按从动件型式分直动直动摆动摆动凸轮机构凸轮机构盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮 运动形式运动形式工作端工作端 按凸轮型式分按凸轮型式分从动件型式分从动件型式分尖端尖端曲面曲面 滚子滚子平底平底 按按从从动动件件的的运运动动形形式式和和工工作作端端形形式式区区分分，从从动动件件可可直直动动或或摆摆动动，其其工工作作端端可可为为尖尖端端、滚滚子子、平平底和其他曲面。底和其他曲面。7 7 10.1.4 10.1.4 凸轮机构的特点凸轮机构的特点 1 1优优点点：从从动动件件可可实实现现任任意意的的运运动动规规律律；而而且且结构简单、紧凑结构简单、紧凑。2 2缺缺点点：由由于于是是高高副副接接触触，产产生生高高接接触触应应力力，易易磨磨损损；不不宜宜传传递递很很大大的的力力。此此外外，凸凸轮轮制制造造较较复复杂杂，精度要求高时需用数控机床加工。，精度要求高时需用数控机床加工。10.2 10.2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 10.2.1 10.2.1从动件的位移图线从动件的位移图线 分分析析机机凸凸轮轮构构的的工工作作原原理理可可知知，由由凸凸轮轮轮轮廓廓的的形形状状决决定定从从动动件件的的运运动动规规律律；而而设设计计凸凸轮轮机机构构时时，则则是是根根据据从从动动件件的的运运动动规规律律去去确确定定凸凸轮轮的的工工作作轮轮廓廓。8 8 从从动动件件位位移移图图线线是是指指从从动动件件的的位位移移S S和和凸凸轮轮转转角角的关系曲线。它是设计凸轮轮廓曲线的依据。的关系曲线。它是设计凸轮轮廓曲线的依据。9 9基基 本本 术术 语语 基圆：基圆：以凸轮轮廓的最小向径以凸轮轮廓的最小向径r rb b为半径绘制的圆。为半径绘制的圆。推推程程：当当凸凸轮轮以以匀匀速速角角速速度度逆逆时时针针转转过过0 0角角时时，从从动动件件被被凸凸轮轮推推动动，以以一一定定规规律律由由距距离离回回转转中中心心最最近近位置到达最远位置的过程。位置到达最远位置的过程。推程运动角：推程运动角：与推程对应的凸轮转角与推程对应的凸轮转角0 0。升程：升程：在推程中，从动件上升的距离在推程中，从动件上升的距离h h。远远休休止止角角：当当凸凸轮轮继继续续回回转转s s角角时时，从从动动件件在在最最远位置停留不动，远位置停留不动，s s称为远休止角。称为远休止角。回回程程：从从动动件件在在弹弹簧簧或或重重力力作作用用下下，以以一一定定运运动动规规律律（沿沿凸凸轮轮上上相相应应轮轮廓廓）由由最最远远位位置置回回到到最最近近位位置置的的过程。是推程的逆向运动。过程。是推程的逆向运动。近近休休止止角角：当当凸凸轮轮继继续续回回转转 s s角角时时，从从动动件件在在最最近位置停留不动，近位置停留不动，s s称为近休止角。称为近休止角。1010 凸凸轮轮轮轮廓廓形形状状决决定定了了从从动动件件的的位位移移图图线线。反反之之，从从动动件件不不同同的的运运动动规规律律要要求求凸凸轮轮具具有有不不同同形形状的轮廓曲线。状的轮廓曲线。1111 10.2.2 10.2.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 从从动动件件常常用用的的运运动动规规律律有有匀匀速速、匀匀加加速速匀匀减减速速、简简谐谐运运动动规规律律等等几几种种。以以简简谐谐运运动动规规律律为为主主介绍从动件的运动规律。介绍从动件的运动规律。1 1简谐运动（余弦加速度运动）简谐运动（余弦加速度运动）质质点点在在圆圆周周上上作作匀匀速速运运动动时时，它它在在该该圆圆直直径径上的投影所构成的运动称为上的投影所构成的运动称为简谐运动简谐运动。为为了了便便于于设设计计和和制制造造，通通常常把把从从动动件件的的运运动动规规律表示为凸轮转角律表示为凸轮转角的函数。的函数。1212 以以从从动动件件升升程程h h为为直直径径画画半半圆圆,将将该该半半圆圆分分成成n n等等分分(n6)(n6)，得得1 1、2 2、3 3、n n点。点。将将凸凸轮轮推推程程运运动动角角0 0也分成相应的等分。也分成相应的等分。从从圆圆周周上上各各分分点点作作水水平平线线，分分别别与与0 0角角各各对对应应分分点点的的垂垂线线相相交交，得得1 1、点。点。光光滑滑连连线线。把把上上述述交交点点连连成成的的光光滑滑曲曲线线便便是是从从动动件的位移图线。件的位移图线。由由加加速速度度图图线线可可知知，从从动动件件在在行行程程的的始始末末两两点点，加加速速度度出出现现有有限限值值的的突突变变，因因而而产产生生有有限限的的惯惯性性力力，引引起起所谓的所谓的“柔性冲击柔性冲击”。1313 2 2匀速运动匀速运动 当当凸凸轮轮等等速速运运动动时时，从从动动件件上上升升或或下下降降的的速速度度为为一一常常数数,这种运动规律称为这种运动规律称为匀速运动规律匀速运动规律。由由图图可可知知，从从动动件件在在运运动动开开始始和和终终止止时时的的瞬瞬时时速速度度有有突突变变，所所以以这这时时的的加加速速度度及及其其产产生生的的惯惯性性力力在在理理论论上上为为无无穷穷大大（由由于于材材料料有有弹弹性性变变形形，虽虽然然加加速速度度和和惯惯性性力力不不会会达达到到无无穷穷大大，但但仍仍很很大大），从从而而产产生生强强烈烈的的冲冲击击、噪噪声声、高高应应力力和和磨磨损损。这这种种冲冲击击称称为为“刚刚性性冲冲击击”。因因此此，匀匀速速运运动动规规律律只只适适用用于于低低速速轻载。轻载。1414 3 3匀加速匀减速运动（抛物线运动）匀加速匀减速运动（抛物线运动）这这种种运运动动规规律律在在一一个个行行程程中中，常常取取前前半半程程作作匀匀加加速速运运动动，后后半半程程作作匀匀减减速速运运动动，并并取取两两加加速速度度的的绝绝对对值值相相等等。采采用用此此运运动动规规律律可可使使凸凸轮轮机机构构的的动动力力特性有一定的改善特性有一定的改善。由由于于从从动动件件的的位位移移s s与与凸凸轮轮转转角角的的平平方方成成正正比比，其其位位移移曲曲线线为为一一抛抛物物线线，如如图图所所示示，当当转转角角为为1 1、2 2、3 3、4 4个个单单位位时时，位位移移的的比值为比值为1 1：4 4：9 9：1616。1515 由由图图可可知知，这这种种运运动动规规律律在在O O、A A和和B B各各点点处处加加速速度度出出现现有有限限值值的的突突变变，因因而而产产生生有有限限的的惯惯性性力力，引引起起“柔柔性性冲冲击击”。所所以以匀匀加加速速匀匀减减速速运运动动规规律律只只使使用用于于低、中速低、中速情况。情况。1616此此外外，为为了了使使加加速速度度曲曲线线保保持持连连续续而而避避免免冲冲击击，特特别别对对于于高高速速凸凸轮轮机机构构，工工程程中中还还采采用用正正弦弦加加速速度度（摆摆线运动）、线运动）、高次多项式高次多项式等运动规律。等运动规律。1717 10.3 10.3 图解法设计盘形凸轮轮廓曲线图解法设计盘形凸轮轮廓曲线 10.3.1 10.3.1反转法原理反转法原理凸轮机构工作时，若凸轮以角速度凸轮机构工作时，若凸轮以角速度回转。回转。在在设设计计凸凸轮轮时时，则则需需要要凸凸轮轮相相对对固固定定。根根据据相相对对运运动动原原理理，若若给给整整个个机机构构加加上上绕绕凸凸轮轮轴轴心心的的公公共共角角速速度度（-），机机构构各各构构件件间间的的相相对对运运动动不不变变。于于是是，凸凸轮轮变变成成不不动动，而而从从动动件件一一方方面面和和机机架架以以角角速速度度（-）绕绕轴轴心心转转动动，另另一一方方面面仍仍按按给给定定运运动动规规律律相相对对于于机机架架导导路路作作往往复复运运动动。由由于于尖尖端端始始终终与与凸凸轮轮轮轮廓廓保保持持接接触触，所所以以反反转转后后尖尖底底的的运运动动轨轨迹迹就就是是凸凸轮轮轮轮廓廓。这这种种设设计计凸凸轮轮轮轮廓廓曲曲线线的的方方法法称称为为反反转转法法，又又称称相相对对运运动法动法。1818 10.3.2 10.3.2对心直动尖底从动件盘形凸轮对心直动尖底从动件盘形凸轮 其其理理论论根根据据是是相相对对运运动动原原理理，在在整整个个机机构构上上附附加加公公共共角角速速度度后后，机机构构中中各各构构件件之之间间的的相相对对运运动关系仍保持不变。动关系仍保持不变。建建立立在在“反反转转法法原原理理”基基础础上上，根根据据从从动动件件的的位位移移图图线线和和所所确确定定（或或已已知知）的的基基圆圆半半径径绘绘制制凸轮轮廓的方法称为凸轮轮廓的方法称为“图解法图解法”。当当凸凸轮轮机机构构中中的的凸凸轮轮以以等等角角速速度度逆逆时时针针转转动动，凸凸轮轮基基圆圆半半径径为为r rb b；从从动动件件运运动动规规律律为为：推推程程运运动动角角120120o o，从从动动件件等等速速上上升升一一个个行行程程h h，远远休休止止角角6060o o，回回程程运运动动角角9090o o ，从从动动件件等等速速下下降降回回到到最最低低位位置置，近近休休止止角角9090o o，此此时时凸凸轮轮转转动动一一周周。试试设计凸轮的轮廓曲线。设计凸轮的轮廓曲线。1919 .根根据据已已知知条条件件（从从动动件件的的运运动动规规律律），选选取取长长度度比比例例尺尺和和角角度度比比例例尺尺（实实际际角角度度/图图样样线线性性尺尺寸寸）作作出出位位移图线。移图线。.将位移图线的推程和回程所对应的转角等分为若干将位移图线的推程和回程所对应的转角等分为若干等分（图中推程为四等分，回程为三等分）。等分（图中推程为四等分，回程为三等分）。2020 .用同样的比例尺，以用同样的比例尺，以O O为圆心，以为圆心，以 为半径作基圆。从动件导路与基圆的交点为半径作基圆。从动件导路与基圆的交点C C0 0（B B0 0）即为从）即为从动件尖底的起始位置。动件尖底的起始位置。2121 .确定从动件在反转运动中依次占据的各个位置。自确定从动件在反转运动中依次占据的各个位置。自OBOB0 0开始沿开始沿-方向量取凸轮各运动阶段的角度，并将转角与位方向量取凸轮各运动阶段的角度，并将转角与位移图线相同的等分。等分线与基圆相交移图线相同的等分。等分线与基圆相交C C1 1、C C2 2、C C3 3等点。等点。等分线表示从动件在反转运动中依次占据的位置线。等分线表示从动件在反转运动中依次占据的位置线。2222 ，点，点B B1 1、B B2 2、B B3 3，就是从动件尖底作复合运动，就是从动件尖底作复合运动时各点的位置，光滑连接各点即为所求凸轮轮廓曲线。时各点的位置，光滑连接各点即为所求凸轮轮廓曲线。.在等分线上，过在等分线上，过C C1 1、C C2 2、C C3 3各点分别向外按位移各点分别向外按位移曲线量对应的位移，得点曲线量对应的位移，得点B B1 1、B B2 2、B B3 3；即；即 232310.3.3 10.3.3 对心直动滚子从动件盘形凸轮对心直动滚子从动件盘形凸轮 滚滚子子中中心心的的运运动动规规律律与与尖尖底底从从动动件件尖尖底底处处的的运运动动规规律律相相同同，故故可可把把滚滚子子中中心心看看成成从从动动件件的的尖尖底底，按按上上述述方方法法先先求求得得尖尖底底从从动动件件的的凸凸轮轮轮轮廓廓线线，再再以以该该曲曲线线上上各各点点为为圆圆心心，用用滚滚子子半半径径r r为为半半径径作作一一系系列列圆圆，这这些些圆圆的的内内包包络络线线为为与与滚滚子子从从动动件件直直接接接接触触的的凸凸轮轮轮轮廓廓，称称为为凸凸轮轮工工作作轮轮廓廓。相相应应尖尖底底从从动动件件的的凸凸轮轮轮轮廓廓线线在在凸凸轮轮工工作作时时并并不不直直接接，而而与与滚滚子子接接触触，故故称为称为凸轮理论轮廓凸轮理论轮廓。2424 滚滚子子从从动动件件凸凸轮轮的的基基圆圆半半径径r rb b是是指指理理论论轮轮廓廓的最小向径。的最小向径。设设计计滚滚子子从从动动件件凸凸轮工作轮廓的步骤：轮工作轮廓的步骤：先先按按尖尖底底从从动动件件凸凸轮轮的的设设计计方方法法作作出出其其理理论轮廓论轮廓，再再根根据据滚滚子子半半径径作作出出理理论论轮轮廓廓的的法法向向等等距距曲曲线线，即即为为滚滚子子从从动动件件的凸轮的的凸轮的工作轮廓工作轮廓线。线。2525 滚子半径大小对凸轮实际轮廓线的形状的影响滚子半径大小对凸轮实际轮廓线的形状的影响 如如图图所所示示的的外外凸凸凸凸轮轮轮轮廓廓线线，工工作作轮轮廓廓的的曲曲率率半半径径a a等等于于理理论论轮轮廓廓曲曲线线曲曲率率半半径径与与滚滚子子半半径径之差之差，即，即a a=-r=-r。在在设设计计中中，若若rr，则则a a 00，工工作作轮轮廓廓为为一一光滑曲线光滑曲线，即下图所示。，即下图所示。2626 若若=r=r，则则a a =0=0，工工作作轮轮廓廓线线将将出出现现尖尖点点，如图如图b b，这种轮廓极易磨损，不能使用。，这种轮廓极易磨损，不能使用。若若rr，则则a a 00 0 2828 10.4 10.4 凸轮机构的压力角和基圆半径凸轮机构的压力角和基圆半径 基基圆圆半半径径r rb b是是凸凸轮轮轮轮廓廓设设计计中中的的一一个个重重要要参参数数，它它对对凸凸轮轮机机构构的的尺尺寸寸、受受力力、磨磨损损和和效效率率等等都都有有着着重重要要的的影影响响。基基圆圆半半径径是是预预先先选选定定的的，其其大小取决于凸轮轴的直径和许用压力角。大小取决于凸轮轴的直径和许用压力角。10.4.1 10.4.1压力角及其许用值压力角及其许用值 凸凸轮轮机机构构的的压压力力角角是是指指在在不不计计摩摩擦擦的的情情况况下下，凸凸轮轮对对从从动动件件的的作作用用力力方方向向（即即接接触触点点轮轮廓廓法法线线方向）与从动件运动方向之间所夹的锐角方向）与从动件运动方向之间所夹的锐角。压压力力角角是是衡衡量量凸凸轮轮机机构构传传力力特特性性好好坏坏的的一一个个重要参数。重要参数。2929 凸凸轮轮给给从从动动件件的的驱驱动动力力F Fn n将将沿沿法法线线nnnn方方向向，F Fn n可可分分解解为为沿沿从从动动件件运运动动方方向向的的有有用用分分力力F Fy y和和使使从从动动件件对对导导路路产产生生侧侧向向压压力力的的有有害分力害分力F Fx x 3030 当当F Fn n一一定定时时，压压力力角角越越大大，机机构构的的效效率率越越低低。当当F Fx x增增大大到到一一定定程程度度，致致使使它它产产生生的的摩摩擦擦阻阻力力F Ff f等等于于或或大大于于有有用用分分力力F Fy y时时，无无论论凸凸轮轮给给从从动动件件的的驱驱动力有多大，也不能使从动件运动。动力有多大，也不能使从动件运动。仅仅在在驱驱动动力力或或驱驱动动力力矩矩作作用用下下，所所引引起起的的摩摩擦擦使机构不能产生运动的现象称为使机构不能产生运动的现象称为自锁自锁。机构开始自锁时的压力角称为机构开始自锁时的压力角称为极限压力角极限压力角。为为了了保保证证凸凸轮轮机机构构能能顺顺利利地地工工作作，并并且且有有一一定定的的传传动动效效率率，必必须须对对压压力力角角加加以以限限制制。凸凸轮轮轮轮廓廓线线上上各各点点的的压压力力角角是是变变化化的的，故故设设计计凸凸轮轮机机构构应应使最大压力角不超过许用值使最大压力角不超过许用值，即，即 3131 许许用用压压力力角角远远小小于于极极限限压压力力角角，一一般般设设计计中中推推荐许用压力角荐许用压力角为：为：在直动从动件推程中，在直动从动件推程中，在摆动从动件推程中，在摆动从动件推程中，当当从从动动件件处处于于回回程程时时，由由于于从从动动件件实实际际上上不不是是由由凸凸轮轮推推动动，一一般般不不存存在在自自锁锁现现象象，故故通通常常规规定定直动从动件和摆动从动件回程时的许用压力角直动从动件和摆动从动件回程时的许用压力角 以以上上推推荐荐的的数数据据，当当采采用用滚滚子子从从动动件件、润润滑滑状状态态较较好好以以及及载载荷荷不不大大、转转速速不不高高时时，可可取取大大值值，否则取小值否则取小值。3232 凸凸轮轮轮轮廓廓画画好好后后，应应检检查查其其最最大大压压力力角角是是否否超超过过许许用用值值。用用图图解解法法检检验验压压力力角角时时，无无论论对对尖尖底底、滚滚子子或或斜斜平平底底从从动动件件，都都可可在在凸凸轮轮理理论论轮轮廓廓曲线比较陡的地方曲线比较陡的地方取若干点来进行检验。取若干点来进行检验。一一般般情情况况下下，最最大大压压力力角角位位于于从从动动件件位位移移图图线线的的拐拐点点处处，即即位位移移曲曲线线从从上上凸凸至至下下凹凹（或或反反之之）的的转转折折点点处处。所所以以，可可在在理理论论轮轮廓廓曲曲线线上上找找出出相相应应的的点点进进行行检检验验，若若最最大大压压力力角角maxmax超超过过许许用用值值，可可适适当当增增大大基基圆圆半半径径r rb b，使使maxmax减减小小，或或重重新新选选择从动件运动规律。择从动件运动规律。对对平平底底从从动动件件凸凸轮轮机机构构，凸凸轮轮对对从从动动件件的的法法向向力力与与从从动动件件该该点点速速度度方方向向平平行行，故故压压力力角角始始终终为为0 0，一般不会发生自锁一般不会发生自锁。3333 10.4.2 10.4.2 压力角与基圆半径的关系压力角与基圆半径的关系 从从动动件件位位移移S S2 2与与B B点点处处凸凸轮轮向向径径r r和和凸凸轮轮基基圆圆半半径径r rb b的关系的关系 凸凸轮轮上上B B点点的的速速度度与与从从动动件件上上B B点点的的速速度度在在接接触触点点的的速速度度在在法法线线上上的的分分量量应相等应相等 3434 当给定运动规律后，当给定运动规律后，1 1、2 2、s s2 2均为已知。均为已知。由上式可知，由上式可知，基圆的半径越小，则压力角越大基圆的半径越小，则压力角越大，若基圆半径过小，则压力角将超过许用值若基圆半径过小，则压力角将超过许用值，使，使得机构效率太低，甚至自锁。得机构效率太低，甚至自锁。在实际设计中应在在实际设计中应在保证最大压力角不超过许保证最大压力角不超过许用值的前提下减小凸轮机构的尺寸用值的前提下减小凸轮机构的尺寸，其基圆半，其基圆半径一般推荐为径一般推荐为 d d为凸轮轴直径为凸轮轴直径 3535 10.5 10.5 棘棘 轮轮 机机 构构 当机构的主动件连续运动时，从动件能产生当机构的主动件连续运动时，从动件能产生“动作动作停止停止动作动作”的运动，这类机构称为的运动，这类机构称为间歇运动机构间歇运动机构。棘轮机构棘轮机构是指能实现短暂停留的一种间歇运动是指能实现短暂停留的一种间歇运动机构。机构。通常，我们所讲的间歇运动机构通常，我们所讲的间歇运动机构不包括凸轮机不包括凸轮机构构。常用的间歇运动机构有常用的间歇运动机构有棘轮机构、槽轮机构和棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构不完全齿轮机构。3636 10.5.1 10.5.1 棘轮机构的组成和工作原理棘轮机构的组成和工作原理 常见的外啮合齿式棘轮机构主要由常见的外啮合齿式棘轮机构主要由棘轮、主动棘轮、主动棘爪、止回棘爪和机架棘爪、止回棘爪和机架组成。组成。3737 10.5.2 10.5.2 棘轮机构的调节棘轮机构的调节 棘棘轮轮机机构构中中的的棘棘轮轮的的转转向向及及转转角角不不能能改改变变，且且转转角角不不能能太太大大或或太太小小。在在实实际际应应用用中中，可可采采用用一些方法进行调节。一些方法进行调节。1 1利用调节摇杆控制棘轮转角利用调节摇杆控制棘轮转角 2 2利用遮板调节棘轮的转角利用遮板调节棘轮的转角 3 3利用多棘爪以适应较小的转角利用多棘爪以适应较小的转角 4 4利用双动棘爪以加大棘轮转角利用双动棘爪以加大棘轮转角 以以上上棘棘轮轮机机构构的的棘棘轮轮转转角角都都是是相相邻邻两两齿齿所所夹夹中中心心角角的的倍倍数数，即即棘棘轮轮的的转转角角只只能能有有级级地地改改变变。若若要实现转角的无级调节，可采用摩擦式棘轮机构。要实现转角的无级调节，可采用摩擦式棘轮机构。5 5摩擦式棘轮机构摩擦式棘轮机构3838 10.5.3 10.5.3 棘轮机构的特点和应用棘轮机构的特点和应用 齿齿式式棘棘轮轮机机构构具具有有结结构构简简单单、制制造造方方便便和和运运动动可可靠靠等等特特点点，在在各各类类机机械械中中有有较较广广泛泛的的应应用用。齿齿式式棘棘轮轮机机构构不不宜宜用用于于高高速速传传动动，也也不不宜宜直直接接用用在具有很大质量的轴上。在具有很大质量的轴上。棘棘轮轮机机构构 可可 实实 现现机机 械械 的的 间间歇歇 送送 进进、制制 动动 和和 超超越离合越离合。牛头刨床牛头刨床的示意图的示意图 3939 棘轮机构在棘轮机构在起重设备中，可起重设备中，可用于用于防止机构逆防止机构逆转的制动器。转的制动器。棘轮机构也棘轮机构也常在各种机构中常在各种机构中起起超越离合作用超越离合作用。起重设备中的防起重设备中的防逆转棘轮机构逆转棘轮机构 4040 10.6 10.6 槽槽 轮轮 机机 构构 槽槽轮轮机机构构是是指指能能实实现现从从动动件件较较长长时时间间停停留留的的间歇运动机构间歇运动机构。10.6.1 10.6.1 槽轮机构的组成与工作原理槽轮机构的组成与工作原理 一、槽轮机构的组成一、槽轮机构的组成单单圆圆销销外外啮啮合合槽槽轮轮机机构构 4141 槽轮机构槽轮机构由带圆销由带圆销A A的的拨盘拨盘(曲柄曲柄)1)1、具有径、具有径向槽的向槽的槽轮槽轮2 2及及机架机架等组成。拨盘上有一段等组成。拨盘上有一段外凸的外凸的锁止圆弧锁止圆弧，槽轮上制有若干段，槽轮上制有若干段内凹的锁止圆弧内凹的锁止圆弧。二、槽轮机构的工作原理二、槽轮机构的工作原理 拨盘为主动件拨盘为主动件，当它以等角速度，当它以等角速度1 1作连续转作连续转动时，曲柄随之转动，其上的圆销进入槽轮的径动时，曲柄随之转动，其上的圆销进入槽轮的径向槽内时，槽轮即按向槽内时，槽轮即按2 2的方向转动；当圆销从径的方向转动；当圆销从径向槽内脱出时，槽轮上的内凹锁止圆弧被拨盘上向槽内脱出时，槽轮上的内凹锁止圆弧被拨盘上的外凸锁止圆弧的外凸锁止圆弧“卡住卡住”，故槽轮停止不动，直，故槽轮停止不动，直至圆销进入下一个径向槽内时，才又重复上述的至圆销进入下一个径向槽内时，才又重复上述的运动循环，运动循环，使槽轮实现间歇的单向转动使槽轮实现间歇的单向转动。4242 10.6.2 10.6.2 槽轮机构的特点和应用槽轮机构的特点和应用 槽槽轮轮机机构构结结构构简简单单，工工作作可可靠靠，机机械械效效率率较较高高，在进入和退出啮合时运动较为平稳。在进入和退出啮合时运动较为平稳。槽轮机构槽轮机构只能用于转角较大的间歇传动只能用于转角较大的间歇传动。为为了了避避免免槽槽轮轮在在开开始始和和终终止止转转动动时时发发生生刚刚性性冲冲击，槽轮机构槽数击，槽轮机构槽数z z不能过少。不能过少。槽轮机构常在自动或半自动机械和轻工机械中槽轮机构常在自动或半自动机械和轻工机械中用作转位机构，如用作转位机构，如六角车床的刀架转位机构六角车床的刀架转位机构、放放映机的卷片机构映机的卷片机构。由于槽轮在转动过程中有较大。由于槽轮在转动过程中有较大的角加速度，故的角加速度，故不宜用在速度过高的场合不宜用在速度过高的场合，尤其尤其从动系统转动惯量较大时从动系统转动惯量较大时，将引起，将引起较大的惯性力较大的惯性力矩矩。4343 图所示的图所示的六角车床刀架转位机构六角车床刀架转位机构，可装六种可，可装六种可以变换的刀具，按加工工艺要求，自动改变需用以变换的刀具，按加工工艺要求，自动改变需用的刀具。的刀具。1-1-圆销拨盘，圆销拨盘，2-2-槽轮槽轮 4444 内槽轮的运动规律与外槽轮相反，槽轮的转内槽轮的运动规律与外槽轮相反，槽轮的转向向2 2与主动圆销拨盘的转向与主动圆销拨盘的转向1 1相同，且转动的时相同，且转动的时间大于停歇时间。间大于停歇时间。10.6.3 10.6.3 槽轮机构的主要参数槽轮机构的主要参数 槽轮机构的主要参数是槽轮机构的主要参数是槽轮的槽数槽轮的槽数z z和和曲柄的曲柄的圆销数目圆销数目K K。在一个运动循环内，槽轮的运动时间在一个运动循环内，槽轮的运动时间t t2 2与拨盘与拨盘曲柄的运动时间曲柄的运动时间t t1 1的比值称为的比值称为运动特性系数运动特性系数，用，用表示。表示。4545 对于单销轴的槽轮机构，对于单销轴的槽轮机构，t t2 2和和t t1 1所对应的转角所对应的转角为为221 1和和22。故。故 槽轮机构中，槽轮的径向槽数槽轮机构中，槽轮的径向槽数z3z3。当有当有K K个圆销时，故个圆销时，故 由于槽轮机构为间歇机构，所以由于槽轮机构为间歇机构，所以11，故，故 4646 10.7 10.7 不完全齿轮机构简介不完全齿轮机构简介 不完全齿轮机构不完全齿轮机构是由齿轮机构演化而来的，这是由齿轮机构演化而来的，这种机构的主动轮种机构的主动轮1 1是只有一个或几个齿的不完全齿是只有一个或几个齿的不完全齿轮，从动轮轮，从动轮2 2由正常齿和带锁止弧的厚齿彼此相间由正常齿和带锁止弧的厚齿彼此相间地组成。当主动轮有齿部分作用时，从动轮地组成。当主动轮有齿部分作用时，从动轮2 2就转就转动；当主动轮动；当主动轮1 1的无齿圆弧部分作用时，从动轮停的无齿圆弧部分作用时，从动轮停止不动，因而，当主动轮连续回转时，从动齿轮止不动，因而，当主动轮连续回转时，从动齿轮获得时转时停的间歇运动。为了防止从动轮在停获得时转时停的间歇运动。为了防止从动轮在停歇期间游动，两轮轮缘上均装有锁止弧。歇期间游动，两轮轮缘上均装有锁止弧。4747不完全齿轮机构不完全齿轮机构 4848 图所示的为不完全齿轮传动的往复移动图所示的为不完全齿轮传动的往复移动机构。机构。1 1为不完全齿轮，为不完全齿轮，2 2为齿条。为齿条。作业作业 10-210-2、10-310-3、10-6 10-6 10-5(10-5(将滚子改为尖顶将滚子改为尖顶）4949第第 十一十一 章章机械工程常用材料机械工程常用材料授课学时：授课学时：授课学时：授课学时：1 1 1 1学时学时学时学时5050 1.1.碳钢碳钢 碳碳钢钢的的主主要要成成分分为为铁铁和和碳碳两两种种元元素素，此此外外还还含含有有少少量的锰、硅、硫、磷、氢、氧等元素。量的锰、硅、硫、磷、氢、氧等元素。按按碳碳钢钢的的碳碳含含量量分分为为低低碳碳钢钢（0.25%0.25%）、中中碳碳钢钢（0.25%0.25%0.6%0.6%）和和高高碳碳钢钢（0.6%0.6%2.5%2.5%）；按按钢钢的的质质量量好好坏坏分分为为普普通通碳碳素素钢钢、优优质质碳碳素素钢钢和和高高级级优优质质碳碳素钢素钢；按；按用途用途分为分为碳素结构钢和碳素工具钢碳素结构钢和碳素工具钢。（1 1）普普通通碳碳素素结结构构钢钢简简称称碳碳钢钢，磷磷、硫硫含含量量较较高高，多多用用于于工工程程结结构构件件，如如轧轧制制钢钢板板、钢钢筋筋、钢钢管管、建建筑筑物物构构件件、普普通通螺螺钉钉、螺螺母母等等，其其中中Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255等等比比较常用。较常用。（2 2）优优质质碳碳素素结结构构钢钢的的磷磷、硫硫含含量量较较低低，主主要要用用来来制造各种机械零件，如冲压件、焊接件、轴、齿轮等。制造各种机械零件，如冲压件、焊接件、轴、齿轮等。（3 3）碳素工具钢碳素工具钢用来制造各种刃具、量具、模具。用来制造各种刃具、量具、模具。（4 4）铸铸钢钢用用来来铸铸造造一一切切形形状状复复杂杂而而需需要要一一定定强强度度、塑性和韧性的零件。塑性和韧性的零件。11.111.1常用金属材料常用金属材料5151 合合金金钢钢是是指指特特意意加加入入合合金金元元素素的的碳碳钢钢。合合金金钢钢种种类类繁繁多多，分分类类方方法法也也很很多多。按按含含合合金金元元素素数数量量多多少少分分为为低低合合金金钢钢、中中合合金金钢钢和和高高合合金金钢钢；按按所所含含合合金金元元素素质质量量高高低低分分为为铬铬钢钢、铬铬镍镍钢钢、锰锰钢钢和和硅硅锰锰钢钢等等；按按用用途途分分为为合合金金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。（1 1）合金结构钢合金结构钢 低低合合金金高高强强度度钢钢，主主要要用用于于制制造造桥桥梁梁、船船舶舶、车车辆辆等大型钢结构件；等大型钢结构件；合合金金渗渗碳碳钢钢，主主要要用用于于制制造造汽汽车车、拖拖拉拉机机中中的的变变速速齿轮，内燃机上的凸轮轴活塞销等机械零件；齿轮，内燃机上的凸轮轴活塞销等机械零件；合合金金调调质质钢钢，广广泛泛用用于于制制造造汽汽车车、拖拖拉拉机机。机机床床的的各种重要零件，如齿轮、连杆；各种重要零件，如齿轮、连杆；弹簧钢，主要用于制造各种弹簧和弹性组件；弹簧钢，主要用于制造各种弹簧和弹性组件；滚滚动动轴轴承承钢钢，主主要要用用于于制制造造轴轴承承中中的的滚滚动动体体（如如滚滚柱、滚针等）、内外滚套。柱、滚针等）、内外滚套。2.2.合金钢合金钢5252 合合金金刃刃具具钢钢，可可分分为为低低合合金金工工具具钢钢和和高高速速钢钢，具具有有高高硬硬度度、高高耐耐磨磨性性和和高高热热硬硬性性，主主要要用用于于车车刀刀、铣铣刀刀和钻头等金属切削刀具；和钻头等金属切削刀具；合合金金模模具具钢钢，主主要要用用于于制制作作各各种种冷冷冲冲模模、冷冷挤挤压压模、热锻模、热压模等；模、热锻模、热压模等；合合金金量量具具钢钢，主主要要用用于于制制作作各各种种量量测测工工具具，如如卡卡尺、千分尺、量规等。尺、千分尺、量规等。（2 2）合金工具钢）合金工具钢 不不锈锈钢钢：具具有有很很高高的的耐耐腐腐蚀蚀性性，主主要要用用来来制制作作在在各各种种腐腐蚀蚀介介质质中中工工作作并并具具有有较较高高抗抗腐腐蚀蚀能能力力的的零零件件，如如化化工工装装置置中中的的各各种种管管道道、泵泵，医医疗疗器器械械和和日日常常生生活活用用品品等；等；耐耐热热钢钢是是指指在在高高温温下下具具有有较较高高的的化化学学稳稳定定性性和和强强度的钢，主要用于汽轮机、内燃机、锅炉等设备中。度的钢，主要用于汽轮机、内燃机、锅炉等设备中。（3 3）特殊性能钢）特殊性能钢5353 铸铸铁铁是是含含碳碳量量大大于于2.5%2.5%的的铁铁碳碳含含金金，并并且且含含有有较较多多的的硅、锰、磷、硫等元素。硅、锰、磷、硫等元素。（1 1）灰灰铸铸铁铁 拉拉伸伸强强度度和和塑塑性性较较低低，但但价价格格便便宜宜，主主要用来制造阀壳、轴承座，机床底座、床身、滑台等。要用来制造阀壳、轴承座，机床底座、床身、滑台等。（2 2）可可锻锻铸铸铁铁 具具有有较较高高的的强强度度、塑塑性性和和冲冲击击韧韧性性，可可部部分分代代用用碳碳钢钢。常常用用于于制制造造形形状状复复杂杂、承承受受冲冲击击和和振振动载荷的零件，如汽车的后桥外壳、管接头等。动载荷的零件，如汽车的后桥外壳、管接头等。（3 3）球球墨墨铸铸铁铁 抗抗拉拉强强度度明明显显超超过过灰灰铸铸铁铁，与与钢钢相相当当，主主要要用用来来制制作作柴柴油油机机、汽汽油油机机的的曲曲轴轴，磨磨床床、铣铣床床和和车车床的主轴，阀体、阀盖、汽车、拖拉机底盘零件。床的主轴，阀体、阀盖、汽车、拖拉机底盘零件。（4 4）蠕蠕墨墨铸铸铁铁 其其强强度度接接近近于于球球墨墨铸铸铁铁，并并具具有有一一定定的的韧韧性性、较较高高的的耐耐磨磨性性和和良良好好的的铸铸造造性性能能和和导导热热性性能能，主要用于制造气缸盖、气缸体等。主要用于制造气缸盖、气缸体等。（5 5）合合金金铸铸铁铁 在在铸铸铁铁中中加加入入某某些些合合金金元元素素，可可得得到到具有较好的耐磨性、耐腐蚀性和耐热性的合金铸铁。具有较好的耐磨性、耐腐蚀性和耐热性的合金铸铁。2.2.铸铁铸铁5454 工工程程上上通通常常将将钢钢铁铁材材料料以以外外的的金金属属及及其其合合金金，称称为为有有色色金金属属及及其其合合金金（或或非非铁铁金金属属及及其其合合金金）。有有色色金金属属及及其其合合金金具具有有钢钢铁铁材材料料所所没没有有的的许许多多特特殊殊的的力力学学、物物理理和和化化学学性能，是性能，是现代工业不可缺少的金属材料现代工业不可缺少的金属材料。（1 1）铝及其合金铝及其合金 密密度度小小、比比强强度度高高；导导电电性性好好、抗抗大大气气腐腐蚀蚀能能力力好好；磁磁化化率率极极低低；具具有有良良好好的的冷冷成成形形、切切削削加加工工和和铸铸造造成成形形性性能。能。纯纯铝铝中中含含有有铁铁、硅硅、铜铜、锌锌等等杂杂质质，使使其其性性能能略略微微下下降。按纯铝中铝的含量不同，纯铝可分为：降。按纯铝中铝的含量不同，纯铝可分为：高高纯纯铝铝（铝铝含含量量为为99.9399.9399.99%99.99%），主主要要用用于于科科学学研究和制作电容器。研究和制作电容器。工工业业高高纯纯铝铝（铝铝含含量量为为98.8598.8599.9%99.9%），用用于于制制作作铝铝箔、包铝及冶炼铝合金的原料。箔、包铝及冶炼铝合金的原料。工工业业纯纯铝铝（铝铝含含量量为为 98.098.099.