清華大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)凸輪機(jī)構(gòu)ppt課件

1、機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)第3章 凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的組成與類型從動件運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓的設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3.1 3.1 凸輪機(jī)構(gòu)的組成與類型凸輪機(jī)構(gòu)的組成與類型3.1.1 3.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)的組成凸輪機(jī)構(gòu)的組成 1 凸輪 2 從動件 3 機(jī)架 高副機(jī)構(gòu)機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3.1.2 3.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的類型凸輪機(jī)構(gòu)的類型1. 1. 按凸輪的形狀分類按凸輪的形狀分類盤形凸輪：最基本的形式，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最為廣泛盤形凸輪：最基本的形式，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最為廣泛移動凸輪：凸輪相對機(jī)架做直線運(yùn)動移動凸輪：凸輪相對機(jī)

2、架做直線運(yùn)動圓柱凸輪：空間凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪：空間凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪 移動凸輪 圓柱凸輪機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)2. 2. 按從動件的形狀分類按從動件的形狀分類尖端從動件曲面從動件尖端能以任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動件實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動規(guī)律。但尖端處極易磨損，只適用于低速場合。磨損比尖端從動件小。機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu) 滾子從動件 平底從動件凸輪與從動件之間為滾動凸輪與從動件之間為滾動摩擦，因此摩擦磨損較小，摩擦，因此摩擦磨損較小，可用于傳遞較大的動力?？捎糜趥鬟f較大的動力。從動件與凸輪之間易形從動件與凸輪之間易形成油膜，潤滑狀況好，成油膜，潤滑狀況好，受力平穩(wěn)，傳動效率高

3、，受力平穩(wěn)，傳動效率高，常用于高速場合。但與常用于高速場合。但與之相配合的凸輪輪廓須之相配合的凸輪輪廓須全部外凸。全部外凸。機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3. 按從動件的運(yùn)動形式分類移動從動件移動從動件 擺動從動件擺動從動件移動從動件：從動件作往復(fù)移動，其運(yùn)動軌跡為一段直線；擺動從動件：從動件作往復(fù)擺動，其運(yùn)動軌跡為一段圓弧。機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)4.按凸輪與從動件維持高副接觸的方法分類(1) 力鎖合彈簧力、從動件重力或其它外力(2) 型鎖合利用高副元素本身的幾何形狀機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)槽凸輪機(jī)構(gòu) 槽兩側(cè)面的距離等于滾子直徑。優(yōu)點(diǎn)：鎖和方式結(jié)構(gòu)簡單缺陷：加大了凸輪的尺寸

4、和重量機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)等寬凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪廓線上任意兩條平行切線間的距離都等于框架內(nèi)側(cè)的寬度。缺陷：從動件的運(yùn)動規(guī)律的選擇受到一定的限制，當(dāng)180范圍內(nèi)的凸輪廓線根據(jù)從動件運(yùn)動規(guī)律確定后，其余180內(nèi)的凸輪廓線必須符合等寬原則機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪機(jī)構(gòu) 兩滾子中心間的距離始終保持不變。缺陷：缺陷：從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇受到一定的從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇受到一定的限制限制機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)主回凸輪機(jī)構(gòu)(共軛凸輪機(jī)構(gòu))優(yōu)點(diǎn)：克服了等寬、等徑凸輪的缺點(diǎn)缺陷：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高 一個凸輪推動從一個凸輪推動從動件完成正行程運(yùn)動，動件完成正行程運(yùn)動，另一個凸輪

5、推動從動另一個凸輪推動從動件完成反行程的運(yùn)動件完成反行程的運(yùn)動機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)5. 反凸輪機(jī)構(gòu)擺桿為主動件，凸輪為從動件擺桿為主動件，凸輪為從動件機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3.1.3 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用例1：實(shí)現(xiàn)變速操縱機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)例2：實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)刀、退刀機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)例3：控制閥門的啟閉機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)例4：印刷機(jī)的吸紙吸頭機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3.2 3.2 從動件運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)從動件運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)3.2.1 3.2.1 凸輪機(jī)構(gòu)的工作情況凸輪機(jī)構(gòu)的工作情況機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu) 回程運(yùn)動角回程運(yùn)動角

6、近休止角近休止角 從動件運(yùn)動規(guī)律從動件位移線圖）從動件運(yùn)動規(guī)律從動件位移線圖） 基圓以凸輪輪廓的最小向徑rb所作的圓 升程從動件上升的最大距離h 推程運(yùn)動角0 遠(yuǎn)休止角s0s機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3.2.2 從動件常用運(yùn)動規(guī)律1.等速運(yùn)動特點(diǎn)：速度有突變，加速特點(diǎn)：速度有突變，加速度理論上由零至無窮大，度理論上由零至無窮大，從而使從動件產(chǎn)生巨大的從而使從動件產(chǎn)生巨大的慣性力，機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖慣性力，機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖擊擊剛性沖擊剛性沖擊適應(yīng)場合：低速輕載適應(yīng)場合：低速輕載機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)2.2.等加速等減速等加速等減速( (拋物線拋物線) )運(yùn)動運(yùn)動特點(diǎn)：加速度曲線有突變，

7、特點(diǎn)：加速度曲線有突變，加速度的變化率加速度的變化率(即躍度即躍度j)在這些位置為無窮大在這些位置為無窮大柔性沖擊柔性沖擊適應(yīng)場合：中速輕載適應(yīng)場合：中速輕載機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3.3.簡諧運(yùn)動簡諧運(yùn)動( (余弦加速度運(yùn)動余弦加速度運(yùn)動) ) 當(dāng)質(zhì)點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動時，它在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動規(guī)律簡諧運(yùn)動 cos12hs特點(diǎn)：有柔性沖擊適用場合：中速輕載(當(dāng)從動件作連續(xù)運(yùn)動時，可用于高速)機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)4.擺線運(yùn)動(簡介) 半徑R=h/2的滾圓沿縱座標(biāo)作純滾動，圓上最初位于座標(biāo)原點(diǎn)的點(diǎn)其位移隨時間變化的規(guī)律擺線運(yùn)動特點(diǎn)：無剛性、柔性沖擊適用場合：適于高速

8、機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)5. 3-4-5多項(xiàng)式運(yùn)動(簡介) 54361510hs特點(diǎn)：無剛性沖擊、柔性沖擊適用場合：高速、中載機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3.2.3 從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇1. 常用運(yùn)動規(guī)律性能比較機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)2.2.從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇原則從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇原則考慮因素：考慮因素：對運(yùn)動規(guī)律的要求對運(yùn)動規(guī)律的要求凸輪的轉(zhuǎn)速動力特性和便于加工）凸輪的轉(zhuǎn)速動力特性和便于加工）3.2.4 3.2.4 從動件運(yùn)動規(guī)律的組合從動件運(yùn)動規(guī)律的組合1.1.滿足工作對運(yùn)動規(guī)律的特殊要求；滿足工作對運(yùn)動規(guī)律的特殊要求；2.2.為避免剛性沖擊，位移曲線和速度曲線必

9、須連續(xù)；為避免剛性沖擊，位移曲線和速度曲線必須連續(xù)；而為避免柔性沖擊，加速度曲線也必須連續(xù)。而為避免柔性沖擊，加速度曲線也必須連續(xù)。3. 3. 盡量減小速度和加速度的最大值。盡量減小速度和加速度的最大值。機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3.3 凸輪輪廓的設(shè)計(jì)3.3.1 基本原理反轉(zhuǎn)法）反反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)法法反轉(zhuǎn)后，從動件尖端的運(yùn)動軌跡就是凸輪的輪廓曲線。機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3.3.2 3.3.2 圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓1. 1. 移動從動件盤形凸輪移動從動件盤形凸輪(1)(1)尖底從動件尖底從動件旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。逆逆時時針針，等等角角速速度度偏偏距距為為置置于于凸凸輪輪軸軸心心右右側(cè)

10、側(cè)，曲曲線線，從從動動件件偏偏，已已知知：基基圓圓半半徑徑)(e-srb 機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)（2滾子從動件曲曲線線。，滾滾子子半半徑徑，已已知知： -sr, e,rrb滾子中心將描繪一條與凸輪廓線法向等距的曲線理論廓線。Rb指的是理論廓線的基圓。反反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)法法機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu) 作內(nèi)包絡(luò)線，得到凸輪的實(shí)際廓線； 若同時作外包絡(luò)線，可形成槽凸輪廓線。機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)（3 3平底從動件平底從動件 取平底從動件表面上的點(diǎn)B0作為假想的尖端從動件的尖端。機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)包包絡(luò)絡(luò)線線 為了保證在所有位置從動件平底都

11、能與凸輪輪廓曲線相切，凸輪廓線必須是外凸的。機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)2. 2. 擺動從動件盤形凸輪擺動從動件盤形凸輪機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3.3.3 3.3.3 解析法解析法( (略略) )3.4 3.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定3.4.1 3.4.1 移動滾子從動件盤形凸輪移動滾子從動件盤形凸輪機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)(1) 壓力角與許用值sincos FFFFF1max1 ftgfFF即：自鎖80)(45)(30回程：擺動，移動推程：機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)(2) 凸輪基圓半徑的確定 基圓半徑越大，壓基圓半徑越大，壓力角越小，但結(jié)構(gòu)尺寸

12、力角越小，但結(jié)構(gòu)尺寸較大較大22berseddstg 機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)(3) 從動件偏置方向的選擇22berseddstg 凸輪逆時針回轉(zhuǎn)，從動件右偏置凸輪順時針回轉(zhuǎn)，從動件左偏置機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)(4)凸輪輪廓形狀與滾子半徑的關(guān)系外凸凸輪廓線0rr0minmin0min 機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu) 0rr0minmin0min實(shí)際廓線出現(xiàn)尖點(diǎn)機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu) 0rr0minmin0min實(shí)際廓線出現(xiàn)交叉，從動件不能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動失真機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu) 內(nèi)凹凸輪廓線 無論滾子半徑多大，總能由理論輪廓求出實(shí)際輪廓。機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu) 運(yùn)動失真 緣由： 避免方法： 滾子半徑的選擇 考慮結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度與運(yùn)動規(guī)律等因素rmin0min0min0大大)8 . 0(減小滾子半徑brrr機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3.4.2 移動平底從動件盤形凸輪 凸輪出現(xiàn)過度切割的現(xiàn)象，從動件無法完全實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律。緣由？機(jī)械原理機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)