凸輪機構(gòu)分析

1、n 本章要求了解凸輪機構(gòu)的組成、分類、本章要求了解凸輪機構(gòu)的組成、分類、 應(yīng)用；從動件常用的運動規(guī)律；凸輪輪廓應(yīng)用；從動件常用的運動規(guī)律；凸輪輪廓 的設(shè)計方法。的設(shè)計方法。 n重點：推桿常用運動規(guī)律的特點及其選擇重點：推桿常用運動規(guī)律的特點及其選擇 原則；盤形凸輪機構(gòu)凸輪輪廓曲線的設(shè)計。原則；盤形凸輪機構(gòu)凸輪輪廓曲線的設(shè)計。 n難點：凸輪基圓半徑與壓力角的關(guān)系。難點：凸輪基圓半徑與壓力角的關(guān)系。 典型的凸輪機構(gòu)的工作原理典型的凸輪機構(gòu)的工作原理 機架機架 從動件從動件 滾子滾子 凸輪凸輪 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 n一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用 n二、凸輪機構(gòu)的特點二、凸輪機構(gòu)的特點

2、n三、凸輪機構(gòu)的分類三、凸輪機構(gòu)的分類 一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用 凡是無需人的直接參與即能完成能量、物料凡是無需人的直接參與即能完成能量、物料 和信息變換過程的機器稱為自動機。和信息變換過程的機器稱為自動機。 在遍布輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、印刷以及在遍布輕工、紡織、食品、醫(yī)藥、印刷以及 標(biāo)準(zhǔn)件制造等行業(yè)領(lǐng)域的自動機大家族中，凸輪機標(biāo)準(zhǔn)件制造等行業(yè)領(lǐng)域的自動機大家族中，凸輪機 構(gòu)因?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動與控制的簡便而得到了廣泛的應(yīng)用。構(gòu)因?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動與控制的簡便而得到了廣泛的應(yīng)用。 1、內(nèi)燃機配氣機構(gòu)、內(nèi)燃機配氣機構(gòu) 2、繞線機排線機構(gòu)、繞線機排線機構(gòu)3、沖床裝卸料機構(gòu)、沖床裝卸料機構(gòu) 4、控制刀架運

3、動的凸輪機構(gòu)、控制刀架運動的凸輪機構(gòu) 5 5、封蓋機構(gòu)、封蓋機構(gòu) 6 6、食品輸送機構(gòu)、食品輸送機構(gòu) n 具有曲線輪廓或凹槽具有曲線輪廓或凹槽 的構(gòu)件，稱為的構(gòu)件，稱為凸輪凸輪，與凸，與凸 輪保持接觸的桿，稱為輪保持接觸的桿，稱為從從 動件或推桿動件或推桿。 n 凸輪機構(gòu)可將主動凸凸輪機構(gòu)可將主動凸 輪的等速連續(xù)轉(zhuǎn)動變?yōu)閺妮喌牡人龠B續(xù)轉(zhuǎn)動變?yōu)閺?動件的往復(fù)直線運動或繞動件的往復(fù)直線運動或繞 某定點擺動，并依靠凸輪某定點擺動，并依靠凸輪 輪廓曲線準(zhǔn)確地實現(xiàn)所要輪廓曲線準(zhǔn)確地實現(xiàn)所要 求的運動規(guī)律。求的運動規(guī)律。 n 凸輪多為主動件，通常作等速連續(xù)轉(zhuǎn)凸輪多為主動件，通常作等速連續(xù)轉(zhuǎn) 動，從動件作連

4、續(xù)或間歇往復(fù)擺動、移動動，從動件作連續(xù)或間歇往復(fù)擺動、移動 或平面復(fù)雜運動。從動件的運動規(guī)律完全或平面復(fù)雜運動。從動件的運動規(guī)律完全 取決于凸輪輪廓或溝槽的形狀。取決于凸輪輪廓或溝槽的形狀。 n 凸輪機構(gòu)是含有凸輪的一種高副機構(gòu)。凸輪機構(gòu)是含有凸輪的一種高副機構(gòu)。 由凸輪、從動件和機架三個構(gòu)件、兩個低由凸輪、從動件和機架三個構(gòu)件、兩個低 副和一個高副組成的單自由度機構(gòu)。副和一個高副組成的單自由度機構(gòu)。 二、凸輪機構(gòu)的特點二、凸輪機構(gòu)的特點 n1、優(yōu)點：、優(yōu)點： n 多用性和靈活性。只要設(shè)計出適當(dāng)?shù)耐馆喍嘤眯院挽`活性。只要設(shè)計出適當(dāng)?shù)耐馆?輪廓曲線，即可使從動件獲得各種預(yù)期的運動輪廓曲線，即可使

5、從動件獲得各種預(yù)期的運動 規(guī)律，并且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作可靠。規(guī)律，并且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作可靠。 n2、缺點：、缺點： n 凸輪輪廓曲線與從動件間為高副接觸（點凸輪輪廓曲線與從動件間為高副接觸（點 或線），壓強較大，容易磨損，凸輪輪廓加工或線），壓強較大，容易磨損，凸輪輪廓加工 較困難，費用較高。較困難，費用較高。 三、凸輪機構(gòu)的分類三、凸輪機構(gòu)的分類 1、按兩活動構(gòu)件之間的相對運動特性分、按兩活動構(gòu)件之間的相對運動特性分 （1）平面凸輪機構(gòu)）平面凸輪機構(gòu) （2）空間凸輪機構(gòu)）空間凸輪機構(gòu) 盤形凸輪機構(gòu)盤形凸輪機構(gòu) 移動凸輪機構(gòu)移動凸輪機構(gòu) 圓柱凸輪機構(gòu)圓柱凸輪機構(gòu) 圓錐凸輪機構(gòu)圓錐凸輪機構(gòu)

6、 弧面凸輪機構(gòu)弧面凸輪機構(gòu) 球面凸輪機構(gòu)球面凸輪機構(gòu) 凸輪凸輪 n盤形凸輪機構(gòu)盤形凸輪機構(gòu)：凸輪呈盤狀（或是有變化的向凸輪呈盤狀（或是有變化的向 徑），繞固定軸線回轉(zhuǎn)，從動件在垂直于凸輪軸徑），繞固定軸線回轉(zhuǎn)，從動件在垂直于凸輪軸 線的平面內(nèi)運動。線的平面內(nèi)運動。 n移動凸輪機構(gòu)移動凸輪機構(gòu)：相當(dāng)于盤形凸輪機構(gòu)的軸線位：相當(dāng)于盤形凸輪機構(gòu)的軸線位 于無窮遠，凸輪相對于機架作往復(fù)直線運動。于無窮遠，凸輪相對于機架作往復(fù)直線運動。 圓柱凸輪機構(gòu)：圓柱凸輪機構(gòu)：可視為移動凸輪卷成圓柱體而可視為移動凸輪卷成圓柱體而 得，曲線輪廓可開在圓柱體端面上，也可在圓得，曲線輪廓可開在圓柱體端面上，也可在圓 柱面

7、上開曲線或凹槽。柱面上開曲線或凹槽。 等徑凸輪機構(gòu)在機械加工中的應(yīng)用等徑凸輪機構(gòu)在機械加工中的應(yīng)用 利用分度凸輪機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)位利用分度凸輪機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)位 （1）尖頂從動件）尖頂從動件 （2）滾子從動件）滾子從動件 （3）平底從動件）平底從動件 2、按從動件的形狀分類、按從動件的形狀分類 尖頂從動件尖頂從動件：尖頂能與任意復(fù)雜凸輪輪廓保持接觸，尖頂能與任意復(fù)雜凸輪輪廓保持接觸， 因而能實現(xiàn)任意預(yù)期的運動規(guī)律。尖頂與凸輪呈點因而能實現(xiàn)任意預(yù)期的運動規(guī)律。尖頂與凸輪呈點 接觸，易磨損，只宜用于受力不大的場合。接觸，易磨損，只宜用于受力不大的場合。 滾子從動件滾子從動件：改善了從動件與凸輪輪廓間的接觸條件

8、，改善了從動件與凸輪輪廓間的接觸條件， 耐磨損，可承受較大載荷，在工程實際中應(yīng)用最為廣耐磨損，可承受較大載荷，在工程實際中應(yīng)用最為廣 泛。泛。 平底從動件平底從動件：它只能與全部外凸的凸輪輪廓作用。它只能與全部外凸的凸輪輪廓作用。 其優(yōu)點是壓力角小，效率高，潤滑好，常用于高速其優(yōu)點是壓力角小，效率高，潤滑好，常用于高速 運動場合。運動場合。 （1）直動從動件）直動從動件 3、按從動件的運動形式分、按從動件的運動形式分 （2）擺動從動件）擺動從動件 對心直動從動件對心直動從動件 偏置直動從動件偏置直動從動件 （3）平面復(fù)雜運動從動件）平面復(fù)雜運動從動件 第二節(jié)第二節(jié) 從動件的常用運動規(guī)律從動件的

9、常用運動規(guī)律 一、凸輪機構(gòu)的運動循環(huán)及基本名詞術(shù)語一、凸輪機構(gòu)的運動循環(huán)及基本名詞術(shù)語 凸輪基圓凸輪基圓 ： 以凸輪軸心為圓心以凸輪軸心為圓心,以以 其輪廓最小向徑其輪廓最小向徑rb為半徑的圓；為半徑的圓； 偏偏 距距 : 凸輪回轉(zhuǎn)中心與從動件凸輪回轉(zhuǎn)中心與從動件 導(dǎo)路間的偏置距離，用導(dǎo)路間的偏置距離，用e表示。表示。 偏距圓：偏距圓：以以O(shè)為圓心，偏距為圓心，偏距e 為半徑的所作的圓。為半徑的所作的圓。 e 從動件推程：從動件推程：簡稱推程，從動件在凸輪推動下遠離凸簡稱推程，從動件在凸輪推動下遠離凸 輪軸心輪軸心O的運動過程。的運動過程。 推程運動角：推程運動角：與從動件推程相對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)過

10、的角度與從動件推程相對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)過的角度 。 從動件遠休程從動件遠休程：簡稱遠休程，從動件在距凸輪軸心：簡稱遠休程，從動件在距凸輪軸心O 最遠位置處休止的過程。最遠位置處休止的過程。 遠休止角遠休止角 ： 與從動件遠休程相對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角與從動件遠休程相對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角s。 從動件回程：從動件回程：簡稱回程，從動件在彈簧力或其他外力作簡稱回程，從動件在彈簧力或其他外力作 用下移近凸輪軸心用下移近凸輪軸心O的運動過程。的運動過程。 回程運動角回程運動角：與從動件回程相對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角：與從動件回程相對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角 。 近休止角近休止角 ： 與從動件近休程相對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角與從動件近休程相對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角s

11、 。 從動件近休程從動件近休程：簡稱近休程，從動件在距凸輪軸心：簡稱近休程，從動件在距凸輪軸心O 最近位置處休止的過程。最近位置處休止的過程。 從動件行程從動件行程: 在推程或回程中從動件的最大位移，用在推程或回程中從動件的最大位移，用h 表示。表示。 凸輪機構(gòu)的工作原理凸輪機構(gòu)的工作原理 s C S S D 2 h行程行程 推程運動角推程運動角 遠休止角遠休止角 回程運動角回程運動角 近休止角近休止角 B o s D rb e A B C 凸輪的基圓凸輪的基圓 該位置為初始位置該位置為初始位置 擺動從動件凸輪機構(gòu)擺動從動件凸輪機構(gòu) A O1 O2 max B1 B 從動件擺角從動件擺角 推程

12、運動角推程運動角 C S S D 2 遠休止角遠休止角 回程運動角回程運動角 近休止角近休止角 o B max 最大擺角最大擺角 最大擺角最大擺角 擺角 二、從動件運動規(guī)律二、從動件運動規(guī)律 n 所謂從動件運動規(guī)律，是指從動件在整個工所謂從動件運動規(guī)律，是指從動件在整個工 作循環(huán)中，位移作循環(huán)中，位移S、速度速度v、加速度加速度a隨時間隨時間 t 或凸或凸 輪轉(zhuǎn)角輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。從動件的運動規(guī)律與一定變化的規(guī)律。從動件的運動規(guī)律與一定 的凸輪輪廓相對應(yīng)。也就是從動件的不同運動規(guī)的凸輪輪廓相對應(yīng)。也就是從動件的不同運動規(guī) 律要求凸輪具有不同的輪廓曲線。因此設(shè)計凸輪律要求凸輪具有不同的輪廓曲線。

13、因此設(shè)計凸輪 時，必須首先確定從動件的運動規(guī)律。時，必須首先確定從動件的運動規(guī)律。 以凸輪的轉(zhuǎn)角（或?qū)?yīng)的時間）為橫坐標(biāo)，以凸輪的轉(zhuǎn)角（或?qū)?yīng)的時間）為橫坐標(biāo)， 以從動件的位移為縱坐標(biāo)所作的曲線，稱為從以從動件的位移為縱坐標(biāo)所作的曲線，稱為從 動件的位移曲線。同樣可以作出從動件的速度動件的位移曲線。同樣可以作出從動件的速度 曲線曲線、加速度曲線。加速度曲線。 n 凸輪的輪廓形狀決定了從動件的運動規(guī)律。凸輪的輪廓形狀決定了從動件的運動規(guī)律。 反之，從動件不同的運動規(guī)律要求凸輪具有不同反之，從動件不同的運動規(guī)律要求凸輪具有不同 形狀的輪廓曲線，也即是說，凸輪輪廓曲線的形形狀的輪廓曲線，也即是說，凸

14、輪輪廓曲線的形 狀取決于凸輪機構(gòu)從動件的運動參數(shù)。狀取決于凸輪機構(gòu)從動件的運動參數(shù)。 設(shè)計凸輪機構(gòu)時，通常只需根據(jù)工作設(shè)計凸輪機構(gòu)時，通常只需根據(jù)工作 要求，從常用運動規(guī)律中選擇適當(dāng)?shù)倪\要求，從常用運動規(guī)律中選擇適當(dāng)?shù)倪\ 動曲線。在一般情況下，推程是工作行動曲線。在一般情況下，推程是工作行 程，要求比較嚴(yán)格，需要進行仔細研究。程，要求比較嚴(yán)格，需要進行仔細研究。 回程一般要求較低，受力情況也比推程回程一般要求較低，受力情況也比推程 階段有利，故不作專門討論。階段有利，故不作專門討論。 推程的運動方程：推程的運動方程： /hs /hv 0a h O S v O v O a 從動件在運動起始位置和

15、終止從動件在運動起始位置和終止 兩瞬時的速度有突變，故加速度在兩瞬時的速度有突變，故加速度在 理論上由零值突變?yōu)闊o窮大，慣性理論上由零值突變?yōu)闊o窮大，慣性 力也為無窮大。由此的強烈沖擊稱力也為無窮大。由此的強烈沖擊稱 為為剛性沖擊。剛性沖擊。適用于低速場合。適用于低速場合。 一、等速運動規(guī)律一、等速運動規(guī)律 從動件運動的速度為常數(shù)時的從動件運動的速度為常數(shù)時的 運動規(guī)律，稱為等速運動規(guī)律運動規(guī)律，稱為等速運動規(guī)律 （直線運動規(guī)律）。（直線運動規(guī)律）。 二、二、 等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律 （拋物線運動規(guī)律）（拋物線運動規(guī)律） 從動件在推程（或回程）中，從動件在推程（或回程）中，

16、前半段作等加速運動，后半段作等前半段作等加速運動，后半段作等 減速運動，加速度為常數(shù)。減速運動，加速度為常數(shù)。 推程等加速運動的方程式為：推程等加速運動的方程式為： 2 2 2 h s 2 4 h v 2 2 4 h a 1 4 9 4 1 0 h 1 4 23560 s 0 v vmax 2/ 0 amax -amax a 2/ 在運動規(guī)律推程的始末點和前后在運動規(guī)律推程的始末點和前后 半半 程的交接處，加速度雖為有限值，但程的交接處，加速度雖為有限值，但 加加 速度對時間的變化率理論上為無窮大。速度對時間的變化率理論上為無窮大。 由此引起的沖擊稱為由此引起的沖擊稱為柔性沖擊柔性沖擊。 適用

17、于中、低速場合。適用于中、低速場合。 三、余弦加速度運動規(guī)律三、余弦加速度運動規(guī)律 （簡諧運動規(guī)律）（簡諧運動規(guī)律） )cos(1 2 h s )sin( 2 h v )cos( 2 2 22 h a 1 2 3 4 5 6 0 s 1 2 3456 h 該運動規(guī)律在推程的開始和終該運動規(guī)律在推程的開始和終 止瞬時，從動件的加速度仍有突變，止瞬時，從動件的加速度仍有突變， 故存在柔性沖擊。因此適用于高速故存在柔性沖擊。因此適用于高速 場合。場合。 vmax a 1 2 3 456 amax -amax v 1 2 3456 從動件的加速度按余弦規(guī)律變化從動件的加速度按余弦規(guī)律變化 推程階段的正

18、弦加速度方程為推程階段的正弦加速度方程為 ) 2 sin( 2 hh s ) 2 cos(1 h v ) 2 sin( 2 2 2 h a 12345678 s o h s s S=S-S 2 13 4 6 h/2 5 7 2 sin 2 h s s 12345678 o v vmax 1234 5678 o a amax -amax 這種運動規(guī)律的速度及這種運動規(guī)律的速度及 加速度曲線都是連續(xù)的，沒加速度曲線都是連續(xù)的，沒 有任何突變，因而既沒有剛有任何突變，因而既沒有剛 性沖擊、又沒有柔性沖擊，性沖擊、又沒有柔性沖擊， 可適用于高速凸輪機構(gòu)?？蛇m用于高速凸輪機構(gòu)。 四、正弦加速度運動規(guī)律四

19、、正弦加速度運動規(guī)律 （擺線運動規(guī)律）（擺線運動規(guī)律） 指從動桿的加速度按正弦規(guī)指從動桿的加速度按正弦規(guī) 律變化。律變化。 n 當(dāng)根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件選定凸輪機構(gòu)型式、當(dāng)根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件選定凸輪機構(gòu)型式、 從動件運動規(guī)律和凸輪轉(zhuǎn)向，并確定凸輪基圓半徑從動件運動規(guī)律和凸輪轉(zhuǎn)向，并確定凸輪基圓半徑 等基本尺寸之后，就可以進行凸輪輪廓設(shè)計了。凸等基本尺寸之后，就可以進行凸輪輪廓設(shè)計了。凸 輪輪廓設(shè)計的方法有輪輪廓設(shè)計的方法有圖解法和解析法。圖解法和解析法。 這兩種方法的基本原理和基本方法是一致的，這兩種方法的基本原理和基本方法是一致的， 為了形象具體地掌握凸輪廓線的基本方法，先介紹為了形象具

20、體地掌握凸輪廓線的基本方法，先介紹 圖解法。圖解法。 第三節(jié)第三節(jié) 圖解法設(shè)計平面凸輪輪廓圖解法設(shè)計平面凸輪輪廓 在設(shè)計凸輪廓線時，可假設(shè)凸輪靜止不動，而在設(shè)計凸輪廓線時，可假設(shè)凸輪靜止不動，而 使推桿相對于凸輪作反轉(zhuǎn)運動，同時又在其導(dǎo)軌使推桿相對于凸輪作反轉(zhuǎn)運動，同時又在其導(dǎo)軌 內(nèi)作預(yù)期運動，做出推桿在這種復(fù)合運動中的一內(nèi)作預(yù)期運動，做出推桿在這種復(fù)合運動中的一 系列位置，則其尖頂?shù)能壽E就是所要求的凸輪廓系列位置，則其尖頂?shù)能壽E就是所要求的凸輪廓 線。線。 反轉(zhuǎn)法：反轉(zhuǎn)法： n 對心尖頂直動從動件盤形凸輪機構(gòu)，當(dāng)凸輪以對心尖頂直動從動件盤形凸輪機構(gòu)，當(dāng)凸輪以 等角速度轉(zhuǎn)動時，從動件將按預(yù)定的

21、運動規(guī)律運動。等角速度轉(zhuǎn)動時，從動件將按預(yù)定的運動規(guī)律運動。 n 假設(shè)給整個機構(gòu)加上一個公共假設(shè)給整個機構(gòu)加上一個公共 的角速度的角速度“-”，使其繞凸輪軸心使其繞凸輪軸心 O作反向轉(zhuǎn)動。根據(jù)相對運動原理，作反向轉(zhuǎn)動。根據(jù)相對運動原理， 凸輪與從動件之間的相對運動不凸輪與從動件之間的相對運動不 變，結(jié)果，凸輪靜止不動，而從變，結(jié)果，凸輪靜止不動，而從 動件一方面隨其導(dǎo)路以角速度動件一方面隨其導(dǎo)路以角速度“- ”繞繞O轉(zhuǎn)動，另一方面還在其導(dǎo)轉(zhuǎn)動，另一方面還在其導(dǎo) 路內(nèi)按預(yù)定的運動規(guī)律移動。從路內(nèi)按預(yù)定的運動規(guī)律移動。從 動件在這種復(fù)合運動中，其尖頂動件在這種復(fù)合運動中，其尖頂 仍然始終與凸輪輪廓

22、保持接觸，仍然始終與凸輪輪廓保持接觸， 因此，在此運動過程中，因此，在此運動過程中，尖頂?shù)募忭數(shù)?運動軌跡即為凸輪輪廓。運動軌跡即為凸輪輪廓。 已知從動件的運動規(guī)律已知從動件的運動規(guī)律s =s( )、v=v( )、a=a( )及凸輪及凸輪 機構(gòu)的基本尺寸（如機構(gòu)的基本尺寸（如r0、e）及轉(zhuǎn)向，作出凸輪的輪廓曲線。及轉(zhuǎn)向，作出凸輪的輪廓曲線。 r0 e s B0 B 2 o s B1 S - S - 反轉(zhuǎn)法原理反轉(zhuǎn)法原理 假想給正在運動著的整個凸假想給正在運動著的整個凸 輪機構(gòu)加上一個與凸輪角速度輪機構(gòu)加上一個與凸輪角速度 大小相等、方向相反的公共角速大小相等、方向相反的公共角速 度（度（- ）

23、，這樣，各構(gòu)件的相對），這樣，各構(gòu)件的相對 運動關(guān)系并不改變，但原來以運動關(guān)系并不改變，但原來以角角 速度速度 轉(zhuǎn)動的凸輪將處于靜止?fàn)钷D(zhuǎn)動的凸輪將處于靜止?fàn)?態(tài)；機架（從動件的導(dǎo)路）則以態(tài)；機架（從動件的導(dǎo)路）則以 （ - ）的角速度圍繞凸輪原來）的角速度圍繞凸輪原來 的轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動；而從動件一方的轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動；而從動件一方 面隨機架轉(zhuǎn)動，另一方面又按照面隨機架轉(zhuǎn)動，另一方面又按照 給定的運動規(guī)律相對機架作往復(fù)給定的運動規(guī)律相對機架作往復(fù) 運動。運動。 n 例：用反轉(zhuǎn)法繪制一對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)的凸例：用反轉(zhuǎn)法繪制一對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)的凸 輪輪廓曲線，已知凸輪的基圓半徑為輪輪

24、廓曲線，已知凸輪的基圓半徑為r0=15mm，凸輪以等凸輪以等 角速度沿角速度沿逆時針逆時針方向回轉(zhuǎn)，推桿的運動規(guī)律如圖。方向回轉(zhuǎn)，推桿的運動規(guī)律如圖。 、對心尖頂直動從動件盤形凸輪、對心尖頂直動從動件盤形凸輪 - s O 2 180 12060 1 2 3 4 5 6 78 9 10 2 1 180 120 1）選比例尺，畫出位移線圖，并將推）選比例尺，畫出位移線圖，并將推 程回程橫坐標(biāo)分若干等分；程回程橫坐標(biāo)分若干等分； 2）以）以r0為半徑畫一基圓，為半徑畫一基圓， 并沿并沿- 方向依次量取推方向依次量取推 程角、遠休程角、回程程角、遠休程角、回程 角、近休角，并分得相角、近休角，并分得相

25、 應(yīng)等分；應(yīng)等分； 3）沿基圓向外截取）沿基圓向外截取 對應(yīng)的坐標(biāo)值，對應(yīng)的坐標(biāo)值， 得到一系列點；得到一系列點； 4）用光滑曲線將這）用光滑曲線將這 些點連起來即為凸些點連起來即為凸 輪輪廓。輪輪廓。 已知凸輪的基圓半徑為已知凸輪的基圓半徑為rb、 、偏 偏 距距e，凸輪以等角速度沿逆凸輪以等角速度沿逆 時針方向回轉(zhuǎn)，從動件的運時針方向回轉(zhuǎn)，從動件的運 動規(guī)律如圖。動規(guī)律如圖。 2、偏置尖底直動從動件盤形凸輪偏置尖底直動從動件盤形凸輪 偏置尖頂移動從動件盤型凸輪機構(gòu)偏置尖頂移動從動件盤型凸輪機構(gòu) （1）按已設(shè)計好的運動規(guī)律作出按已設(shè)計好的運動規(guī)律作出 位移線圖；位移線圖； - （2）按基本按

26、基本 尺寸作出凸輪機構(gòu)的尺寸作出凸輪機構(gòu)的 初始位置；初始位置； （3）按按- 方向劃分偏距圓得方向劃分偏距圓得 c0、 c1、c2等點；并過這等點；并過這 些點作些點作偏距圓偏距圓 的切線，即為反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線；的切線，即為反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線； c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c0e rb O 180 B1 B3 B4 B2 B5 B8 （4）在各反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線上量取與在各反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線上量取與 位移圖相應(yīng)的位移，得位移圖相應(yīng)的位移，得B1、B2 等點，即為凸輪輪廓上的點。等點，即為凸輪輪廓上的點。 o S 2 18012060 12 3 4 5 67 8 910 h B6 c10 c8 c9 B7 1

27、20 B9 B10 60 B0 n3、對心滾子直動從動件盤形凸輪對心滾子直動從動件盤形凸輪 在滾子從動件凸輪機構(gòu)中，滾子與從動件鉸在滾子從動件凸輪機構(gòu)中，滾子與從動件鉸 接，設(shè)鉸接時接，設(shè)鉸接時滾子中心恰好與尖頂重合滾子中心恰好與尖頂重合，故滾子，故滾子 中心的運動規(guī)律即為尖頂?shù)倪\動規(guī)律中心的運動規(guī)律即為尖頂?shù)倪\動規(guī)律。 n 滾子從動件凸輪機構(gòu)中，滾子從動件凸輪機構(gòu)中， 滾子中心的運動規(guī)律為尖頂滾子中心的運動規(guī)律為尖頂 的運動規(guī)律。即為滾子從動的運動規(guī)律。即為滾子從動 件凸輪的件凸輪的理論輪廓理論輪廓。 n 以理論輪廓上各點為圓以理論輪廓上各點為圓 心，以滾子半徑心，以滾子半徑rr為半徑的為半

28、徑的 滾子圓族的包絡(luò)線，稱為滾滾子圓族的包絡(luò)線，稱為滾 子從動件凸輪的子從動件凸輪的實際輪廓，實際輪廓， 或稱工作輪廓或稱工作輪廓。 滾子從動件盤型凸輪機構(gòu)滾子從動件盤型凸輪機構(gòu) x y r0 B0 理論輪廓曲線理論輪廓曲線 實際輪廓曲線實際輪廓曲線 （1）求出滾子中心在固定坐標(biāo)系求出滾子中心在固定坐標(biāo)系oxy 中的軌跡中的軌跡 （稱為理論輪廓稱為理論輪廓）；）； （2）再求滾子從動件凸輪的再求滾子從動件凸輪的 工作輪廓曲線（工作輪廓曲線（稱為實際輪廓稱為實際輪廓 曲線曲線）。）。 rr 注意：注意： （1）理論輪廓與實際輪廓互為）理論輪廓與實際輪廓互為 等距曲線；等距曲線； （2）凸輪的基圓

29、半徑是指）凸輪的基圓半徑是指理論輪理論輪 廓廓曲線的最小向徑。曲線的最小向徑。 平底移動從動件盤型凸輪機構(gòu)平底移動從動件盤型凸輪機構(gòu) - s O 2 180 12060 1 2 3 4 5 6 78 9 10 2 1 180 120 平底凸輪 機構(gòu) 二、擺動從動件盤形凸輪二、擺動從動件盤形凸輪 已知凸輪的基圓半徑為已知凸輪的基圓半徑為rb、 、中心距 中心距a，從動件從動件 長度長度l，凸輪以等角速度沿逆時針方向回轉(zhuǎn)，從動凸輪以等角速度沿逆時針方向回轉(zhuǎn)，從動 件的運動規(guī)律如圖。件的運動規(guī)律如圖。 尖頂擺動從動件盤型凸輪機構(gòu)尖頂擺動從動件盤型凸輪機構(gòu) 2 max 18012060 o 12 3

30、4 5 67 8 910 （1）作出角位移線圖；作出角位移線圖； （2）作初始位置；作初始位置； （4）找從動件反轉(zhuǎn)后的一系找從動件反轉(zhuǎn)后的一系 列位置，列位置，得得 C1、C2、C3 等點等點 ，即為凸輪輪廓上的點。，即為凸輪輪廓上的點。 A1 A2 A3 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 （3）按按- 方向劃分圓方向劃分圓R得得A0、 A1、A2、 、A4等點；即得機架 等點；即得機架 反轉(zhuǎn)的一系列位置；反轉(zhuǎn)的一系列位置； 0 rb B0 L 180 60 120 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 1 C1 2

31、C2 3 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 R O A0 a - 第四節(jié)第四節(jié) 解析法設(shè)計平面凸輪輪廓解析法設(shè)計平面凸輪輪廓 圖為偏置直動從圖為偏置直動從 動件盤形凸輪機構(gòu)。動件盤形凸輪機構(gòu)。 設(shè)已知偏距、基圓半設(shè)已知偏距、基圓半 徑和從動件的運動規(guī)徑和從動件的運動規(guī) 律。求凸輪輪廓曲線律。求凸輪輪廓曲線 上各點的坐標(biāo)。上各點的坐標(biāo)。 一、一、尖底直動從動件盤形凸輪輪廓尖底直動從動件盤形凸輪輪廓 n 凸輪輪廓曲線可凸輪輪廓曲線可 以用極坐標(biāo)和直角坐以用極坐標(biāo)和直角坐 標(biāo)表示。采用極坐標(biāo)標(biāo)表示。采用極坐標(biāo) 形式，把凸輪轉(zhuǎn)動中形式，把凸輪轉(zhuǎn)動中 心心O O作為極坐標(biāo)原點，作為極坐標(biāo)

32、原點， 以以O(shè)AOA0 0作為極角作為極角的的 坐標(biāo)軸。坐標(biāo)軸。 n 根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，求凸輪輪廓曲線上任意一點根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，求凸輪輪廓曲線上任意一點 A A極角極角A A的向徑的向徑r rA A。A A點的極角為點的極角為 凸輪輪廓曲線的極坐標(biāo)參數(shù)方程凸輪輪廓曲線的極坐標(biāo)參數(shù)方程 n 對于對于e=0e=0的對心在動從動件凸輪機構(gòu)，的對心在動從動件凸輪機構(gòu)， 由于由于0 0=90=90，則其凸輪輪廓曲線的則其凸輪輪廓曲線的 極坐標(biāo)方程為：極坐標(biāo)方程為： 二、擺動從動件盤形凸輪輪廓二、擺動從動件盤形凸輪輪廓 n 圖示為擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)。已知基圓半徑、圖示為擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)。已知基圓半

33、徑、 中心距、凸輪以等角速度逆時針方向轉(zhuǎn)動、擺桿長度中心距、凸輪以等角速度逆時針方向轉(zhuǎn)動、擺桿長度 及其運動規(guī)律，用解析法求盤形凸輪輪廓曲線。及其運動規(guī)律，用解析法求盤形凸輪輪廓曲線。 n 選用極坐標(biāo)系，根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，求輪廓曲線選用極坐標(biāo)系，根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，求輪廓曲線 上點的極坐標(biāo)參數(shù)方程。上點的極坐標(biāo)參數(shù)方程。 n凸輪輪廓上任一點凸輪輪廓上任一點A A的向徑為：的向徑為： nA A點的極角：點的極角： 擺動尖底從動件盤形凸輪輪廓曲線的極坐標(biāo)參數(shù)方程擺動尖底從動件盤形凸輪輪廓曲線的極坐標(biāo)參數(shù)方程 第五節(jié)第五節(jié) 凸輪機構(gòu)基本尺寸確定凸輪機構(gòu)基本尺寸確定 n一、凸輪機構(gòu)的壓力角一、凸輪機構(gòu)的壓力

34、角的確定的確定 n二、基圓半徑的確定二、基圓半徑的確定 n三、滾子半徑的確定三、滾子半徑的確定 一、凸輪機構(gòu)的壓力角一、凸輪機構(gòu)的壓力角的確定的確定 n 凸輪機構(gòu)傳力性能的好壞與機構(gòu)的壓力凸輪機構(gòu)傳力性能的好壞與機構(gòu)的壓力 角有關(guān)。角有關(guān)。 從動件在凸輪輪廓接從動件在凸輪輪廓接 觸點觸點K處所受的正壓力的方處所受的正壓力的方 向（即凸輪輪廓在該點法向（即凸輪輪廓在該點法 線方向）與從動件上的速線方向）與從動件上的速 度方向之間所夾的銳角，度方向之間所夾的銳角， 稱為從動件在該位置的稱為從動件在該位置的壓壓 力角，力角，通常也稱為凸輪機通常也稱為凸輪機 構(gòu)的壓力角構(gòu)的壓力角 。 1壓力角壓力角

35、n根據(jù)力平衡條件：根據(jù)力平衡條件： F F 盡可能小盡可能小 n當(dāng)當(dāng)增大到增大到 85 lim F增至無窮大，機構(gòu)自鎖。機構(gòu)自鎖時極限壓增至無窮大，機構(gòu)自鎖。機構(gòu)自鎖時極限壓 力角為：力角為： n2、壓力角、壓力角 的取值的取值 n推薦推薦 30 45 8070 為改善受力情況，保證機構(gòu)順利運轉(zhuǎn)為改善受力情況，保證機構(gòu)順利運轉(zhuǎn) 回程：回程： 擺動從動件擺動從動件 工作行程：直動從動件工作行程：直動從動件 例例1：作圖求出凸輪轉(zhuǎn)過：作圖求出凸輪轉(zhuǎn)過45時的壓力角。時的壓力角。 例例2：圖示一對心直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)，：圖示一對心直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)， 已知凸輪角速度已知凸輪角速度1，

36、在圖上畫出：在圖上畫出： 1）凸輪基圓）凸輪基圓rb ； 2）機構(gòu)在圖示位置的壓力角）機構(gòu)在圖示位置的壓力角 ； =0 二、基圓半徑的確定二、基圓半徑的確定 n確定凸輪基圓半徑確定凸輪基圓半徑rb rb增大，則增大，則 將減小，改善凸輪將減小，改善凸輪 受力情況。受力情況。 三、滾子半徑的確定三、滾子半徑的確定 n 對于滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)，對于滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)，為了提高滾為了提高滾 子的壽命，以及增大滾子軸的強度和剛度等，選用子的壽命，以及增大滾子軸的強度和剛度等，選用 半徑半徑較大較大的滾子比較有利。的滾子比較有利。 當(dāng)滾子半徑過大時，會不會出現(xiàn)其它什么問題當(dāng)滾子半徑過大時，會不會

37、出現(xiàn)其它什么問題 呢？呢？ 1、凸輪理論輪廓的內(nèi)凹部分、凸輪理論輪廓的內(nèi)凹部分 c工作輪廓的曲率半徑工作輪廓的曲率半徑 理論輪廓的曲率半徑理論輪廓的曲率半徑 rr滾子半徑滾子半徑 當(dāng)理論輪廓作出后，不論選擇多大的滾子，當(dāng)理論輪廓作出后，不論選擇多大的滾子， 都能作出工作輪廓。都能作出工作輪廓。 crr 輪廓正常輪廓正常 c rr 2、凸輪理論輪廓的外凸部分、凸輪理論輪廓的外凸部分 c工作輪廓的曲率半徑工作輪廓的曲率半徑 理論輪廓的曲率半徑理論輪廓的曲率半徑 rr滾子半徑滾子半徑 rr crr rr crr0 rr crrrr min=rr min rr minrr 為避免運動失真，為避免運動失

38、真， bmin = min-rr 3mm 建議：rr0.8min，或rr 0.4rb 問題：問題：在設(shè)計一對心凸輪機構(gòu)設(shè)計在設(shè)計一對心凸輪機構(gòu)設(shè)計時，時，當(dāng)出現(xiàn)當(dāng)出現(xiàn) 的情況，在不改變運動規(guī)律的前提下，可采取哪些措的情況，在不改變運動規(guī)律的前提下，可采取哪些措 施來進行改進？施來進行改進？ 1)1)加大基圓半徑加大基圓半徑 3)3)將對心改為偏置，將對心改為偏置， 2)2)采用平底從動件。采用平底從動件。 ss eoP 0 12 tan ss eoP 0 12 tan n 從動件的偏置方向，會影響機構(gòu)的推程壓力從動件的偏置方向，會影響機構(gòu)的推程壓力 角，使機構(gòu)的傳力性能發(fā)生變化。角，使機構(gòu)的傳

39、力性能發(fā)生變化。 凸輪順時針轉(zhuǎn)動時，從動件凸輪順時針轉(zhuǎn)動時，從動件導(dǎo)路應(yīng)偏于凸輪導(dǎo)路應(yīng)偏于凸輪 軸心的左側(cè)軸心的左側(cè)； 凸輪逆時針轉(zhuǎn)動時，從動件凸輪逆時針轉(zhuǎn)動時，從動件導(dǎo)路應(yīng)偏于凸輪導(dǎo)路應(yīng)偏于凸輪 軸心的右側(cè)。軸心的右側(cè)。 ss eoP 0 12 tan n1、尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)中，基圓上至少有一、尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)中，基圓上至少有一 點是輪廓線上的點。點是輪廓線上的點。 （）（） n2、凸輪機構(gòu)中，從動件按等加速等減速運動是指、凸輪機構(gòu)中，從動件按等加速等減速運動是指 從動件在推程中按等加速運動，在回程中按等減從動件在推程中按等加速運動，在回程中按等減 速運動。速運動。 （） n3、

40、凸輪機構(gòu)中，從動件運動規(guī)律一定時，凸輪的、凸輪機構(gòu)中，從動件運動規(guī)律一定時，凸輪的 基圓半徑越大，則壓力角越大，傳力效果越壞?；鶊A半徑越大，則壓力角越大，傳力效果越壞。 （ ） n4、凸輪機構(gòu)中，從動件在升程時，若按簡諧運動、凸輪機構(gòu)中，從動件在升程時，若按簡諧運動 規(guī)律運動，會產(chǎn)生柔性沖擊。規(guī)律運動，會產(chǎn)生柔性沖擊。 （）（） n1、尖頂從動件凸輪機構(gòu)中，基圓大小會影響、尖頂從動件凸輪機構(gòu)中，基圓大小會影響 （ D ）。）。 A. 從動件位移從動件位移 B. 從動件速度從動件速度 C. 從動件加速度從動件加速度 D. 凸輪機構(gòu)壓力角凸輪機構(gòu)壓力角 n2、（、（ C ）盤形凸輪機構(gòu)的壓力角恒等于常數(shù)。）盤形凸輪機構(gòu)的壓力角恒等于常數(shù)。 A擺動尖頂從動件擺動尖頂從動件 B直動滾子從動件直動滾子從動件 C擺動平底從動件擺動平底從動件 D擺動滾子從動件擺動滾子從動件 1、凸輪機構(gòu)中，從動件根據(jù)其端部結(jié)構(gòu)型式，一般有、凸輪機構(gòu)中，從動件根據(jù)其端部結(jié)構(gòu)型式，一般有 、 、 等三種型式。等三種型式。 2、盤形凸輪的基圓半徑是、盤形凸輪的基圓半徑是上距凸輪轉(zhuǎn)動中心的最上距凸輪轉(zhuǎn)動中心的最 小向徑。小向徑。 3、從動件作等速運動的凸輪機構(gòu)中，其位移線圖是、從動件作等速運動的凸輪機構(gòu)中，其位移線圖是線，線， 速度線圖是速度線圖是線。線。 4、在凸輪機構(gòu)幾種基本的從動件運動