第5章 凸輪機構(gòu)

1、第五章第五章 凸凸 輪輪 機機 構(gòu)構(gòu)本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容第二節(jié)第二節(jié) 本章學習要求本章學習要求 1、了解凸輪機構(gòu)的類型和應用。、了解凸輪機構(gòu)的類型和應用。 2、掌握從動件常用運動規(guī)律的特點及適用場合，能根據(jù)、掌握從動件常用運動規(guī)律的特點及適用場合，能根據(jù)工作要求選擇從動件運動規(guī)律。工作要求選擇從動件運動規(guī)律。 3、熟練掌握并能應用、熟練掌握并能應用“反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法”原理，能根據(jù)給定的運原理，能根據(jù)給定的運動規(guī)律設(shè)計繪制各種從動件盤形凸輪的輪廓曲線。動規(guī)律設(shè)計繪制各種從動件盤形凸輪的輪廓曲線。 4、了解凸輪廓線方程的建立過程，能用解析法進行盤形、了解凸輪廓線方程的建立過程，能用解析法進行盤形凸

2、輪輪廓的設(shè)計計算。凸輪輪廓的設(shè)計計算。 5、掌握凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定原則，滾子半徑選擇的、掌握凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定原則，滾子半徑選擇的原則；壓力角的校核與自鎖關(guān)系；原則；壓力角的校核與自鎖關(guān)系； 6、掌握基圓半徑對壓力角的影響。、掌握基圓半徑對壓力角的影響。本章重點難點本章重點難點本章重點本章重點本章難點本章難點 1、推桿常用運動規(guī)律的特點及其選擇原則、推桿常用運動規(guī)律的特點及其選擇原則 2、盤形凸輪機構(gòu)凸輪輪廓曲線的設(shè)計、盤形凸輪機構(gòu)凸輪輪廓曲線的設(shè)計 3、凸輪機構(gòu)壓力角與凸輪機構(gòu)基本尺寸的關(guān)系、凸輪機構(gòu)壓力角與凸輪機構(gòu)基本尺寸的關(guān)系 1、應用、應用 “反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法”原理設(shè)計凸輪機構(gòu)原理

3、設(shè)計凸輪機構(gòu) 2壓力角壓力角與凸輪機構(gòu)基本尺寸的關(guān)系與凸輪機構(gòu)基本尺寸的關(guān)系 第第 一節(jié)一節(jié) 凸輪機構(gòu)的類型和應用凸輪機構(gòu)的類型和應用一、凸輪機構(gòu)的組成和應用一、凸輪機構(gòu)的組成和應用組成：組成：凸輪凸輪 ：具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件：具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件從動件（推桿從動件（推桿) :) :運動規(guī)律由凸輪廓線決定的構(gòu)件運動規(guī)律由凸輪廓線決定的構(gòu)件機機 架架優(yōu)點：優(yōu)點： 只要恰當?shù)卦O(shè)計凸輪的輪廓曲線，可使從動件實只要恰當?shù)卦O(shè)計凸輪的輪廓曲線，可使從動件實現(xiàn)任意預定的運動規(guī)律?，F(xiàn)任意預定的運動規(guī)律。 結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運動可靠。結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運動可靠。缺點：缺點：易于磨損易于磨損, 多用于傳力不大的場

4、合。多用于傳力不大的場合。 第一節(jié)第一節(jié) 凸輪機構(gòu)的類型和應用凸輪機構(gòu)的類型和應用一、凸輪機構(gòu)的組成和應用一、凸輪機構(gòu)的組成和應用：內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)自動進刀凸輪機構(gòu)自動進刀凸輪機構(gòu)對心移動從動件盤形凸輪機構(gòu)對心移動從動件盤形凸輪機構(gòu) 第一節(jié)第一節(jié) 凸輪機構(gòu)的類型和應用凸輪機構(gòu)的類型和應用二、凸輪機構(gòu)的分類二、凸輪機構(gòu)的分類: 1. 按凸輪的類型分類按凸輪的類型分類 （1 1）平面凸輪（）平面凸輪（1 1）：）：凸輪和從動件互作平行平面運動凸輪和從動件互作平行平面運動 第一節(jié)第一節(jié) 凸輪機構(gòu)的類型和應用凸輪機構(gòu)的類型和應用二、凸輪機構(gòu)的分類二、凸輪機構(gòu)的分類 1. 按凸輪的類

5、型分類按凸輪的類型分類:（1 1）平面凸輪（）平面凸輪（2 2）：）： 移動凸輪機構(gòu)移動凸輪機構(gòu) 偏置移動從動件盤形凸輪機構(gòu)偏置移動從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)按凸輪的類型分類按凸輪的類型分類:(2)(2)空間凸輪（空間凸輪（1 1）圖圖 5 8 圓柱凸輪機構(gòu)圓柱凸輪機構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 凸輪機構(gòu)的類型和應用凸輪機構(gòu)的類型和應用1、按凸輪的類型分類、按凸輪的類型分類:(2)(2)空間凸輪（空間凸輪（2 2）第一節(jié)第一節(jié) 凸輪機構(gòu)的類型和應用凸輪機構(gòu)的類型和應用圖圖 59 圓錐凸輪機構(gòu)圓錐凸輪機構(gòu)圖圖510 弧面凸輪機構(gòu)弧面凸輪機構(gòu)圖圖511 端面凸輪機構(gòu)端面凸輪機

6、構(gòu)2. 2. 按從動件的的類型分類按從動件的的類型分類: :u 尖端從動件尖端從動件u 滾子從動件滾子從動件u平底從動件平底從動件u曲面從動件曲面從動件第一節(jié)第一節(jié) 凸輪機構(gòu)的類型和應用凸輪機構(gòu)的類型和應用（2 2）形鎖合）形鎖合（1 1）力鎖合）力鎖合靠重力、靠重力、 彈簧力等鎖合彈簧力等鎖合3. 3. 按鎖合方式分類按鎖合方式分類 內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 凸輪機構(gòu)的類型和應用凸輪機構(gòu)的類型和應用圖圖512 幾種形鎖合的凸輪機構(gòu)幾種形鎖合的凸輪機構(gòu)等寬凸輪等寬凸輪等徑凸輪等徑凸輪共軛凸輪共軛凸輪溝槽凸輪溝槽凸輪 第二節(jié)第二節(jié) 從動件的幾種常用運動規(guī)律從動件的幾種常用

7、運動規(guī)律一凸輪機構(gòu)的基本名詞術(shù)語一凸輪機構(gòu)的基本名詞術(shù)語推推 程程運動角運動角回回 程程運動角運動角遠休止角遠休止角近休止近休止角角遠休止遠休止近休近休止止推推 程程回回 程程 第二節(jié)第二節(jié) 從動件的幾種常用運動規(guī)律從動件的幾種常用運動規(guī)律一凸輪機構(gòu)的基本名詞術(shù)語一凸輪機構(gòu)的基本名詞術(shù)語（1）理論廓線）理論廓線（2）實際廓線）實際廓線（3）基圓）基圓（4）行程）行程（5）推程）推程 推程運動角推程運動角 （6）回程）回程 回程運動角回程運動角 （7）遠休止）遠休止 遠休止角遠休止角（8）近休止）近休止 近休止角近休止角 運動線圖運動線圖u 沖擊特性：沖擊特性：剛性沖擊剛性沖擊。0ahvhstt

8、u 適用場合低速輕載適用場合低速輕載二從動件常用運動規(guī)律二從動件常用運動規(guī)律 （一）等速運動規(guī)律（一）等速運動規(guī)律 u推程推程運動方程（運動方程（t0第二節(jié)第二節(jié) 從動件的幾種常用運動規(guī)律從動件的幾種常用運動規(guī)律u推程推程運動方程運動方程22222442ttthahvhs(0 t /2)加速段加速段222224)(4)(2ttttthahvhhs(t /2 t )減速段減速段（二）等加速等減速運動規(guī)律（二）等加速等減速運動規(guī)律 運動線圖運動線圖u 沖擊特性：沖擊特性：柔性沖擊柔性沖擊u 適用場合：中速輕載適用場合：中速輕載第二節(jié)第二節(jié) 從動件的幾種常用運動規(guī)律從動件的幾種常用運動規(guī)律u推程推程

9、運動方程運動方程ttttthahvhscos2sin2cos12222(0 t )( (三三) ) 余弦加速度運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律( (簡諧運動規(guī)律簡諧運動規(guī)律) ) 運動線圖運動線圖u 沖擊特性沖擊特性:柔性沖擊（無沖擊）柔性沖擊（無沖擊）u 適用場合適用場合:中速中載（高速）中速中載（高速）第二節(jié)第二節(jié) 從動件的幾種常用運動規(guī)律從動件的幾種常用運動規(guī)律“反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法“原理原理01”2”3”4”oo- 第三節(jié)第三節(jié) 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計一圖解法設(shè)計凸輪廓線一圖解法設(shè)計凸輪廓線基本原理基本原理:反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法 從動件的運動從動件的運動=反轉(zhuǎn)運動反轉(zhuǎn)運動(- ) +預

10、定移動預定移動(s)SsOht2h（一）尖端對心移動從動件盤形凸輪廓線的繪制（一）尖端對心移動從動件盤形凸輪廓線的繪制已知：從動件位移曲線、基圓半徑，凸輪逆時針轉(zhuǎn)動。按反轉(zhuǎn)法繪制凸輪廓線。已知：從動件位移曲線、基圓半徑，凸輪逆時針轉(zhuǎn)動。按反轉(zhuǎn)法繪制凸輪廓線。 步驟：步驟：1）按已知半徑作基圓。其與從動件導路中心線的）按已知半徑作基圓。其與從動件導路中心線的交點交點A0即為從動件尖端的起始位置。即為從動件尖端的起始位置。1122334455667788991010A0B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111A11sthsA1A2A3A4A5A6A7A8A9A102） 自自O(shè)A0起

11、，以起，以(- ）方向依次量?。┓较蛞来瘟咳st,并將并將 分成與位移線圖對應的若干等分，分別與基圓交于分成與位移線圖對應的若干等分，分別與基圓交于A1、 A2、 A3，則徑向線則徑向線OA1、0A2、OA3即為反轉(zhuǎn)后從動件中心線的相應位置。即為反轉(zhuǎn)后從動件中心線的相應位置。ht,3）分別量取線段）分別量取線段A1B111、, A2B2 22、,A3B3 33 ，則則B1、 B2、 B3即反即反轉(zhuǎn)后從動件尖端的相應位置。轉(zhuǎn)后從動件尖端的相應位置。4）連接）連接B1、 B2、 B3成一光滑曲線，即為所求凸輪廓線。成一光滑曲線，即為所求凸輪廓線。第三節(jié)第三節(jié) 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計盤形凸輪輪廓曲

12、線的設(shè)計shstsOS2h1122334455667788991010A0B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111sthsA1A2A3A4A5A6A8A9A7A10A11（二）滾子對心移動（二）滾子對心移動從動件從動件盤形凸輪廓線的繪制盤形凸輪廓線的繪制已知：已知： 基圓半徑基圓半徑rb，從動件位移曲線，滾子，從動件位移曲線，滾子半徑半徑rk，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動。，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動。設(shè)計凸輪廓線。設(shè)計凸輪廓線。步驟：步驟：1）將滾子中心）將滾子中心B看作尖端從動件的尖端，按前述方法看作尖端從動件的尖端，按前述方法繪出尖端從動件凸輪廓線。該廓線為反轉(zhuǎn)后滾子繪出尖端從動件凸輪廓線

13、。該廓線為反轉(zhuǎn)后滾子中心的軌跡，即凸輪的理論廓線。中心的軌跡，即凸輪的理論廓線。2）以理論廓線上各點為圓心，以滾子半徑以理論廓線上各點為圓心，以滾子半徑rk為半徑作一系列的圓，該圓族的內(nèi)包絡(luò)線為半徑作一系列的圓，該圓族的內(nèi)包絡(luò)線即為凸輪的實際輪廓曲線。即為凸輪的實際輪廓曲線。凸輪的實際廓線是理論廓線的等距曲線。凸輪的實際廓線是理論廓線的等距曲線。第三節(jié)第三節(jié) 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計（三）平底對心移動平底對心移動從動件從動件盤形凸輪廓線的繪制盤形凸輪廓線的繪制stsOS2h1122334455667788991010A0B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B111

14、1A11sthsA1A2A3A4A5A6A7A8A9A10已知：已知： 基圓半徑基圓半徑rb，從動件位移曲線，滾子半，從動件位移曲線，滾子半徑徑rk，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動。，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動。設(shè)計凸輪廓線。設(shè)計凸輪廓線。步驟：步驟：1）將平底與導路中心線的交點）將平底與導路中心線的交點B看作尖端看作尖端從動件的尖端，按前述方法凸輪的理論廓從動件的尖端，按前述方法凸輪的理論廓線上的一系列點線上的一系列點B1 、 B2、 B3.。2） 過過B1 、 B2、 B3. 作一系列代表作一系列代表從動件平底的直線段，該直線段族的從動件平底的直線段，該直線段族的包絡(luò)線即為凸輪的實際輪廓曲線。包絡(luò)線即為凸輪的

15、實際輪廓曲線。第三節(jié)第三節(jié) 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計hstsOS2h1122334455667788991010B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111sK0htK1K2K3K4K5K6K7K8K9K10K11A10A9A7A6A5A4A3A2A1sA8A11A0（四）尖端偏置移動從動件盤形凸輪廓線的繪制（四）尖端偏置移動從動件盤形凸輪廓線的繪制已知：從動件位移曲線、基圓半徑、偏距已知：從動件位移曲線、基圓半徑、偏距e，凸輪凸輪逆時針逆時針轉(zhuǎn)動。繪制尖端從動件凸輪廓線。轉(zhuǎn)動。繪制尖端從動件凸輪廓線。 步驟：步驟：1）以）以O(shè)為圓心，偏距為圓心，偏距e為半徑作

16、偏置圓，從為半徑作偏置圓，從動件初始位置的切點為動件初始位置的切點為K0 。2）在偏置圓上從）在偏置圓上從OK0起沿起沿 方向依次量方向依次量取運動角并等分。取運動角并等分。3）反轉(zhuǎn)后的從動件導路中心線是偏）反轉(zhuǎn)后的從動件導路中心線是偏置圓的一系列切線置圓的一系列切線K1A1、 K2A2 、 K3A3,從動件的位移從動件的位移A1B1、 A2B2 、 A3B3應在相應的切線上自基圓圓周應在相應的切線上自基圓圓周向外截取。向外截取。4）連接）連接B1、 B2、 B3成一光滑曲線，即成一光滑曲線，即為所求凸輪廓線。為所求凸輪廓線。第三節(jié)第三節(jié) 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計hsA0t

17、sOS2h1122334455667788991010B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111sK0htK1K2K3K4K5K6K7K8K9K10K11A10A9A7A6A5A4A3A2A1sA8A11滾子偏置移動從動件盤形凸輪廓線的繪制滾子偏置移動從動件盤形凸輪廓線的繪制已知：從動件位移曲線、基圓半徑、偏距已知：從動件位移曲線、基圓半徑、偏距e，凸輪逆時針轉(zhuǎn)動。繪制尖端從動件凸輪廓線。凸輪逆時針轉(zhuǎn)動。繪制尖端從動件凸輪廓線。 步驟：步驟：1）將滾子中心）將滾子中心B看作尖端從動件的尖端，按前看作尖端從動件的尖端，按前述方法繪出尖端從動件凸輪廓線。即凸輪的理述方法繪出尖端從動件

18、凸輪廓線。即凸輪的理論廓線。論廓線。2）以理論廓線上各點為圓心，以滾子半以理論廓線上各點為圓心，以滾子半徑徑rk為半徑作一系列的圓，該圓族的內(nèi)包為半徑作一系列的圓，該圓族的內(nèi)包絡(luò)線即為凸輪的實際輪廓曲線。絡(luò)線即為凸輪的實際輪廓曲線。第三節(jié)第三節(jié) 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計hstsO2max（五）擺動從動件盤形凸輪廓線的繪制（五）擺動從動件盤形凸輪廓線的繪制1232233445566778899101011C0A2A4A5A6A7A8A9A1A3B0B10A10A0B1B2B3B4B5B6B7B8B9C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10456789tshs已知：已知：從動

19、件角位移曲線、凸輪轉(zhuǎn)動中心與從動從動件角位移曲線、凸輪轉(zhuǎn)動中心與從動件擺動中心的距離件擺動中心的距離loc, 從動擺桿長從動擺桿長l及及基圓半徑基圓半徑rb、凸輪凸輪逆時針轉(zhuǎn)動。繪制尖端從動件凸輪廓線。凸輪凸輪逆時針轉(zhuǎn)動。繪制尖端從動件凸輪廓線。 步驟：步驟：1）分別作基圓和中心圓，該中心圓即為反轉(zhuǎn)）分別作基圓和中心圓，該中心圓即為反轉(zhuǎn)后從動件擺動中心后從動件擺動中心C的軌跡。的軌跡。2) 在中心圓上選取在中心圓上選取C0點為起始點，以點為起始點，以(- ）方向依次量取方向依次量取 ,并將并將 分成分成與角位移線圖對應的若干等分，各徑向線與與角位移線圖對應的若干等分，各徑向線與中心圓的交點中心

20、圓的交點C1、 C2、 C3，即為反轉(zhuǎn)后，即為反轉(zhuǎn)后從動件擺動中心的一系列位置。從動件擺動中心的一系列位置。 hst,ht,3）以）以C1、 C2、 C3為圓心，以為圓心，以l為半徑作為半徑作弧與基圓相交，所得交點弧與基圓相交，所得交點A0、 A1、 A2 即即反轉(zhuǎn)后從動件尖端依次占據(jù)的起始位置。反轉(zhuǎn)后從動件尖端依次占據(jù)的起始位置。5）連接各交點成一光滑曲線，即為所求凸輪廓線。）連接各交點成一光滑曲線，即為所求凸輪廓線。4）以）以C1 A1 、 C2 A2 、 C3 A32 為始邊作擺為始邊作擺角分別等于角位移線圖對應的角位移，在終角分別等于角位移線圖對應的角位移，在終邊上以邊上以l截取，所得

21、交點截取，所得交點B1、 B2 即反轉(zhuǎn)兼即反轉(zhuǎn)兼擺動后從動件尖端依次占據(jù)的起始位置。擺動后從動件尖端依次占據(jù)的起始位置。h第三節(jié)第三節(jié) 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計計對滾子從動件，作理論廓線的等距曲線，即得實際廓線。對滾子從動件，作理論廓線的等距曲線，即得實際廓線?！啊? 內(nèi)等距曲線內(nèi)等距曲線“”: 外等距曲線外等距曲線（一）理論廓線方程（一）理論廓線方程 B(x, y)sincos)(cossin)(00essOHAHyessOCCDx220ersb(二）實際廓線方程二）實際廓線方程 B(x, y) 與理論廓線等距，則理論廓線之法與理論廓線等距，則理論廓線之法線上取線上取rk即

22、為對應于即為對應于B點的點的B點。點。sincosrrryyrxx)/arctan(/tanddyddxddyddxdydx法線斜率（切線斜率的負倒數(shù)）：法線斜率（切線斜率的負倒數(shù)）：cos, sin二、解析法設(shè)計凸輪廓線二、解析法設(shè)計凸輪廓線第三節(jié)第三節(jié) 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計計CAEHS0SDnnS0rkeOrbxyB0BB(三）刀具中心軌跡方程三）刀具中心軌跡方程由凸輪理論廓線方程分析導出由凸輪理論廓線方程分析導出 第四節(jié)第四節(jié) 凸輪機構(gòu)的基本尺寸設(shè)計凸輪機構(gòu)的基本尺寸設(shè)計一、滾子半徑的選擇一、滾子半徑的選擇u min rk ， cmin0， 實際廓線變尖實際廓線變尖u min rk ， cmin 0 實際廓線平滑實際廓線平滑理論廓