機(jī)械原理jxsjjc1-04

1、第四章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)（一）教學(xué)要求1、了解凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，能按運(yùn)動(dòng)規(guī)律繪制S-曲線2、掌握?qǐng)D解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓，了解凸輪機(jī)構(gòu)的自鎖、壓力角與基圓半徑的關(guān)系（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)1、常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn)，剛性沖擊，柔性沖擊，S-曲線繪制2、凸輪輪廓設(shè)計(jì)原理反轉(zhuǎn)法，自鎖、壓力角與基圓半徑的概念（三）教學(xué)內(nèi)容41 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的分類：按凸輪形狀分： 1）盤形凸輪 2）移動(dòng)凸輪3）圓柱凸輪按從動(dòng)件型式分： 1）尖底從動(dòng)件；2）滾子從動(dòng)件；3）平底從動(dòng)件按維持高副接觸分（鎖合）； 1）力鎖合彈簧力、重力等 2）幾何鎖合： 等徑凸輪；等寬凸輪凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便，可實(shí)現(xiàn)

2、從動(dòng)件任意預(yù)期運(yùn)動(dòng)，因此在機(jī)床、紡織機(jī)械、輕工機(jī)械、印刷機(jī)械、機(jī)電一體化裝配中大量應(yīng)用。缺點(diǎn)：1）點(diǎn)、線接觸易磨損；2）凸輪輪廓加工困難；3）行程不大42 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪的輪廓形狀取決于從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律基圓凸輪理論輪廓曲線最小矢徑所作的圓。偏距圓從動(dòng)件導(dǎo)路與凸輪回轉(zhuǎn)中心O的偏負(fù)距離為e，并以e為半徑O為圓心所作的圓。行程從動(dòng)件由最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的位移h（式擺角）推程運(yùn)動(dòng)角從動(dòng)件由最低運(yùn)行到最高位置，凸輪所轉(zhuǎn)過的角?；爻踢\(yùn)動(dòng)角高低凸輪轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角。遠(yuǎn)休止角從動(dòng)件到達(dá)最高位置停留過程中凸輪所轉(zhuǎn)過的角。近休止角從動(dòng)件在最低位置停留過程中所轉(zhuǎn)過的角。從動(dòng)件位移線圖從動(dòng)件位移S與凸輪轉(zhuǎn)角（或時(shí)間t）之

3、間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。從動(dòng)件速度線圖加速度線圖統(tǒng)稱從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)線圖。一、從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1）等速運(yùn)動(dòng) 從動(dòng)件開始和最大行程加速度有突變則有很大的沖擊。這種沖擊稱剛性沖擊。實(shí)質(zhì)材料有彈性變形不可能達(dá)到，但仍然有強(qiáng)烈的沖擊。只適用于低速輕載。2）等加速度、等減速度等加速度 等減速度 加速度有有限突變，柔性沖擊，適用于中等速度輕載。3、（余弦PV速度）規(guī)律加速度有突變，仍存在柔性沖擊。適用于中速、中載4、擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律（正弦加速度），見圖P118，P65。這種規(guī)律沒有加速度突變，則即不存在剛性沖擊，又不存在柔性沖擊，適用高速輕載。5、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律（自學(xué)），P11912143 凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)一、作圖法1、

4、直動(dòng)從動(dòng)件星形凸輪機(jī)構(gòu)已知：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，等角速度，偏距e，基園半徑。要求：繪出凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)步驟： 以為半徑作基園，e為半徑作偏距園。 過K點(diǎn)作從動(dòng)件等路交點(diǎn)。 作位移線圖，分成若干等份。 等分偏距園，過K1，K2，K5作切線，交于基圓，C1，C2，C5 應(yīng)用反轉(zhuǎn)法，量取從動(dòng)件在各切線對(duì)預(yù)置上的位移，由圖中量取從動(dòng)件位移，得B1，B2，即C1B1=11C2B2=Z2 將B0，B1連成光滑曲線，即為凸輪輪廓曲線對(duì)于滾子從動(dòng)件星形凸輪機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)方法與上相同，只是只要把它乘作滾子中心看作為尖頂從動(dòng)件凸輪，則由上方法得出的輪廓曲線稱為理論輪廓曲線，然后以該輪廓曲線為圓心，滾子半徑為半徑畫一系列圓

5、，再畫這些圓所包絡(luò)的曲線，即為所設(shè)計(jì)的輪廓曲線，這稱為實(shí)際輪廓曲線。其中指理論輪廓曲線的其圓半徑。對(duì)于平底從動(dòng)件，則只要做出不同位置平底的包絡(luò)線，即為實(shí)際輪廓曲線。2、擺動(dòng)從動(dòng)件星形凸輪機(jī)構(gòu)已知：基圓半徑，中心距a，擺桿長l，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律求：凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)步驟： 以為半徑作基圓，以中心距為a，作擺桿長為l與基圓交點(diǎn)于點(diǎn) 作從動(dòng)件位移線圖，并分成若干等分 以中心矩a為半徑，o為原心作圖 用反轉(zhuǎn)法作位移線圖對(duì)應(yīng)等得點(diǎn)A0，A1，A2， 以l為半徑，A1，A2，為原心作一系列圓弧交于基圓C1，C2，點(diǎn) 以l為半徑作對(duì)應(yīng)等分角。 以A1C1，A2C2向外量取對(duì)應(yīng)的A1B1，A2B2 將點(diǎn)B0，B1

6、，B2連成光滑曲線。發(fā)現(xiàn)從動(dòng)桿與輪廓干涉，通常作成曲桿，避免干涉，或擺桿與凸輪輪廓不在一個(gè)平面內(nèi)僅靠頭部伸出桿與輪廓接觸。對(duì)于滾子和平底同樣是畫出理論輪廓曲線為參數(shù)至運(yùn)動(dòng)軌跡，作出一系列位置的包絡(luò)線即為實(shí)際輪廓曲線。44 解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線一、 滾子從動(dòng)件星形凸輪已知：基圓，角速度，偏距e，運(yùn)動(dòng)規(guī)律求：凸輪輪廓曲線（1）求理論輪廓曲線講述坐標(biāo)變換矩陣有坐標(biāo)變換換矩陣則 （4-15）書中前引入系數(shù)，這沒必要，因在運(yùn)算中運(yùn)算越簡單越好，否則易出錯(cuò)，只要遵守約定，代入時(shí)“”表示凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)，“+”順時(shí)針轉(zhuǎn)。 上式 （2） 擺動(dòng)從動(dòng)件星形凸輪已知：擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪，基圓半徑，從動(dòng)件擺桿長l，中心

7、距a和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)：凸輪輪廓曲線；解：建立坐標(biāo)系：如圖由坐標(biāo)變換矩陣則： （4-17）式中：2、實(shí)際輪廓曲線滾子從動(dòng)件星形凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)際輪廓曲線是滾子圓族的包絡(luò)線。由微分幾何得知：為參數(shù)的包絡(luò)線方程為 包絡(luò)線方程對(duì)于滾子從動(dòng)件星形凸輪，產(chǎn)生包絡(luò)線（實(shí)際輪廓）的曲線族為一系列圓，圓心上所作參數(shù)方程，其中是曲線族方程，是包絡(luò)線上點(diǎn)的直角坐標(biāo)值。設(shè)滾子半徑為，則滾子從動(dòng)件星形凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)際輪廓曲線參數(shù)方程為：聯(lián)立得號(hào)上一組表示一條外包絡(luò)線；下面一組表示內(nèi)包絡(luò)線。、由理論輪廓方程求導(dǎo)得。3、刀具中心軌跡方程由于加工時(shí)，刀具不一定是與滾子半徑相同，要建立刀具中心軌跡方程，磨削凸輪。這兒不再敘述。二、

8、平底從動(dòng)件星形凸輪機(jī)構(gòu)（略）45 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定在作圖法和解析法中我們總是假設(shè)，e,中心距a，擺桿l，已知，但為了從傳動(dòng)效率、運(yùn)動(dòng)失真，結(jié)構(gòu)緊湊來分析這幾個(gè)參數(shù)的相互影響及選取的一般原則。一、 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和自鎖 有用力 有害力壓力角凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件速度方向與該點(diǎn)受力方向的夾角稱為壓力角，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)不利。1m，則機(jī)構(gòu)自鎖，所謂自鎖即無論凸輪施加多大的力都無法使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象必須避免。為之必須規(guī)定一個(gè)許用的對(duì)直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)=3038 擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)=4050 工作行程=7080 回程二、壓力角與機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系設(shè)計(jì)中除了要有良好的受力特性，還希望機(jī)構(gòu)盡量緊湊。而凸輪大小取決于基

9、圓半徑，而的大小又與直接有關(guān)系，由圖B點(diǎn)作理論輪廓曲線的法線n-n，與過O點(diǎn)與導(dǎo)路相垂直的直線交于P點(diǎn)，由三心定理P點(diǎn)即為相對(duì)瞬心。，則由可得其中：為位移曲線的斜率，推程為正，回程為負(fù)。由上式可見：在其它條件不變時(shí)，尺寸越小。三、滾子半徑的選擇：滾子從動(dòng)件凸輪的實(shí)際輪廓曲線，是以理論輪廓上各點(diǎn)為圓心作一系列滾子圓的包絡(luò)線而形成，滾子選擇不當(dāng)，則無法滿足運(yùn)動(dòng)規(guī)律。1）內(nèi)凹的凸輪輪廓曲線a實(shí)際輪廓b理論輪廓理論輪廓曲率半徑實(shí)際輪廓曲率半徑1、無論滾子半徑大小如何，則總能作出實(shí)際輪廓曲線2）外凸由于，當(dāng)時(shí)，實(shí)際輪廓可作出。若，實(shí)際輪廓出現(xiàn)尖點(diǎn)，易磨損，可能使用。若，則實(shí)際輪廓出現(xiàn)交叉，加工時(shí)，交叉部分被切除，出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失