s第3章凸輪機(jī)構(gòu)

1、第三章第三章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類(lèi)型凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類(lèi)型32 從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律33 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角34 圖解法設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)圖解法設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)35 解析法設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)解析法設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)e1132e在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，常要求其中某些從動(dòng)件的位移、速度、加速度按照預(yù)定的規(guī)律變化。此時(shí)，通常多采用凸輪機(jī)構(gòu)。1132e1132e1132e1132e132e132e132e132e132e132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh3機(jī)架2從動(dòng)件eh1凸輪高副eh凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu) 由凸輪，從動(dòng)件由凸

2、輪，從動(dòng)件和機(jī)架構(gòu)成的三桿高副機(jī)構(gòu)和機(jī)架構(gòu)成的三桿高副機(jī)構(gòu)。eh彈簧力鎖合彈簧力鎖合力封閉的凸輪機(jī)構(gòu)力封閉的凸輪機(jī)構(gòu)eh凸凸輪輪機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)的的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線，便可使從動(dòng)件獲得任意預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。凸凸輪輪機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)的的缺缺點(diǎn)點(diǎn)：凸輪與從動(dòng)件是高副接觸，比壓較大，易于磨損，故這種機(jī)構(gòu)一般僅用于傳遞動(dòng)力不大的場(chǎng)合。h凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)e 圖 3-Beh擺動(dòng)從動(dòng)件凹槽凸輪滾子直動(dòng)從動(dòng)件按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)分類(lèi)示例eh擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)凹槽凸輪滾子直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)分類(lèi)滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)eee尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)按從動(dòng)件的形狀分類(lèi)按凸輪的形狀分類(lèi)移

3、動(dòng)（板狀）凸輪機(jī)構(gòu)按凸輪的形狀分類(lèi)移動(dòng)（板狀）凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 示例按凸輪的形狀分類(lèi)移動(dòng)（板狀）凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)圓錐凸輪機(jī)構(gòu)按凸輪的形狀分類(lèi)移動(dòng)（板狀）凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)圓錐凸輪機(jī)構(gòu)盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)1132e擺動(dòng)從動(dòng)件凹槽凸輪機(jī)構(gòu)直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)分類(lèi)滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)按從動(dòng)件的形狀分類(lèi)按凸輪的形狀分類(lèi)盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)圓錐凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)移動(dòng)（板狀）凸輪機(jī)構(gòu)按高副維持接觸的方法分類(lèi)形封閉的凸輪機(jī)構(gòu)力封閉的凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)總結(jié)形封閉的凸輪機(jī)構(gòu)的幾種型式LL等寬等寬凸輪dd等徑凸輪等寬凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪機(jī)構(gòu)形封閉凸輪機(jī)構(gòu)的型式等寬凸輪機(jī)構(gòu)

4、等徑凸輪機(jī)構(gòu)形封閉凸輪機(jī)構(gòu)的型式主回凸輪機(jī)構(gòu)等寬凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪機(jī)構(gòu)主回凸輪機(jī)構(gòu)槽凸輪機(jī)構(gòu)形封閉凸輪機(jī)構(gòu)的型式作者：潘存云教授繞線機(jī)構(gòu)繞線機(jī)構(gòu)3作者：潘存云教授12A線線應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：作者：潘存云教授3皮帶輪皮帶輪5卷帶輪卷帶輪錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)1放音鍵放音鍵2摩擦輪摩擦輪413245放音鍵放音鍵卷帶輪卷帶輪皮帶輪皮帶輪摩擦輪摩擦輪錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)作者：潘存云教授作者：潘存云教授132送料機(jī)構(gòu)送料機(jī)構(gòu)作者：潘存云教授ot s凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù): : 1) 1)根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式; ;名詞術(shù)語(yǔ)：名詞術(shù)

5、語(yǔ)：基圓、基圓、推程運(yùn)動(dòng)角、推程運(yùn)動(dòng)角、基圓半徑、基圓半徑、推程、推程、遠(yuǎn)休止角、遠(yuǎn)休止角、回程運(yùn)動(dòng)角、回程運(yùn)動(dòng)角、回程、回程、近休止角、近休止角、行程。行程。一個(gè)循環(huán)r0h A而根據(jù)工作要求選定推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的前提。2)2)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律; ;3)3)合理確定結(jié)構(gòu)尺寸合理確定結(jié)構(gòu)尺寸; ;4)4)設(shè)計(jì)輪廓曲線。設(shè)計(jì)輪廓曲線。ss,s,sDBCB運(yùn)動(dòng)規(guī)律：運(yùn)動(dòng)規(guī)律：推桿在推程或回程時(shí)，其位移推桿在推程或回程時(shí)，其位移S S、速度、速度V、 和加速度和加速度a 隨時(shí)間隨時(shí)間t 的變化規(guī)律。的變化規(guī)律。形式：形式：多項(xiàng)式、三角函數(shù)。多項(xiàng)式、三角函數(shù)。S=S(t)S=S(

6、t)V= =V(t)(t)a= =a(t)(t)t shAs,sB作者：潘存云教授or0 s,sDBC位移曲線位移曲線設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云一、凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理一、凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理反轉(zhuǎn)原理：反轉(zhuǎn)原理：依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線，例如：設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線，例如： 給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以- -時(shí)，不影響各構(gòu)件之間時(shí)，不影響各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件尖頂復(fù)合的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件尖頂復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線。尖頂凸輪繪制動(dòng)畫(huà)尖頂凸輪繪制動(dòng)畫(huà)滾子

7、凸輪繪制動(dòng)畫(huà)滾子凸輪繪制動(dòng)畫(huà)O O - -3311223 33 32 22 21 11 1作者：潘存云教授作者：潘存云教授60r0120-1已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度和和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。廓曲線。設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r r0 0。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。1.1.對(duì)心直動(dòng)尖頂對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件從

8、動(dòng)件盤(pán)形凸輪盤(pán)形凸輪135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109二、直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓的繪制二、直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓的繪制 6012090901 3 5 7 8911 13 15s 91113121410A作者：潘存云教授作者：潘存云教授2)2)對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云s 911 13 151 3 5 7 8r0120-1設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r r0 0。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在

9、各等份點(diǎn)的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。135789111312142345 67 8910111213146090901876543214131211109理論輪廓理論輪廓實(shí)際輪廓實(shí)際輪廓作各位置滾子圓的內(nèi)作各位置滾子圓的內(nèi)( (外外) )包絡(luò)線。包絡(luò)線。已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。輪廓曲線。 601209090作者：潘存云教授作者：潘存云教授3)3)對(duì)心直動(dòng)平底推桿盤(pán)形凸輪對(duì)心直動(dòng)平底推桿盤(pán)形凸輪設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存

10、云s 911 13 151 3 5 7 8r0已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r r0 0。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件平底直線在各等份點(diǎn)的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件平底直線在各等份點(diǎn)的位置。作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。8765432191011121314-A13578911131214123456781514131211109 601209090作者：潘存云教

11、授設(shè)計(jì)：潘存云911 13 151 3 5 7 8O OeA A已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和偏心距和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和偏心距e，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。4)4)偏置直動(dòng)尖頂偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件從動(dòng)件盤(pán)形凸輪盤(pán)形凸輪13578911131214-612345781514131211109設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r r0 0; ; 反向等分各運(yùn)動(dòng)角反向等分各運(yùn)動(dòng)角; ; 確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置; ; 將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。將各尖頂點(diǎn)連接成一條

12、光滑曲線。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8 601209090s2 作者：潘存云教授在推程起始點(diǎn)：在推程起始點(diǎn)： =0=0， s=0推程運(yùn)動(dòng)方程：推程運(yùn)動(dòng)方程： s h/ v h / svah在推程終止點(diǎn)：在推程終止點(diǎn)： = = ，s=h+剛性沖擊剛性沖擊a 01.1.（等速運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)規(guī)律（等速運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)等加速等減速運(yùn)動(dòng)S- S- 曲線曲線h12345630s314941012作者：潘存云教授ah/2h/2s柔性沖擊柔性沖擊v3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)（余弦加速度余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律）運(yùn)動(dòng)規(guī)律）hsh

13、shs作者：潘存云教授等加等減速等加等減速 2.0 4.02.0 4.0 柔性柔性 中速輕載中速輕載余弦加速度余弦加速度 1.57 4.931.57 4.93 柔性柔性 中速中載中速中載 從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律 V Vmax max amax max 沖擊沖擊 推薦應(yīng)用范圍推薦應(yīng)用范圍 (h/(h/0 0) ) (h/(h/2 20 0) )等等 速速 1.0 1.0 剛性剛性 低速輕載低速輕載一一. .壓力角及其與作用力的關(guān)系壓力角及其與作用力的關(guān)系1.1.壓力角壓力角 :作用在從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)力與該力作用點(diǎn)絕對(duì)速度之間所夾的銳角。33 凸輪機(jī)構(gòu)的

14、壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角2.2.壓力角壓力角與作用力的關(guān)系與作用力的關(guān)系rminoB0eK01rminoB0eK01rminABeK1ss0nnPB點(diǎn)的法線rminABeK1ss0nnPF凸輪對(duì)推桿的力沿法線傳遞rminABeK1ss0nn PFV2力F的方向線與從動(dòng)件受力點(diǎn)速度V2方向線間所夾的銳角壓力角壓力角 rminABeK1ss0nn PFFF”將F分解為兩個(gè)分力,其中F為有用力，F(xiàn)”為有害力。故愈小傳力愈好。工程上要求：工程上要求：max 直動(dòng)推桿：直動(dòng)推桿：30擺動(dòng)推桿：擺動(dòng)推桿：354545回程：回程：708080提問(wèn)：平底推桿提問(wèn)：平底推桿？ 0 0Or r0 0rminABeK

15、1ss0nnPF若從動(dòng)件左偏置，受力情況如何？rminAeK1ss0nP若從動(dòng)件為左偏置，受力情況如何？BBBBBrminABeK1ss0nnPFrminABeK1nnPFV2V2由上文可知由上文可知, ,凸輪廓線上各點(diǎn)的壓力角是變化的凸輪廓線上各點(diǎn)的壓力角是變化的, ,而且而且小了好小了好, ,所以應(yīng)使所以應(yīng)使maxmax 。由圖可知，欲使機(jī)構(gòu)緊湊由圖可知，欲使機(jī)構(gòu)緊湊, ,就應(yīng)使基圓半徑就應(yīng)使基圓半徑r rminmin小。小。二二. .壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系在其它條件不變的情況下,基圓半徑rmin越小,壓力角越大。rmin過(guò)小，就會(huì)使。因此實(shí)際設(shè)計(jì)中，只能在保

16、證min的前提下,縮小凸輪的尺寸。1.1.凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理34 圖解法設(shè)計(jì)圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓凸輪輪廓2.2.用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線1)1)對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪2)2)對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪3)3)偏置直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪偏置直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪作者：潘存云教授作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云a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， rT滾子半徑滾子半徑rT arT rT 輪廓失真輪廓失真3. 滾子半徑的確定滾子半徑的確定arT rT arT0輪廓正常輪廓正常輪廓變尖輪廓變尖內(nèi)凹內(nèi)凹arTrTrT rT arT 輪廓正常輪廓正常外凸外凸rTa小結(jié)：小結(jié)：為了使所設(shè)計(jì)的凸輪機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)為了使所設(shè)計(jì)的凸輪機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律