凸轮机构与齿轮机构
常见的回转 直线运动转换的机构
常见的回转直线运动转换的机构常见的回转直线运动转换的机构摘要：实际的机器当中，往往需要用到回转运动与直线运动之间的相互转换，本文介绍了能实现此功能的几种常见机构，分别是曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮齿条机构和滚珠丝杠机构，并说明了各自的特点及在实际中的应用。
关键词：回转运动；直线运动；机构1 曲柄连杆机构1.1 曲柄滑块机构定义在普通四杆机构中，四个构件之间都是通过转动副连接，这样可以实现曲线与曲线运动之间的转换。
而曲柄滑块机构是保存曲柄杆、中间杆和固定杆，将另一根杆退化为滑块，使滑块与中间连杆用转动副连接，滑块与固定杆用移动副连接，这样就可以实现曲柄端的回转运动与滑块端的直线运动相互转化。
1.2 曲柄滑块机构的特点及应用1.2.1 优点①低副连接，运动副单位面积受力小，便于润滑，磨损小；②对于长距离的控制也可以实现；③构件之间的运动靠几何封闭来维系，比力封闭的可靠。
1.2.2 缺点①结构设计较复杂，且对制造安装的敏感性大；②高速时将引起很大的振动和动载荷。
1.2.3 应用曲柄滑块机构在机械中的应用很广泛，例如，内燃机通过活塞往复运动将内能转换为曲柄转动的机械能；压力机结构中通过曲柄的连续转动，经连杆带动滑块实现加压作用；牛头刨床主运动机构中，导杆绕一点摆动，带动滑枕做往复运动，实现刨削；抽水机结构中，摇动手柄时，在连杆的支承下，活塞杆在筒内做上下运动，以到达抽水目的。
另外，工程中的搓丝机、自动送料装置及自卸翻斗装置等机械中都用到曲柄滑块机构。
2 凸轮机构2.1 凸轮机构的组成和特点凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个局部组成，其中凸轮是主动件，从动件的运动规律由凸轮的轮廓决定。
凸轮是具有曲线轮廓或沟槽的构件，假设从动件是移动构件，那么这样的凸轮机构便能实现回转运动、直线运动的转换。
凸轮机构特点是：①可以用于对从动件任意运动规律要求的场合；②可以高速启动，动作准确可靠，结构简单紧凑；③凸轮和从动件以点或线接触，单位面积上压力高，难以保持良好的润滑，易磨损；④凸轮形状复杂，加工维修较困难。
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。
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。
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。
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
机械原理机构
机械原理机构
机械原理机构是机械设备中起到传递和转换动力的组成部分。
它由各种机械元件按照一定的方式组合而成，可实现物体的运动和力的传递等功能。
机械原理机构的设计需要考虑机械元件的尺寸、形状、材料等因素，以确保机构的稳定性、合理性和可靠性。
在机械原理机构的设计中，需要了解机械元件的运动和力学原理。
例如，常见的机械原理机构有齿轮传动、连杆机构、凸轮机构等。
这些机构根据其特定的设计原理，可以实现不同的功能和运动方式。
齿轮传动是一种常见的机械原理机构，它由多个齿轮组成，通过齿轮之间的啮合来传递动力和运动。
在设计齿轮传动时，需要考虑齿轮的齿数、模数、压力角等参数，以确保传动的平稳和高效。
连杆机构是利用连杆的运动实现力的传递和转换的机械原理机构。
它由杆件和连接件组成，通过杆件的运动来实现力的传递和转换。
在设计连杆机构时，需要考虑连杆的长度、角度等参数，以确保机构的运动平稳和力的传递可靠。
凸轮机构是利用凸轮的运动实现力的传递和运动的机械原理机构。
它由凸轮、从动件和驱动件组成，通过凸轮的运动来驱动从动件的运动。
在设计凸轮机构时，需要考虑凸轮的轮廓、凸轮轴的转动方式等参数，以确保机构的运动轨迹准确和从动件的运动稳定。
除了以上三种常见的机械原理机构，还有许多其他类型的机构，如滑块机构、曲柄机构等。
每种机构都有其特定的设计原理和应用领域，可以根据具体的需求选择合适的机构进行设计和应用。
在机械工程设计中，机械原理机构是非常重要的组成部分，它的设计和选择直接关系到机械设备的性能和使用效果。
因此，对于机械工程师来说，掌握和理解机械原理机构的原理和设计方法是非常重要的。
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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
目录
二、凸轮机构的类型
2.按从动件末端形状分类
1） 4）
尖顶从动件凸 轮机构
2）
3）
球面底从动件凸轮 机构
平底从动件凸轮机构
滚子从动件凸轮机构
目录
二、凸轮机构的类型
凸轮机构的组成和类型
从动件运动规律
凸轮轮廓设计分析
齿轮机构设计与分析
其他常用齿轮机构简介
目录
知识目标
1．认知凸轮机构的类型与应用； 2．理解凸轮机构的运动规律，了解这些规律在工程实 际中的应用； 3．掌握凸轮轮廓设计的基本原理与方法； 4. 了解齿轮机构的类型与应用，掌握渐开线 齿廓分析方法和齿轮尺寸的计算。
目录
二、圆锥齿轮
直齿圆锥齿轮机构
曲齿圆锥齿轮机构
目录
三、蜗杆蜗轮机构
1.蜗杆蜗轮机构的组成
目录
三、蜗杆蜗轮机构
2.蜗杆传动的类型
1）圆柱蜗杆传动
• 阿基米德蜗杆传动 • 延长渐开线蜗杆传动 • 渐开线蜗杆传动 • 圆弧齿蜗杆传动
2）圆弧蜗杆传动
目录
三、蜗杆蜗轮机构
3.蜗杆传动的特点
1 2 3 4 5
3.对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓设计
目录
三、凸轮机构设计中应注意的几个问题
1.凸轮机构的压力角
2.凸轮基圆半径的 确定
4.凸轮机构的结构 与材料
3.滚子半径的选择
目录
一、齿轮机构的特点与类型
1.齿轮机构的特点
优点
能保证瞬时传动比恒定，i = ω1/ω2（主动轮角 速度 ω1与从动轮角速 ω2 之比）； 传递的功率和 圆周速度范围广（功率可达105 kW，速度可达300 m/s）； 能实现两轴平行、相交和交错的传动； 效率较高（一般可达0.95～0.99）；工作可靠，寿 命长。
2.渐开线齿轮齿廓的形成
目录
二、渐开线齿廓分析
3.渐开线齿轮各部分的名称
（1）齿宽
（8）分度圆
（9）全齿高
（2）齿槽宽
（7）齿距
（10）齿顶高
（3）齿厚
（6）齿数
（11）齿根高
（4）齿顶圆
（5）齿根圆
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二、渐开线齿廓分析
4.渐开线圆柱直齿齿轮的基本参数 （ 1） 齿数 （ 3） 压力角 （ 4） 齿顶高系数 h a* 和顶隙系数c * （ 2） 模数
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一、齿轮机构的特点与类型
齿轮机构的类型
目录
二、渐开线齿廓分析
1.齿廓啮合的基本定律
为保证齿轮传动准确平稳，其瞬时传动比应
保持恒定不变，即一对相互啮合的齿廓无论在任 何位置啮合，两轮的传动比恒等于连心线被齿廓 接触点的公法线所分成的两段线段长度的反比。 这就是齿廓啮合基本定律。
目录
二、渐开线齿廓分析
目录
二、渐开线齿廓分析
5.标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸的计算公式
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二、渐开线齿廓分析
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【例】
一正常齿制标准直齿圆柱齿轮，因轮齿损坏
需要更换，现测得齿顶圆直径为 71.95 mm，齿数为 22， 试求该齿轮的主要尺寸。
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【解】
* 从表5—4可知 da (z 2ha ) m
* 对于正常齿制， ha 1
2）根据两齿轮啮合 方式分类
外啮合齿轮机构 齿轮齿条机构
内啮合齿轮机构
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一、齿轮机构的特点与类型
（1）
• 渐开线齿轮机构
（2）
• 摆线齿轮机构
（3）
• 圆弧齿轮机构
3）根据齿轮齿廓曲线的形状分类
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一、齿轮机构的特点与类型
（ 1）
（ 2）
闭式传 动齿轮 机构
4）根据工作 条件分类
开式传 动ห้องสมุดไป่ตู้轮 机构
6）标准安装条件 2）中心距可分性
5）重合度 4）啮合条件
3）啮合角不变
目录
三、渐开线齿形的切齿原理与根切
1.渐开线齿形的切齿原理
1）仿形法
2）
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三、渐开线齿形的切齿原理与根切
仿形法加工轮齿
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三、渐开线齿形的切齿原理与根切
2.渐开线齿形的根切
根切现象
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一、斜齿圆柱齿轮机构
斜 齿 轮 齿 廓 的 形 成
凸轮机构按从动件末端形状分类
目录
二、凸轮机构的类型
3.按锁合形式分类
1）
•力锁合凸轮机构
2）
•形锁合凸轮机构
目录
一、凸轮机构的运动过程
凸轮机构的运动过程
目录
目录
二、等速运动规律
等 速 运 动 规 律 线 图
目录
三、等加速等减速运动规律
等 加 速 、 等 减 速 运 动 规 律 线 图
目录
四、余弦加速度运动规律
余 弦 加 速 度 运 动 规 律 线 图
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五、从动件运动规律的选择
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一、盘形凸轮轮廓设计的基本原理
尖顶对心直动从动件盘形凸轮机构
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二、对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计
1.尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计
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二、对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计
2.对心直动滚子推杆盘形凸轮轮廓设计
目录
二、对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计