凸輪機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì)

1、1 第5章 凸輪機(jī)構(gòu)n5.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與類(lèi)型n5.2 從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律n5.3凸輪輪廓曲線(xiàn)設(shè)計(jì)n5.4 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題n5.5 凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和材料n凸輪機(jī)構(gòu)是含有凸輪的一種高副機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)機(jī)械和半自動(dòng)機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。n凸輪是一具有曲面輪廓的構(gòu)件，一般多為原動(dòng)件（有時(shí)為機(jī)架）；當(dāng)凸輪為原動(dòng)件時(shí)，通常作等速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，而從動(dòng)件則按預(yù)期輸出特性要求作連續(xù)或間歇的往復(fù)擺動(dòng)、移動(dòng)或平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。5.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用與類(lèi)型3一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用n凸輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。n如圖所示的內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)

2、構(gòu)，原動(dòng)凸輪1連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)凸輪高副驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件2（閥桿）按預(yù)期的輸出特性啟閉閥門(mén)，使閥門(mén)既能充分開(kāi)啟，又具有較小的慣性力。 4圖4-2所示為繞線(xiàn)機(jī)排線(xiàn)凸輪機(jī)構(gòu)n繞線(xiàn)軸3連續(xù)快速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)蝸桿傳動(dòng)帶動(dòng)凸輪1緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)凸輪高副驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件2往復(fù)擺動(dòng)，從而使線(xiàn)均勻地纏繞在繞線(xiàn)軸上。 5沖床裝卸料凸輪機(jī)構(gòu)n原動(dòng)凸輪1固定于沖頭上，當(dāng)其隨沖頭往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)凸輪高副驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件2以一定規(guī)律往復(fù)水平移動(dòng)，從而使機(jī)械手按預(yù)期的輸出特性裝卸工件。 6罐頭盒封蓋機(jī)構(gòu)n圖所示的罐頭盒封蓋機(jī)構(gòu)，亦為一凸輪機(jī)構(gòu)。n原動(dòng)件1連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)帶有凹槽的固定凸輪3的高副導(dǎo)引從動(dòng)件2上的端點(diǎn)C沿預(yù)期的軌跡接合縫S運(yùn)動(dòng)

3、，從而完成罐頭盒的封蓋任務(wù)。n而在圖所示的巧克力輸送凸輪機(jī)構(gòu)中，當(dāng)帶有凹槽的圓柱凸輪1連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)嵌于其槽中的滾子驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件2往復(fù)移動(dòng)，凸輪1每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，從動(dòng)件2即從喂料器中推出一塊巧克力并將其送至待包裝位置。盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)在印刷機(jī)中的應(yīng)用等徑凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)械加工中的應(yīng)用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)械加工中的應(yīng)用利用分度凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位9二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)n在凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪可為原動(dòng)件也可為機(jī)架；但多數(shù)情況下，凸輪為原動(dòng)件。n從不同角度出發(fā)，凸輪機(jī)構(gòu)可作如下分類(lèi)。 n1、按兩活動(dòng)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類(lèi)、按兩活動(dòng)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類(lèi)n(1)平面凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu)：兩活動(dòng)構(gòu)件之間

4、的相對(duì)運(yùn)：兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)平面運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪機(jī)構(gòu) .n(2)空間凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)：兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)：兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，的凸輪機(jī)構(gòu)， 10下列凸輪機(jī)構(gòu)哪些是平面凸輪機(jī)構(gòu)？哪些是空間凸輪機(jī)構(gòu)？11 1)盤(pán)形凸輪盤(pán)形凸輪：它是凸輪的基本型式。是一個(gè)：它是凸輪的基本型式。是一個(gè)相對(duì)機(jī)架作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)或?yàn)闄C(jī)架且具有變化向相對(duì)機(jī)架作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)或?yàn)闄C(jī)架且具有變化向徑的盤(pán)形構(gòu)件，徑的盤(pán)形構(gòu)件， 它可視為盤(pán)形凸輪它可視為盤(pán)形凸輪的演化型式。的演化型式。是一個(gè)相對(duì)機(jī)架作是一個(gè)相對(duì)機(jī)架作直線(xiàn)移動(dòng)或?yàn)闄C(jī)架直線(xiàn)移動(dòng)或?yàn)闄C(jī)架且具有變化輪廓的且具有變化

5、輪廓的構(gòu)件，構(gòu)件， 2)移動(dòng)凸輪移動(dòng)凸輪：13(2)空間凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)(Spatial Cam)142 2、按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類(lèi)、按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類(lèi)n(1)尖頂從動(dòng)件尖頂從動(dòng)件：尖頂能與任意復(fù)雜凸輪輪廓保持接觸，因而能實(shí)現(xiàn)任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。尖頂與凸輪呈點(diǎn)接觸，易磨損，故只宜用于受力不大的場(chǎng)合。 n(2)滾子從動(dòng)滾子從動(dòng)件件：為克服尖頂從動(dòng)件的缺點(diǎn)，在尖頂處安裝一個(gè)滾子，即成為滾子從動(dòng)件。它改善了從動(dòng)件與凸輪輪廓間的接觸條件，耐磨損，可承受較大載荷，故在工程實(shí)際中應(yīng)用最為廣泛。 n(3)平底從動(dòng)件平底從動(dòng)件：平底從動(dòng)件與凸輪輪廓接觸為一平面，顯然它只能與全部外凸的凸輪輪廓作

6、用。其優(yōu)點(diǎn)是：壓力角小，效率高，潤(rùn)滑好，故常用于高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合。 15根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式的不同n以上三種從動(dòng)件還可分為：n直動(dòng)從動(dòng)件；n擺動(dòng)從動(dòng)件；n作平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件。161)直動(dòng)從動(dòng)件(Translating Follower)：對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)偏心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)172)擺動(dòng)從動(dòng)件(Oscillating)擺動(dòng)平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)183 3、按凸輪高副的鎖合方式分、按凸輪高副的鎖合方式分(1)力鎖合力鎖合：利用利用重力、彈簧力或其重力、彈簧力或其他外力使組成凸輪他外力使組成凸輪高副的兩

7、構(gòu)件始終高副的兩構(gòu)件始終保持接觸。保持接觸。 (2)形鎖合形鎖合：利用特殊幾何形狀（虛利用特殊幾何形狀（虛約束）使組成凸輪高副的兩構(gòu)件始約束）使組成凸輪高副的兩構(gòu)件始終保持接觸。終保持接觸。 等寬凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪機(jī)構(gòu)共軛凸輪機(jī)構(gòu)20凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：只要設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，即可使從?dòng)件實(shí)現(xiàn)任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠。n缺點(diǎn)：凸輪為高副接觸（點(diǎn)或線(xiàn)），壓強(qiáng)較大，容易磨損，凸輪輪廓加工比較困難，費(fèi)用較高。所以通常用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)一、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)及基本名詞術(shù)語(yǔ)一、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)及基本名詞術(shù)語(yǔ)5.2 從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律n推程運(yùn)動(dòng)角：與從動(dòng)件推程相對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)

8、角，0；n遠(yuǎn)休止角 ：與從動(dòng)件遠(yuǎn)休程相對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，s；n回程運(yùn)動(dòng)角：與從動(dòng)件回程相對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，0；n近休止角 ：與從動(dòng)件近休程相對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，s；n凸輪基圓 ：以凸輪軸心為圓心,以其輪廓最小向徑 ro 為半徑的圓；n從動(dòng)件行程: 在推程或回程中從動(dòng)件的最大位移,用 h 表示；n偏 距 : 凸輪回轉(zhuǎn)中心與從動(dòng)件導(dǎo)路間的偏置距離,用 e 表示。24二、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律n從動(dòng)件的位移s、速度v和加速度a隨凸輪轉(zhuǎn)角（或時(shí)間t）的變化規(guī)律稱(chēng)為。n從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律又可分為基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律和組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 251、基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律、基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律n(1)等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律n從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)

9、程中速度為常數(shù)，而在運(yùn)動(dòng)的從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度為常數(shù)，而在運(yùn)動(dòng)的始、末點(diǎn)處速度產(chǎn)生突變，理論上加速度為無(wú)始、末點(diǎn)處速度產(chǎn)生突變，理論上加速度為無(wú)窮大，產(chǎn)生無(wú)窮大的慣性力，機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生極大窮大，產(chǎn)生無(wú)窮大的慣性力，機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生極大的沖擊，稱(chēng)為的沖擊，稱(chēng)為剛性沖擊剛性沖擊，此類(lèi)運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用，此類(lèi)運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于低速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。于低速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。26(2)等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律n從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速度為常數(shù)。而在運(yùn)動(dòng)的始末點(diǎn)處加速度有突變，產(chǎn)生較大的加速度和慣性力，由此而引起的沖擊稱(chēng)為柔性沖擊，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于中速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。27(3)余弦加速度余弦加速度( (簡(jiǎn)諧簡(jiǎn)諧) )

10、運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律n又名簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度皆連續(xù)，但在運(yùn)動(dòng)的始、末點(diǎn)處加速度有突變，產(chǎn)生柔性沖擊，因而也只適用于中速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。 28(4)正弦加速度正弦加速度( (擺線(xiàn)擺線(xiàn)) )運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律n又名擺線(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度和加速度皆連續(xù)無(wú)突變，避免了剛性沖擊和柔性沖擊，可以用于高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。 29(5) 3-4-5多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律n它與正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律一樣避免了剛性沖擊和柔性沖擊，故亦可用于高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。302 2、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律n在工程實(shí)際中，為使凸輪機(jī)構(gòu)獲得更好的工作性能，經(jīng)常采用以某種基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律為基礎(chǔ)，輔之以其他運(yùn)動(dòng)

11、規(guī)律與其組合，從而獲得組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律。n當(dāng)采用不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合成改進(jìn)型運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，它們?cè)谶B接點(diǎn)處的位移、速度和加速度應(yīng)分別相等；這就是兩運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合時(shí)必須滿(mǎn)足的邊界條件。n常用的組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律有：常用的組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律有：改進(jìn)型等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，改進(jìn)型正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律和改進(jìn)型梯形加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。 31例1 直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)n已知：從動(dòng)件行程 h=20 mm，推程運(yùn)動(dòng)角01500，遠(yuǎn)休止角s600，回程運(yùn)動(dòng)角01200，近休止角s300；從動(dòng)件推程、回程分別采用余弦加速度和正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律；n試寫(xiě)出從動(dòng)件一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的位移、速度和加速度方程。32三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇在選

12、擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應(yīng)對(duì)各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度幅值vmax、加速度幅值amax及其影響加以分析和比較。vmax越大，則從動(dòng)件動(dòng)量幅值mvmax越大；為安全和緩和沖擊起見(jiàn)，。amax值越大，則從動(dòng)件慣性力幅值mamax越大；從減小凸輪副的動(dòng)壓力、振動(dòng)和磨損等方面考慮，。所以，對(duì)于重載凸輪機(jī)構(gòu)，考慮到從動(dòng)件質(zhì)量m較大，應(yīng)選擇vmax值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，為減小從動(dòng)件慣性力，宜選擇amax值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 n當(dāng)根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件選定凸輪機(jī)當(dāng)根據(jù)工作要求和結(jié)構(gòu)條件選定凸輪機(jī)構(gòu)型式、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪轉(zhuǎn)角，構(gòu)型式、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪轉(zhuǎn)角，并確定凸輪并確

13、定凸輪基圓半徑基圓半徑等基本尺寸之后，等基本尺寸之后，就可以進(jìn)行凸輪輪廓設(shè)計(jì)了。就可以進(jìn)行凸輪輪廓設(shè)計(jì)了。n凸輪輪廓設(shè)計(jì)的方法有凸輪輪廓設(shè)計(jì)的方法有圖解法圖解法和和解析法解析法，其基本原理都是相同的。其基本原理都是相同的。5.3凸輪輪廓曲線(xiàn)設(shè)計(jì)34一、凸輪輪廓設(shè)計(jì)基本原理一、凸輪輪廓設(shè)計(jì)基本原理反轉(zhuǎn)法n如圖所示當(dāng)凸輪以角速度1等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件將按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。n假設(shè)給整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)公共的角速度“1”，使其繞凸輪軸心O作反向轉(zhuǎn)動(dòng)。n這樣一來(lái)，凸輪靜止不動(dòng)，而從動(dòng)件一方面隨其導(dǎo)路以角速度“1”繞O轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面還在其導(dǎo)路內(nèi)按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律移動(dòng)。n從動(dòng)件在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)中，其尖頂仍然始終與凸

14、輪輪廓保持接觸，因此，在此運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪輪廓輪廓。 1、對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件凸輪、對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件凸輪n因此，若凸輪以1順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則令從動(dòng)件沿逆時(shí)針?lè)较颍匆?1）繞凸輪軸心O轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖a所示。同時(shí)再令從動(dòng)件相對(duì)其導(dǎo)路按圖d中給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，即凸輪轉(zhuǎn)過(guò)1角時(shí)，相應(yīng)地從動(dòng)件反轉(zhuǎn)1角并移動(dòng)到達(dá)1點(diǎn)；凸輪轉(zhuǎn)過(guò)2角時(shí)，相應(yīng)地從動(dòng)件反轉(zhuǎn)2角并移動(dòng)到達(dá)2點(diǎn)；。n從動(dòng)件尖頂在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中到達(dá)的點(diǎn)1、2、3、等點(diǎn)即為所求的凸輪輪廓。2 2、偏心尖頂直動(dòng)、偏心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件凸輪從動(dòng)件凸輪n圖b所示，反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，從動(dòng)件移動(dòng)導(dǎo)路中心線(xiàn)總應(yīng)切于半徑為e的偏距圓，同時(shí)

15、從動(dòng)件還應(yīng)按圖d所示的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)于導(dǎo)路移動(dòng)，n在此過(guò)程中，從動(dòng)件尖頂依次到達(dá)1、2、3、等點(diǎn)位置，n這些點(diǎn)連成的光滑曲線(xiàn)即為所求的凸輪輪廓。 012202)(ess注意：注意：凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度與凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度與OBOB所轉(zhuǎn)的角度是不同的所轉(zhuǎn)的角度是不同的200022min0ssetgsetgers3 3、尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪、尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪n圖c所示。若凸輪以1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則令擺動(dòng)從動(dòng)件回轉(zhuǎn)中心A1以-1繞凸輪軸心O轉(zhuǎn)動(dòng)（逆時(shí)針?lè)较颍?，依次到達(dá)A1、A2、A3、等點(diǎn)位置，n同時(shí)，擺動(dòng)從動(dòng)件還應(yīng)按圖410d中給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律擺動(dòng)，使其擺桿尖頂依次到達(dá)1、2等點(diǎn)位置，這些點(diǎn)連成光滑曲線(xiàn)即為所求的

16、凸輪輪廓。 4 4、平底從動(dòng)件凸輪、平底從動(dòng)件凸輪n如圖所示，設(shè)計(jì)平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪時(shí)，首先在平底上選一固定點(diǎn)A0視為尖頂，按照尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓的繪制方法，求出理論輪廓上一系列點(diǎn)A1、A2、A3、，n其次，過(guò)這些點(diǎn)畫(huà)出一系列平底A1B1、A2B2、A3B3、，然后作這些平底的包絡(luò)線(xiàn)，便得到凸輪的實(shí)際輪廓曲線(xiàn)。n圖中位置1、6是平底分別與凸輪輪廓相切于平底的最左位置和最右位置。為了保證平底始終與輪廓接觸，平底左側(cè)長(zhǎng)度應(yīng)大于m，右側(cè)長(zhǎng)度應(yīng)大于l。40二、尖頂、滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓設(shè)計(jì)n1、直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓設(shè)計(jì)、直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓設(shè)計(jì)n(1)尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪

17、n當(dāng)已知凸輪機(jī)構(gòu)的基圓半徑r0，偏心距e和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律s =s()時(shí)，設(shè)計(jì)凸輪輪廓。理論輪廓曲線(xiàn)：B0點(diǎn)為凸輪輪廓上推程起始點(diǎn)。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)角時(shí)，尖頂直動(dòng)從動(dòng)件將自點(diǎn)B0外移s=s()至點(diǎn)B(x,y)。將點(diǎn)B沿凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)之相反方向繞原點(diǎn)（凸輪軸心）O轉(zhuǎn)過(guò)角，即得直動(dòng)從動(dòng)件尖頂?shù)膶?duì)應(yīng)點(diǎn)B（x，y），它也是凸輪輪廓上的一點(diǎn)，這相當(dāng)于矢量OBOB沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)角到達(dá)OBOB位置，可得凸輪輪廓坐標(biāo)為 cossinsincosyxyxRyxB點(diǎn)的坐標(biāo)(x,y)essyx0式（4-1）即為偏置尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓方程。essyx0cossinsincoscossin)(sincos)(00essyessx

18、)20(固有：即：（4-1）式中：2200ers(2)(2)滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪n理論輪廓理論輪廓：尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓即為滾子從動(dòng)件凸輪的理論輪廓。n工作輪廓工作輪廓：以理論輪廓上各點(diǎn)為圓心，以滾子半徑為半徑的圓族的，即為滾子從動(dòng)件凸輪的工作輪廓，或稱(chēng)實(shí)際輪廓。理論廓線(xiàn)上各點(diǎn)的坐標(biāo)為（x,y），其包絡(luò)線(xiàn)上各點(diǎn)的坐標(biāo)為（X、Y）。以以為單參數(shù)的平面曲線(xiàn)族的包絡(luò)線(xiàn)方程為：為單參數(shù)的平面曲線(xiàn)族的包絡(luò)線(xiàn)方程為：0/ ),(0),(YXfYXf其中，f(X,Y,)是曲線(xiàn)族的方程，即為滾子圓族的方程，當(dāng)滾子圓半徑為rr時(shí)，有 0/)(2/)(2/ ),(0)()(),(222ddy

19、yYddxxXYXfryYxXYXfr式4-2即為凸輪工作輪廓方程。式中，上面一組減、加號(hào)表示內(nèi)包絡(luò)輪廓，下面一組加、減號(hào)表示外包絡(luò)輪廓。 2222)/()/(/)/()/(/ddyddxddxryYddyddxddyrxXrr)20(求解上式，得:（4-2）當(dāng)在數(shù)控銑床或磨床上加工凸輪時(shí)，需要知道刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡的方程式。n如果rc不等于rr，由于刀具的外圓總與凸輪的工作輪廓相切，因而刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)是凸輪工作刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)是凸輪工作輪廓的等距曲線(xiàn)，輪廓的等距曲線(xiàn)，這樣，只要把式（42）中的rr換成（rrrc）即得到刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡方程，加工時(shí)，刀具中心沿此軌跡運(yùn)動(dòng)即可加工出要求的凸輪

20、工作輪廓曲線(xiàn)了。2、擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓設(shè)計(jì)、擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓設(shè)計(jì)擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)可分為兩種，即推擺式推擺式擺動(dòng)從動(dòng)件推程與凸輪轉(zhuǎn)向相同（圖a）和拉擺式拉擺式擺動(dòng)從動(dòng)件推程與凸輪轉(zhuǎn)向相反（圖b）。（推擺式：推擺式：推程受推力；推程受推力；拉擺式：拉擺式：推程受拉力）推程受拉力）已知：擺動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律=()，從動(dòng)件長(zhǎng)度l，中心距a，凸輪基圓半徑r0及凸輪沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；要求：設(shè)計(jì)凸輪輪廓。(1) (1) 尖頂尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪nB0點(diǎn)為推程起始點(diǎn)。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，擺動(dòng)從動(dòng)件尖頂將自點(diǎn)B0被凸輪外擺=()至點(diǎn)B(x,y)。n根據(jù)“反轉(zhuǎn)法”，將點(diǎn)B沿凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)之相反方

21、向繞原點(diǎn)O轉(zhuǎn)過(guò)角，到達(dá)B （x,y）點(diǎn)位置，該點(diǎn)也應(yīng)是凸輪輪廓上的一點(diǎn)，其坐標(biāo)為 cossinsincosyxyxRyx 根據(jù)圖413，B點(diǎn)坐標(biāo)分別為：推擺式（圖 413a）拉擺式（圖 413b）)sin()cos(00llayx)sin()cos(00llayx)sin(sin)cos(cos00laylax)20()sin(sin)cos(cos00laylax)20(alrlao2arccos2220所以推擺式推擺式拉擺式拉擺式式中，0為擺動(dòng)從動(dòng)件初始擺角，其值為（43）（44）51（2 2）滾子擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪）滾子擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪 n l）理論輪廓方程。n 2）工作輪廓方程。仍用

22、式（42）計(jì)算，2222)/()/(/)/()/(/ddyddxddxryYddyddxddyrxXrr52三、平底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪三、平底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪n平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪輪廓實(shí)際上是“反轉(zhuǎn)”過(guò)程中從動(dòng)件平底一系列位置（一族直線(xiàn)）的包絡(luò)線(xiàn)。n已知：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律ss()，從動(dòng)件平底導(dǎo)路相對(duì)于凸輪軸心O的偏距為e，從動(dòng)件平底與導(dǎo)路的夾角=900，凸輪基圓半徑r0及凸輪沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；要求：設(shè)計(jì)凸輪輪廓。 n如圖所示，B0點(diǎn)位置為凸輪輪廓上推程起始位置。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)中時(shí)，平底直動(dòng)從動(dòng)件將自點(diǎn)B0位置外移ss()至點(diǎn)B(x,y)位置。n根據(jù)“反轉(zhuǎn)法”，將處于B位置的從動(dòng)件沿凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)之相

23、反方向繞原點(diǎn)（凸輪軸心）O轉(zhuǎn)過(guò)角，即得平底直動(dòng)從動(dòng)件的對(duì)應(yīng)位置B(x,y)，其坐標(biāo)為 esryxRyx0cossinsincoscossin)(sincos)(00esryesrxn平底從動(dòng)件凸輪輪廓為從動(dòng)件平底直線(xiàn)族的包絡(luò)線(xiàn)，平底從動(dòng)件凸輪輪廓為從動(dòng)件平底直線(xiàn)族的包絡(luò)線(xiàn)，n平底直線(xiàn)族的方程為：平底直線(xiàn)族的方程為：sincos)()90tan(cossin)(000esrXesrY0)(sincos),(0srYXYXf0cossin/ ),(ddsYXYXf即即又又n聯(lián)立兩式n解得：cossin)(sincos)(00ddssrYddssrX（45）式（45）即為平底直動(dòng)從動(dòng)件凸輪輪廓方程。

24、一、凸輪機(jī)構(gòu)的一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角壓力角 及其許用值及其許用值F12為凸輪對(duì)從動(dòng)件的作用力；G為從動(dòng)件所受的載荷（包括生產(chǎn)阻力、從動(dòng)件自重以及彈簧壓力等）；FR1、FR2分別為導(dǎo)軌兩側(cè)作用于從動(dòng)件上的總反力；1、2為摩擦角。5.4 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題選從動(dòng)件2為示力體，據(jù)力的平衡條件， 0 xF 0yF 0BM0cos)(cos0sin)()cos(0cos)()sin(2122221112221112bFblFFFGFFFFRRRRRR可得:由以上三式消去FR1、FR2，整理后得式中，它是從動(dòng)件在與凸輪輪廓接觸點(diǎn)B處所受正壓力的方向（即凸輪輪廓在該點(diǎn)法線(xiàn)即凸輪輪廓在該點(diǎn)法線(xiàn)n nn n

25、的方向的方向）與從動(dòng)件上點(diǎn)B的速度方向之間所夾的銳角。 壓力角是表征、反映凸輪機(jī)構(gòu)受力情況的一個(gè)重要參數(shù) 21112tan)sin()21 ()cos(lbGF(4-6)costan)sin()21 ()cos(211lb(4-7)n由式（46）知，在其他條件相同的情況下，；n壓力角大至使式（46）中的分母或式（47）中的分子等于零時(shí)，則作用力F12增至無(wú)窮大，而效率降為零；此時(shí)機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。此時(shí)的壓力角記為臨界壓力角，其值為12tan)21 (/1arctanlbc21112tan)sin()21 ()cos(lbGF(4-6)n為保證凸輪機(jī)構(gòu)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)使最大壓力角max小于臨界壓力角c

26、。n在工程實(shí)際中，通常規(guī)定凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角max應(yīng)小于或等于某一許用壓力角，；而之值小于臨界壓力角c。n根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推薦的許用壓力角取值為n推程（工作行程）推程（工作行程）：直動(dòng)從動(dòng)件取=300400；擺動(dòng)從動(dòng)件取=350450；n回程（空回行程）回程（空回行程）：考慮到此時(shí)從動(dòng)件靠其他外力（如彈簧力）推動(dòng)返回，故不會(huì)自鎖，許用壓力角的取值可以適當(dāng)放寬。直動(dòng)和擺動(dòng)從動(dòng)件薦取=700800； 二、按許用壓力角確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸 在圖415所示的尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)中，過(guò)接觸點(diǎn)B作公法線(xiàn)nn，與過(guò)O點(diǎn)的導(dǎo)路垂線(xiàn)交于P12點(diǎn)，該點(diǎn)即為凸輪1與從動(dòng)件2的。即2121vOP ddsvOP

27、/1212dds/sereddssseddssseOP2200012/tan從圖可得出凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角稱(chēng)為類(lèi)速度類(lèi)速度n設(shè)以從動(dòng)件的位移s為縱坐標(biāo)（相當(dāng)于從動(dòng)件導(dǎo)路），以類(lèi)速度為橫坐標(biāo)。當(dāng)給定一系列的凸輪轉(zhuǎn)角，則根據(jù)已知的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可求得相應(yīng)的s和ds/d值，從而作出如圖416所示的ds/ds曲線(xiàn)。 ddsvOP/1212n若將凸輪中心取在Dtdt右下方的O點(diǎn)，則凸輪基圓半徑r0OB0，從動(dòng)件導(dǎo)路偏于凸輪中心左側(cè)，偏距為e0設(shè)O點(diǎn)與Dt點(diǎn)連線(xiàn)與縱坐標(biāo)軸間的夾角為t，則tttttOBeBDtanddsBDtt/sssersOBOBttt02200sseddst0/tan式中n在 從 動(dòng) 件 推

28、程 起 始 點(diǎn) ， s 0 ，ds/d0時(shí)，按式（49）有tane/s0，n為保證此時(shí)的，作直線(xiàn)B0d0”與縱坐標(biāo)軸交角為，n凸輪軸心O只能在B0d0”線(xiàn)上或其左下方選取。n限制線(xiàn)B0d0”和Dtdt相交圍成的dtO1d0”下方角域（實(shí)陰影區(qū)域）為滿(mǎn)足的凸輪軸心的公共許用區(qū)域。n這樣，只要在凸輪軸心的許用區(qū)域內(nèi)選定凸輪軸心O的位置，凸輪基圓半徑r0和偏距e就確定了偏置凸輪機(jī)構(gòu)n對(duì)于直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，為了改善其傳力性能或減小凸輪尺寸，經(jīng)常采用如圖417所示的偏置凸輪機(jī)構(gòu)。n為了達(dá)到上述目的，其偏置必須隨凸輪轉(zhuǎn)向的不同而按圖示的方位確定，n若從動(dòng)件導(dǎo)路位置與圖示相反配置時(shí)，反而會(huì)使凸輪機(jī)構(gòu)的

29、推程壓力角增大，使機(jī)構(gòu)的傳力性能變壞。 67三、按凸輪輪廓全部外凸條件確定三、按凸輪輪廓全部外凸條件確定凸輪基圓半徑凸輪基圓半徑r r0 0n對(duì)于圖414所示的平底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，其壓力角恒等于零。n因此，平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪的基圓半徑r0不能按許用壓力角確定，而應(yīng)按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)不“失真”，即凸輪輪廓全部外凸的條件確定。 n據(jù)式（45）及高等數(shù)學(xué)中曲率半徑計(jì)算公式推演得到，平底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓的曲率半徑應(yīng)大于或等于最小曲率半徑min。為保證凸輪輪廓全部外凸，平底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪的基圓半徑r0應(yīng)為：min0)( )(ssr22min0)()(dsdsr可見(jiàn)基圓半徑越大，最小曲率半徑越大69四、滾子半徑四、滾子半徑r rr r的選擇的選擇n如圖418a所示，工作輪廓曲率半徑a、理論輪廓曲率半徑與滾子半徑rr三者之間的關(guān)系為這時(shí)，工作輪廓曲率半徑恒大于理論輪廓曲率半徑，即a。這樣，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。1凸輪理