【文章內(nèi)容簡介】 底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例，說明從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與凸輪輪廓線之間的相互關(guān)系。如圖30 所示，以凸輪輪廓的最小向徑為半徑所繪的圓稱為基圓。當(dāng)尖底與凸輪輪廓上的A點(diǎn)（基圓與輪廓AB的連接點(diǎn)）相接觸時(shí)，從動(dòng)件處于上升的起始位置。當(dāng)凸輪以等角速度順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件被凸輪輪廓推動(dòng)，以一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律由離回轉(zhuǎn)中心最近位置 A到達(dá)最遠(yuǎn)位置 B′，這個(gè)過程稱為推程。這時(shí)它所走過的距離稱為從動(dòng)件的升程，而與推程對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱為推程運(yùn)動(dòng)角。當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，以O(shè)點(diǎn)為中心的圓弧BC與尖頂相接觸，從動(dòng)件在最遠(yuǎn)位置停留不動(dòng)，稱為遠(yuǎn)休止角。凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件在彈簧力或重力作用下，以一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律回到起始位置，這個(gè)過程稱為回程，稱為回程運(yùn)動(dòng)角。當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，以O(shè)點(diǎn)為中心的圓弧DA與尖底相接觸，從動(dòng)件在最近位置停留不動(dòng)，稱為近休止角。當(dāng)凸輪連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)。如果以直角坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)代表從動(dòng)件位移；，橫坐標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角，則可以畫出從動(dòng)件位移與凸輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線，如圖30b所示，它稱為從動(dòng)件位移線圖。由以上分析可知，從動(dòng)件的位移線圖取決于凸輪輪廓曲線形狀。也就是說，從動(dòng)件的不同運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求凸輪具有不同的輪廓曲線。下面介紹幾種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移曲線的繪制方法，設(shè)：圖31 等速運(yùn)動(dòng) ——從動(dòng)件的位移；——行程； ——推程運(yùn)動(dòng)角； ——凸輪任意時(shí)刻轉(zhuǎn)角。1． 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件按等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，推程的位移方程為： (13)位移曲線的繪制方法見圖312． 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖32 等加速等減速運(yùn)動(dòng)在同一個(gè)行程中，從動(dòng)件的前半程作等加速運(yùn)動(dòng)，后半程作等減加速運(yùn)動(dòng)為等加速等減速運(yùn)動(dòng)。從動(dòng)件按等加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，推程的位移方程為： (14a)從動(dòng)件按等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，推程的位移方程為： (14b)由于從動(dòng)件的位移與凸輪轉(zhuǎn)角的平方成正比，所以其位移曲線為一拋物線，位移曲線的繪制方法見圖32。等加速段拋物線可按如下方法作圖：在橫坐標(biāo)軸上將長度為／2的線段分成若干等分（圖中為3等分），得3各點(diǎn)，過這些點(diǎn)作橫軸的垂直線，并取，(作圖時(shí)可在過 O點(diǎn)的任一斜線OO′上，以任意間距截取9個(gè)等分點(diǎn)，連接直線9–3″并作其平行線4－2″和1－1″，最后由 1″、2″、3″分別向過3點(diǎn)的垂線投影)，得到1′、2′、3′點(diǎn)，將這些點(diǎn)連成光滑曲線便得到前半段等加速運(yùn)動(dòng)的位移曲線。如圖所示，用同樣方法可求得等減速段的位移曲線。3． 簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖33 簡諧運(yùn)動(dòng)點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)稱為簡諧運(yùn)動(dòng)。簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律的推程位移方程為： (15) 簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律的推程位移曲線如圖33所示，其繪制方法如下：把從動(dòng)件的行程h作為直徑畫半圓，將此半圓分成若干等分（如圖33所示），得 1″、2″、3″、…點(diǎn)。再把凸輪運(yùn)動(dòng)角也分成相應(yīng)等分，并作垂線 11′、22′、33′、…，然后將圓周上的等分點(diǎn)投影到相應(yīng)的垂直線上得 1′、2′、3′、…點(diǎn)。用光滑曲線連接這些點(diǎn)，即得到從動(dòng)件的位移線圖。三. 直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓曲線的繪制根據(jù)工作要求合理地選擇凸輪、從動(dòng)件的類型及從動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)規(guī)律之后，可根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要和具體要求，初步確定凸輪的基圓半徑，然后繪制凸輪的輪廓。 (一). 凸輪設(shè)計(jì)的基本原理凸輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)凸輪是運(yùn)動(dòng)的，而繪制凸輪輪廓時(shí)卻需要凸輪與圖紙相對靜止。為此，我們在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，可采用“反轉(zhuǎn)法”。根據(jù)相對運(yùn)動(dòng)原理：如圖34 所示，給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)（包括凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架）加上繞凸輪軸心O的公共角速度，角速度的大小與原凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度大小相同，但方向相反，即（－）。這樣機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)不變，但是，原來運(yùn)動(dòng)的凸輪靜止了，原來靜止的機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)了，而從動(dòng)件一方面隨機(jī)架和導(dǎo)路以角速度繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又在導(dǎo)路中往復(fù)移動(dòng)，從動(dòng)件的尖底在 “反轉(zhuǎn)”的過程中的軌跡，就是凸輪的輪廓曲線。如何在凸輪作圖法設(shè)計(jì)時(shí)體現(xiàn)“反轉(zhuǎn)法”的設(shè)計(jì)原理呢？就是在設(shè)計(jì)時(shí),將凸輪機(jī)構(gòu)的推程運(yùn)動(dòng)角、遠(yuǎn)休止角、回程運(yùn)動(dòng)角及近休止角，按凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)相反的方向(方向)順序布置。凸輪機(jī)構(gòu)的類型很多，從動(dòng)件的形式也不同，但凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理是相同，只是設(shè)計(jì)不同的凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，在局部的處理上略有不同。下面分別介紹幾種直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。 (二). 對心尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)圖 34 對心尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)圖 34a所示為對心尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。已知從動(dòng)件位移線圖（圖34b）、凸輪的基圓半徑以及凸輪以等角速度順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，要求繪出此凸輪的輪廓。根據(jù)“反轉(zhuǎn)法”原理，作圖方法如下：（1）以為半徑作基圓。此基圓與導(dǎo)路的交點(diǎn)便是從動(dòng)件尖底的起始位置。（2）自沿的相反方向取角度、并將它們各分成與圖34b對應(yīng)的若干等分，在基圓上得、…點(diǎn)。連結(jié)、…點(diǎn)，它們便是反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件導(dǎo)路的一系列位置。圖 35 偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)（3）量取各個(gè)位移量，即取、…，得反轉(zhuǎn)后尖底的一系列位置、…。（4）將、…連成光滑的曲線，便得到所要求的凸輪輪廓。 (三). 偏置尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)該類型凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向線不通過凸輪的回轉(zhuǎn)中心O點(diǎn)(圖35)，在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，其導(dǎo)路始終與凸輪中心O保持偏距e。因此設(shè)計(jì)這種凸輪輪廓時(shí)，首先以O(shè)為圓心及偏距e為半徑作偏距圓相切于從動(dòng)件導(dǎo)路，其次以為半徑作基圓，基圓與導(dǎo)路的交點(diǎn)便是從動(dòng)件的起始位置。自沿的方向取角度、并將它們各分成與圖34b對應(yīng)的若干等分，在基圓上得、…過這些點(diǎn)作偏距圓的切線。它們便是反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件導(dǎo)路的一系列位置。從動(dòng)件的相應(yīng)位移應(yīng)在這些切線上量取，即取、…，最后將、…連成一條光滑曲線，便得到所要求的凸輪輪廓。圖 36 滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) (四). 滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)圖 37 平底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)若將圖34 中的尖底從動(dòng)件改為滾子從動(dòng)件。如圖36 所示，則其凸輪輪廓可按下述方法繪制：首先，把滾子中心看作尖底從動(dòng)件的尖底，按繪制尖底從動(dòng)件盤形凸輪的方法求出一條輪廓曲線；再以上各點(diǎn)為中心，以滾子半徑為半徑作一系列圓；最后作這些圓的包絡(luò)線，它便是使用滾子從動(dòng)件時(shí)凸輪的實(shí)際廓線，而稱為此凸輪的理論輪廓。由作圖過程可知，滾子從動(dòng)件凸輪的基圓半徑應(yīng)當(dāng)在理論輪廓上度量。 (五). 平底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)如圖37 所示，在設(shè)計(jì)這種凸輪廓線時(shí)，可將從動(dòng)件導(dǎo)路中心線與平底的交點(diǎn)A0視為尖底從動(dòng)件的尖底，按繪制尖底從動(dòng)件盤形凸輪的方法求出一條理論輪廓曲線。然后再過該曲線上各點(diǎn)作一系列代表從動(dòng)件平底的直線，這些直線形成了直線族，而此直線族的包絡(luò)線即為凸輪的實(shí)際輪廓曲線。 第五節(jié) 螺紋聯(lián)接圖38 螺紋的形成一． 螺紋的常用類型和主要參數(shù)將一傾斜角為的直線繞在圓柱體上便形成一條螺旋線（圖38 a）。取一平面圖形（圖b），使它沿著螺旋線運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)時(shí)保持此圖形通過圓柱體的軸線，就得到螺紋。按照平面圖形的形狀，螺紋分為三角形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋等。按照螺旋線的旋向，螺紋分為左旋螺紋和右旋螺紋。按照螺旋線的數(shù)目，螺紋還分為單線螺紋和等距排列的多線螺紋。螺紋有內(nèi)螺紋和外螺紋之分，兩者旋合組成螺旋副或稱螺紋副。用于聯(lián)接的螺紋稱為聯(lián)接螺紋；用于傳動(dòng)的螺紋稱為傳動(dòng)螺紋，相應(yīng)的傳動(dòng)稱為螺旋傳動(dòng)。按照母體形狀，螺紋分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。三角形螺紋可以分為普通螺紋和管螺紋，前者用于緊固聯(lián)接，后者用于緊密聯(lián)接?，F(xiàn)以圓柱螺紋為例，說明螺紋的主要幾何參數(shù)（圖39）。圖39 圓柱螺紋主要參數(shù)（1）大徑d 與外螺紋牙頂（或內(nèi)螺紋牙底）相重合的假想圓柱體的直徑。（2）小徑d1 與外螺紋牙底（或內(nèi)螺紋牙頂）相重合的假想圓柱體的直徑。（3）中徑d2 也是一個(gè)假想圓柱的直徑，在該圓柱的母線上牙厚等于牙尖寬。（4）螺距P 相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。（5）導(dǎo)程S 同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。設(shè)螺旋線數(shù)為n，則S＝nP。（6）螺紋升角 中徑d2圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角（圖38a）。（7）牙型角α和牙側(cè)角 軸向截面內(nèi)螺紋牙型相鄰兩側(cè)邊的夾角稱為牙型角。牙型側(cè)邊與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為牙側(cè)角。對于對稱牙型。二． 螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺旋副在力矩和軸向載荷作用下的相對運(yùn)動(dòng)，可看成作用在中徑的水平力推動(dòng)滑塊（重物）沿螺紋運(yùn)動(dòng)，如圖40a所示。將矩形螺紋沿中徑d2展開可得一斜面（圖40b），圖中Fa為軸向載荷，F(xiàn)為作用于中徑處的水平推力，F(xiàn)n為法向反力；fFn為摩擦力，f為摩擦系數(shù)，為摩擦角。法向反力Fn與摩擦力fFn合成為總反力FR。當(dāng)滑塊沿斜面等速上升時(shí)，F(xiàn)a為阻力，F(xiàn)為驅(qū)動(dòng)力。因摩擦力向下，故總反力FR與Fa的夾角為。由力的平衡條件可知，F(xiàn)R、F和Fa三力組成力多邊形（圖40b），由圖可得 (16a )圖40 矩形螺紋的受力分析作用在螺旋副上的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)力矩： (16b)當(dāng)滑塊沿斜面等速下滑時(shí)，軸向載荷Fa變?yōu)轵?qū)動(dòng)力，而F變?yōu)榫S持滑塊等速運(yùn)動(dòng)所需的平衡力（圖40c）?？傻? (17a)作用在螺旋副上的相應(yīng)力矩： (17b)求出的F值可為正，也可為負(fù)。當(dāng)時(shí)，滑塊在重力作用下有加速向下滑動(dòng)的趨勢。這時(shí)由式（17a）求出的平衡力F為正，方向如圖40c所示。它阻止滑塊加速下滑以保持等速運(yùn)動(dòng)，故F是阻力（支持力）。當(dāng)時(shí)，滑塊不能在重力作用下自行下滑，即處于自鎖狀態(tài)，這時(shí)由式（17a）求出的平衡力，F(xiàn)為負(fù)，其方向與圖40c相反（即F與運(yùn)動(dòng)方向成銳角），F(xiàn)為驅(qū)動(dòng)力。它說明在自鎖條件下，必須施加驅(qū)動(dòng)力F才能使滑塊等速下滑，故矩形螺紋的自鎖條件為：。即螺紋升角小于摩擦角時(shí)，其具有自鎖特性。圖41 螺栓聯(lián)接與矩形螺紋分析相同，非矩形螺紋的自鎖條件可表示為：。其中，為當(dāng)量摩擦角，其值為：為當(dāng)量摩擦系數(shù)，β為牙側(cè)角。為了防止螺母在軸向力作用下自動(dòng)松開，用于聯(lián)接的緊固螺紋必須滿足自鎖條件。螺旋副的效率是輸出功與輸入功之比，螺旋副的效率為： (18 )三． 螺紋聯(lián)接的基本類型螺紋聯(lián)接有以下四種基本類型：1. 螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是被聯(lián)接件的孔不切制螺紋（圖41），裝拆方便。圖41a所示為普通螺栓聯(lián)接，螺栓與孔之間有間隙。這種聯(lián)接的優(yōu)點(diǎn)是加工簡便，成本低，故應(yīng)用最廣泛。圖42 螺釘和雙頭螺柱聯(lián)接41b為鉸制孔螺栓聯(lián)接，其螺桿外徑與螺栓孔（由高精度鉸刀加工而成）的內(nèi)徑具有同一基本尺寸，并常采用過渡配合。它適用于承受垂直于螺栓軸線的橫向載荷。2. 螺釘聯(lián)接螺釘直接旋入被聯(lián)接件的螺紋孔中，省去了螺母（圖42a），因此結(jié)構(gòu)上比較簡單。這種聯(lián)接常用于一被聯(lián)接件較厚或?yàn)槊た?，且不宜?jīng)常裝拆的聯(lián)接，以免被聯(lián)接件的螺紋孔磨損后難于修復(fù)。3. 雙頭螺柱聯(lián)接圖43 緊定螺釘雙頭螺柱多用于較厚的被聯(lián)接件或?yàn)榱私Y(jié)構(gòu)緊湊而采用盲孔的聯(lián)接（圖42b）。雙頭螺柱聯(lián)接允許多次裝拆而不會(huì)損壞被聯(lián)接件。4. 緊定螺釘聯(lián)接緊定螺釘聯(lián)接（圖43）常用來固定兩零件的相對位置，并可傳遞不大的力或轉(zhuǎn)矩。四． 螺紋聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算螺栓的主要失效形式有：（1）螺栓桿拉斷；（2）螺紋的壓潰和剪斷；（3）經(jīng)常裝拆時(shí)會(huì)因磨損而發(fā)生滑扣現(xiàn)象。螺栓與螺母的螺紋牙及其他各部分尺寸是根據(jù)等強(qiáng)度原則及使用經(jīng)驗(yàn)規(guī)定的。采用標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，這些部分都不需要強(qiáng)度計(jì)算。螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算主要是確定螺紋小徑d1；然后按照標(biāo)準(zhǔn)選定螺紋公稱直徑（大徑）d及螺距P等。1．松螺栓聯(lián)接松螺栓聯(lián)接裝配時(shí)不需要把螺母擰緊，在承受工作載荷前，螺栓并不受力。當(dāng)承受軸向工作載荷Fa (N)時(shí)，其強(qiáng)度條件為 （19）式中：d1——螺紋小徑，mm； ——許用拉應(yīng)力，MPa。2．緊螺栓聯(lián)接緊螺栓聯(lián)接裝配時(shí)需要將螺母擰緊。設(shè)擰緊螺栓時(shí)螺桿承受的軸向拉力為，這時(shí)螺栓危險(xiǎn)截面(螺紋小徑)除受拉應(yīng)力外，還受到螺紋力矩T1所引起的扭切應(yīng)力。按照第四強(qiáng)度理論（最大形變能理論），故螺栓螺紋部分的強(qiáng)度條件為 （20）的大小可根據(jù)工作載荷的方向不同而定：圖44 受橫向載荷的螺栓聯(lián)接1）. 受橫向工作載荷的螺栓強(qiáng)度圖44 所示的螺栓聯(lián)接，靠接合面內(nèi)的摩擦力來承受垂直于螺栓軸線的橫向工作載荷F，因此螺栓所需的軸向力（即預(yù)緊力）應(yīng)為 （21）為預(yù)緊力；C為可靠性系數(shù)，通常取 C=～；m為接合面數(shù)目；為接合面摩擦系數(shù)，對于鋼或鑄鐵被聯(lián)接件可取=～。求出值后，可按式（20）計(jì)算螺栓強(qiáng)度。2）.受軸向工作載荷的螺栓強(qiáng)度圖45 液壓缸的螺栓聯(lián)接在受軸向工作載荷的螺栓聯(lián)接中（圖45），螺栓實(shí)際承受的總拉伸載荷并不等于工作載荷與預(yù)緊力之和。而是等于工作載荷與殘余預(yù)緊力之和。即 （22）螺栓聯(lián)接應(yīng)能保證在工作載荷作用下，被聯(lián)接件的接合面不出現(xiàn)縫隙，因此殘余預(yù)緊力應(yīng)大于零。殘余預(yù)緊力一般根據(jù)工作載荷的類型確定。當(dāng)工作載荷沒有變化時(shí)，可取=（～）；當(dāng)有變化時(shí)，=（～）；對于有緊密性要求的聯(lián)接（如壓力容器的螺栓聯(lián)接），=（～）。在一般計(jì)算中，可先根據(jù)聯(lián)接的工作要求確定殘余預(yù)緊力，其次由式（22）求出總拉伸載荷，然后按式（20）計(jì)算螺栓強(qiáng)度。五． 螺紋聯(lián)接設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題螺栓聯(lián)接承受軸向變載荷時(shí)，其損壞形式多為螺栓桿部分的疲勞斷裂，通常都發(fā)生在應(yīng)力集中較嚴(yán)重之處，即螺栓頭部、螺紋收尾部和螺母支承平面所在處的螺紋。根據(jù)影響螺栓強(qiáng)度的因素，提高螺栓強(qiáng)度