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第4章 凸轮机构与其他常用机构
4.1 凸轮机构的应用与分类
4.1.1 凸轮机构的应用
凸轮机构能将主动件的连续等速运动变为从动件的往复变速运动或间歇运动。在自动机械、半自动机械中应用非常广泛。凸轮机构是机械中的一种常用机构。
图4.1所示为内燃机配气凸轮机构。凸轮1以等角速度回转时，凸轮1的轮廓驱动从动件2（阀杆）按预期的运动规律启闭阀门。
图4.1 内燃机配气凸轮机构
图4.2所示为绕线机中用于排线的凸轮机构。当绕线轴3快速转动时，绕轴线上的齿轮带动凸轮1缓慢地转动，通过凸轮轮廓与尖顶A之间的作用，驱使从动件2往复摇动，因而使线均匀地绕在绕线轴上。
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图4.2绕线机中排线凸轮机构
图4.3所示为驱动动力头在机架上移动的凸轮机构。圆柱凸轮1与动力头连接在一起，可以在机架3上作往复移动。滚子2的轴被固定在机架3上，滚子2放在圆柱凸轮的凹槽中。凸轮转动时，由于滚子2的轴是固定在机架上的，故凸轮转动时带动动力头在机架3 上作往复移动，以实现对工件的钻削。动力头的快速引进、等速进给、快速退回、静止等动作均取决于凸轮上凹槽的曲线形状。
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图4.3动力头用凸轮机构
图4.4所示为应用于冲床上的凸轮机构示意图。凸轮1固定在冲头上，当冲头上下往复运动时，凸轮驱使从动件2以一定的规律作水平往复运动，从而带动机械手装卸工件。
图4.4冲床上的凸轮机构
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从以上所举的例子可以看出：凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。从动件与凸轮轮廓为高副接触传动，理论上讲可以使从动件获得所需要的任意的预期运动。
凸轮机构的优点是只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑，设计方便；其缺点是凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易于磨损，故通常用于受力不大的控制机构。
4.1.2 凸轮机构的分类
凸轮机构的类型很多，并且这些类型又常常交叉在一起，下面介绍常见的分类方法。
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。
第4章 机械系统常用运动机构
4-1 简述机器与机构的区别。
解：机器和机构的区别在于：机构只是一个构件系统，而机器除构件系统之外还包含电气、液压等其他装置；机构只用于传递运动和力，机器除传递运动和力外，还应当具有变换或传递能量、物料、信息的功能。但是，在研究构件的运动和受力情况时，机器与机构之间并无区别。
4-2 举例说明什么是高副？什么是低副？
解：构件间以面接触形成的运动副称为低副。平面运动副中的低副有转动副和移动副两种。如铰链联接、车床导轨、蜗轮蜗杆副、螺纹副等。
构件间以点或线接触形成的运动副称为高副。如凸轮副，齿轮副等。
4-3 机构有哪几部分组成？
解：机构一般由机架、原动件和从动件三部分组成。
4-4 判别如图题4-4所示的平面四杆机构分别属于哪种机构并说明原因。
图题4-4
解：
（a）双曲柄机构，当最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和时，若最短杆为机架，则得到双曲柄机构；
（b）曲柄摇杆机构，当最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和时，若最短杆的相邻杆为机架，则得到曲柄摇杆机构
（c）双摇杆机构。当最长杆与最短杆的长度之和大于其余两杆的长度之和时，只能得到双摇杆机构
（d）双摇杆机构。当最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和时，若最短杆的对面杆为机架，则得到双摇杆机构。
4-5 绘出如图题4-5所示机构的运动简图。
（a）翻斗车 （b）手摇唧筒
图题4-5
解：
4-6 指出如图题4-6所示机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，并计算各机构的自由度。
图题4-6
解：（a）1111283F
（b）115243F
（c）114293F
（d）17253F
（e）110273F
（f）17253F
机械制造技术基础-第4章-机床夹具设计原理-课后答案
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第4章 机床夹具设计原理
1. 何谓机床夹具？试举例说明机床夹具的作用及其分类？
答：所谓机床夹具，就是将工件进行定位、加紧，将刀具进行导向或对刀，以保证工件和刀具间的相对位置关系的附加装置。
机床夹具的功用：①稳定保证工件的加工精度；
②减少辅助工时，提高劳动生产率；
③扩大机床的使用范围，实现一机多能。
夹具的分类：1）通用夹具； 2）专用夹具； 3）成组夹具； 4）组合夹具；
5）随行夹具。
2. 工件在机床上的安装方法有哪些？其原理是什么？
答：工件在机床上的安装方法分为划线安装和夹具安装。划线安装是按图纸要求，在加工表面是上划出加工表面的尺寸及位置线，然后利用划针盘等工具在机床上对工件找正然后夹紧；夹具安装是靠夹具来保证工件在机床上所需的位置，并使其夹紧。
3. 夹具由哪些元件和装置组成？各元件有什么作用？
答：1）定位元件及定位装置：用来确定工件在夹具上位置的元件或装置；
2）夹紧元件及夹紧装置：用来夹紧工件，使其位置固定下来的元件或装置；
3）对刀元件：用来确定刀具与工件相互位置的元件；
4）动力装置：为减轻工人体力劳动，提高劳动生产率，所采用的各种机动夹紧的动力源；
5）夹具体：将夹具的各种元件、装置等连接起来的基础件；
6）其他元件及其他装置。
4. 机床夹具有哪几种？机床附件是夹具吗？
答：机床夹具有通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具。
5. 何谓定位和夹紧？为什么说夹紧不等于定位？
答：工件在夹具中占有正确的位置称为定位，固定工件的位置称为夹紧。工件在夹具中，没有安放在正确的位置，即没有定位，但夹紧机构仍能将其夹紧，而使其位置固定下来，此时工件没有定位但却被夹紧，所以说夹紧不等于定位。
6. 什么叫做六点定位原理？
