自動化機(jī)構(gòu)設(shè)計——凸輪機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1自動化機(jī)構(gòu)設(shè)計自動化機(jī)構(gòu)設(shè)計(shj)凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)第一頁，共47頁。一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成(z chn)與應(yīng)用與應(yīng)用內(nèi)內(nèi)燃燃機(jī)機(jī)配配汽汽機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)自動機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)自動機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)1 1凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)(jgu)(jgu)的應(yīng)用和的應(yīng)用和分類分類內(nèi)燃機(jī)動畫內(nèi)燃機(jī)動畫第1頁/共47頁第二頁，共47頁。小結(jié)小結(jié)(xioji)：組成凸輪機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)件組成凸輪機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)件 凸輪、推桿（從動件）、機(jī)架凸輪、推桿（從動件）、機(jī)架凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域 凸輪機(jī)構(gòu)廣泛用于自動機(jī)械、自動控制裝置和裝配生凸輪機(jī)構(gòu)廣泛用于自動機(jī)械、自動控制裝置和裝配生產(chǎn)線中。產(chǎn)線中。凸輪機(jī)

2、構(gòu)的優(yōu)點凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，通過結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，通過(tnggu)適當(dāng)設(shè)計凸輪廓線可適當(dāng)設(shè)計凸輪廓線可以使推桿實現(xiàn)各種預(yù)期運(yùn)動規(guī)律，同時還可以實現(xiàn)間歇運(yùn)以使推桿實現(xiàn)各種預(yù)期運(yùn)動規(guī)律，同時還可以實現(xiàn)間歇運(yùn)動。動。 凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點 接觸為高副，易于磨損，多用于傳力不大的場合。接觸為高副，易于磨損，多用于傳力不大的場合。第2頁/共47頁第三頁，共47頁。1. 按凸輪按凸輪(tln)形狀分：形狀分：二、凸輪二、凸輪(tln)機(jī)構(gòu)的分類機(jī)構(gòu)的分類盤形凸輪盤形凸輪(tln)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)移動凸輪機(jī)構(gòu)移動凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)第3頁/共47頁第四頁，共47頁。2. 按推桿的形狀

3、按推桿的形狀(xngzhun)來分來分尖頂尖頂(jindng)推桿推桿滾子滾子(n z)推桿推桿平底推桿平底推桿 其優(yōu)點是凸輪與平底接觸面其優(yōu)點是凸輪與平底接觸面間容易形成油膜，潤滑較好，間容易形成油膜，潤滑較好，所以常用于高速傳動中。所以常用于高速傳動中。 由于滾子與凸輪之間為滾動由于滾子與凸輪之間為滾動摩擦，所以磨損較小，故可用來摩擦，所以磨損較小，故可用來傳遞較大的動力。傳遞較大的動力。 構(gòu)造簡單，但易于磨損，構(gòu)造簡單，但易于磨損，所以只適用于作用力不大和速度所以只適用于作用力不大和速度較低的場合。較低的場合。第4頁/共47頁第五頁，共47頁。3. 按從動件的運(yùn)動按從動件的運(yùn)動(yndn

4、g)方式分方式分 擺動擺動(bidng)從動從動件：從動件繞某一件：從動件繞某一固定軸擺動固定軸擺動(bidng)。直動從動件：從動件只能直動從動件：從動件只能沿 某 一 導(dǎo) 路 做 往 復(fù)沿 某 一 導(dǎo) 路 做 往 復(fù)(wngf)移動；移動； 對心直動推桿對心直動推桿 偏置直動從動件偏置直動從動件第5頁/共47頁第六頁，共47頁。力封閉方法：力封閉方法：利用推桿的重力利用推桿的重力、彈簧、彈簧(tnhung)力力或其它外力使推桿始或其它外力使推桿始終與凸輪保持接觸；終與凸輪保持接觸；幾何封閉法：幾何封閉法： 利用利用(lyng)凸輪與推凸輪與推桿構(gòu)成的高副元素的特殊幾桿構(gòu)成的高副元素的特殊幾

5、何結(jié)構(gòu)使凸輪與推桿始終保何結(jié)構(gòu)使凸輪與推桿始終保持接觸。持接觸。 常用的有如下幾種：常用的有如下幾種：4. 按凸輪與從動件保持接觸按凸輪與從動件保持接觸(jich)的方法分的方法分槽凸輪機(jī)構(gòu)槽凸輪機(jī)構(gòu)等寬凸輪機(jī)構(gòu)等寬凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪等徑凸輪共軛凸輪共軛凸輪第6頁/共47頁第七頁，共47頁。一、基本一、基本(jbn)術(shù)語術(shù)語2 2 推桿的運(yùn)動推桿的運(yùn)動(yndng)(yndng)規(guī)律規(guī)律凸輪凸輪(tln)概念概念基圓：以凸輪最小半徑基圓：以凸輪最小半徑r0所作的圓，所作的圓，r0稱為凸輪的稱為凸輪的基圓半徑?；鶊A半徑。推程、推程運(yùn)動角：推程、推程運(yùn)動角：d d0推桿的運(yùn)動規(guī)律：是指推推桿的運(yùn)動規(guī)

6、律：是指推桿在運(yùn)動過程中，其位移、桿在運(yùn)動過程中，其位移、速度和加速度隨時間變化的速度和加速度隨時間變化的規(guī)律。規(guī)律。遠(yuǎn)休、遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休、遠(yuǎn)休止角：回程、回程運(yùn)動角回程、回程運(yùn)動角：近休、近休止角近休、近休止角：行程：行程：h第7頁/共47頁第八頁，共47頁。二、從動件常用二、從動件常用(chn yn)運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動規(guī)律 多項式運(yùn)動規(guī)律多項式運(yùn)動規(guī)律 一次多項式運(yùn)動規(guī)律一次多項式運(yùn)動規(guī)律等速運(yùn)動等速運(yùn)動 二次多項式運(yùn)動規(guī)律二次多項式運(yùn)動規(guī)律等加速等加速(ji s)等減速運(yùn)動等減速運(yùn)動 五次多項式運(yùn)動規(guī)律五次多項式運(yùn)動規(guī)律三角函數(shù)運(yùn)動規(guī)律三角函數(shù)運(yùn)動規(guī)律 余弦加速余弦加速(ji s)度運(yùn)動規(guī)律度運(yùn)

7、動規(guī)律簡諧運(yùn)動規(guī)律簡諧運(yùn)動規(guī)律 正弦加速正弦加速(ji s)度運(yùn)動度運(yùn)動擺線運(yùn)動規(guī)律擺線運(yùn)動規(guī)律組合運(yùn)動規(guī)律組合運(yùn)動規(guī)律重點：重點： 掌握各種運(yùn)動掌握各種運(yùn)動(yndng)規(guī)律的規(guī)律的運(yùn)動運(yùn)動(yndng)特特性性說明：說明： 明明 凸輪一般為等速運(yùn)動，有凸輪一般為等速運(yùn)動，有 推桿運(yùn)動規(guī)推桿運(yùn)動規(guī)律常表示為推桿運(yùn)動參數(shù)隨凸輪轉(zhuǎn)角律常表示為推桿運(yùn)動參數(shù)隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。變化的規(guī)律。, td第8頁/共47頁第九頁，共47頁。多項式運(yùn)動多項式運(yùn)動(yndng)規(guī)律規(guī)律1. 一次多項式運(yùn)動一次多項式運(yùn)動(yndng)規(guī)律規(guī)律等速運(yùn)動等速運(yùn)動(yndng)運(yùn)動運(yùn)動(yndng)方程式一方程式一般表

8、達(dá)式：般表達(dá)式：推程運(yùn)動方程：推程運(yùn)動方程：運(yùn)動始點：運(yùn)動始點：d d=0, s=0運(yùn)動終點運(yùn)動終點：推程運(yùn)動方程式推程運(yùn)動方程式：邊界條件邊界條件推程運(yùn)動線圖推程運(yùn)動線圖 在起始和終止點速度有突變，在起始和終止點速度有突變，使瞬時加速度趨于無窮大，從而產(chǎn)使瞬時加速度趨于無窮大，從而產(chǎn)生無窮大慣性力，引起生無窮大慣性力，引起剛性沖擊。剛性沖擊。第9頁/共47頁第十頁，共47頁?；爻踢\(yùn)動回程運(yùn)動(yndng)方程方程回程回程(huchng)運(yùn)運(yùn)動方程式：動方程式：運(yùn)動運(yùn)動(yndng)始點：始點：d=0, s=h運(yùn)動終點運(yùn)動終點：邊界條件邊界條件0/110dtdvaCdtdsvCCsd一次多項式

9、一般表達(dá)式：一次多項式一般表達(dá)式：回程運(yùn)動回程運(yùn)動角角是從回程起始是從回程起始位置計量的位置計量的等速運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動特性等速運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動特性 推桿在運(yùn)動起始和終止點會產(chǎn)生剛性沖擊。推桿在運(yùn)動起始和終止點會產(chǎn)生剛性沖擊。1. 一次多項式運(yùn)動規(guī)律一次多項式運(yùn)動規(guī)律等速運(yùn)動等速運(yùn)動第10頁/共47頁第十一頁，共47頁。 為保證凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動為保證凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(yndng)平穩(wěn)性，常使推桿平穩(wěn)性，常使推桿在一個行程在一個行程h中的前半段作等加速運(yùn)動中的前半段作等加速運(yùn)動(yndng)，后半，后半段作等減速運(yùn)動段作等減速運(yùn)動(yndng)，且加速度和減速度的絕對，且加速度和減速度的絕對值相等。值相等。2.

10、二次多項式運(yùn)動規(guī)律二次多項式運(yùn)動規(guī)律等加速等加速(ji s)等減速運(yùn)動規(guī)律等減速運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動運(yùn)動(yndng)方程式一般表達(dá)方程式一般表達(dá)式：式：推桿的等加速等減速運(yùn)動規(guī)律推桿的等加速等減速運(yùn)動規(guī)律注意：注意：第11頁/共47頁第十二頁，共47頁。等減速等減速段運(yùn)動段運(yùn)動(yndn g ) 方方程為程為2. 等加速等減速運(yùn)動等加速等減速運(yùn)動(jin s yn dn)規(guī)律規(guī)律推程等加速推程等加速(ji s)段邊界段邊界條件：條件： 加速段加速段運(yùn)動方運(yùn)動方程式為程式為：運(yùn)動始點：運(yùn)動始點：d d=0, s=0，v=0運(yùn)動終點：運(yùn)動終點：ddd22122102/2/CdtdvaCCdtdsvCCC

11、s運(yùn)動方程式一般表達(dá)式運(yùn)動方程式一般表達(dá)式：推程等減速段邊界條件推程等減速段邊界條件：運(yùn)動始點：運(yùn)動始點：運(yùn)動終點：運(yùn)動終點： d d= d d 0, s=h，v=02/,2/0hs dd推程運(yùn)動方程推程運(yùn)動方程第12頁/共47頁第十三頁，共47頁。 在起點、中點和終點時，因加速度有突變而引起推桿慣性在起點、中點和終點時，因加速度有突變而引起推桿慣性力的突變，且突變?yōu)橛邢蘖Φ耐蛔?，且突變?yōu)橛邢?yuxin)值，在凸輪機(jī)構(gòu)中由此會引值，在凸輪機(jī)構(gòu)中由此會引起柔性沖擊。起柔性沖擊。等加速等減速運(yùn)動規(guī)律等加速等減速運(yùn)動規(guī)律回程回程(huchng)運(yùn)動方程運(yùn)動方程等加速等減速運(yùn)動等加速等減速運(yùn)動(ji

12、n s yn dn)規(guī)律規(guī)律運(yùn)動特性：運(yùn)動特性： 回程加速段運(yùn)動方程式回程加速段運(yùn)動方程式： 回程減速段運(yùn)動方程式回程減速段運(yùn)動方程式：d d：0 d d 0/2d d： d d 0/2 d d 02. 等加速等減速運(yùn)動規(guī)律等加速等減速運(yùn)動規(guī)律第13頁/共47頁第十四頁，共47頁。3. 五次多項式運(yùn)動五次多項式運(yùn)動(yndng)規(guī)律規(guī)律五次多項式的一般五次多項式的一般(ybn)表達(dá)式為表達(dá)式為推程邊界條件推程邊界條件 在始點處：在始點處：d1=0, s1=0, v1=0, a1=0； 在終點在終點(zhngdin)處：處：d2=d0, s2=h, v2=0, a2=0；位移方程式為位移方程式為

13、解得待定系數(shù)為解得待定系數(shù)為第14頁/共47頁第十五頁，共47頁。五次多項式運(yùn)動五次多項式運(yùn)動(yndng)規(guī)律的運(yùn)動規(guī)律的運(yùn)動(yndng)線圖線圖五次多項式運(yùn)動五次多項式運(yùn)動(yndng)規(guī)律的運(yùn)動規(guī)律的運(yùn)動(yndng)特性特性 即無剛性沖擊也無柔性沖擊即無剛性沖擊也無柔性沖擊3. 五次多項式運(yùn)動五次多項式運(yùn)動(yndng)規(guī)律規(guī)律第15頁/共47頁第十六頁，共47頁。三角函數(shù)三角函數(shù)(snjihnsh)運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動規(guī)律1. 余弦加速度運(yùn)動規(guī)律余弦加速度運(yùn)動規(guī)律(gul)簡諧運(yùn)動規(guī)律簡諧運(yùn)動規(guī)律(gul)簡諧運(yùn)動：當(dāng)一點在圓周簡諧運(yùn)動：當(dāng)一點在圓周(yunzhu)上等速運(yùn)動時，上等速運(yùn)動

14、時，其在直徑上的投影的運(yùn)動即為簡諧運(yùn)動。其在直徑上的投影的運(yùn)動即為簡諧運(yùn)動。推桿推程運(yùn)動方程式推桿推程運(yùn)動方程式：推桿回程運(yùn)動方程式：推桿回程運(yùn)動方程式：第16頁/共47頁第十七頁，共47頁。余弦加速度運(yùn)動規(guī)律的運(yùn)余弦加速度運(yùn)動規(guī)律的運(yùn)動特性：動特性： 推桿加速度在起點和推桿加速度在起點和終點有突變，且數(shù)值有限終點有突變，且數(shù)值有限(yuxin)，故有柔性沖，故有柔性沖擊。擊。余弦加速度運(yùn)動余弦加速度運(yùn)動(yndng)規(guī)律推程運(yùn)動規(guī)律推程運(yùn)動(yndng)線圖線圖1. 余弦加速度運(yùn)動余弦加速度運(yùn)動(yndng)規(guī)律規(guī)律簡諧運(yùn)動簡諧運(yùn)動(yndng)規(guī)律規(guī)律第17頁/共47頁第十八頁，共47頁。

15、推程運(yùn)動推程運(yùn)動(yndng)方程式為方程式為2. 正弦加速度運(yùn)動規(guī)律正弦加速度運(yùn)動規(guī)律(gul)擺線運(yùn)動規(guī)律擺線運(yùn)動規(guī)律(gul)回程回程(huchng)運(yùn)運(yùn)動方程為動方程為 擺線運(yùn)動：一圓在直線上作純滾動時，其上任一點在直線上的擺線運(yùn)動：一圓在直線上作純滾動時，其上任一點在直線上的投影運(yùn)動為擺線運(yùn)動。投影運(yùn)動為擺線運(yùn)動。第18頁/共47頁第十九頁，共47頁。正弦加速度運(yùn)動正弦加速度運(yùn)動(yndng)規(guī)律運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動(yndng)特性：特性：推桿作正弦加速度運(yùn)動推桿作正弦加速度運(yùn)動(yndng)時，其加速度時，其加速度沒有突變，因而將不產(chǎn)生沒有突變，因而將不產(chǎn)生沖擊。適用于高速凸輪機(jī)沖擊。適

16、用于高速凸輪機(jī)構(gòu)，構(gòu)，推程運(yùn)動線圖推程運(yùn)動線圖2. 正弦加速度運(yùn)動規(guī)律正弦加速度運(yùn)動規(guī)律(gul)擺線運(yùn)動規(guī)律擺線運(yùn)動規(guī)律(gul)第19頁/共47頁第二十頁，共47頁。采用組合運(yùn)動規(guī)律的目的：采用組合運(yùn)動規(guī)律的目的： 避免有些避免有些(yuxi)運(yùn)動規(guī)律引起的沖擊，改善推桿其運(yùn)動特運(yùn)動規(guī)律引起的沖擊，改善推桿其運(yùn)動特性。性。構(gòu)造組合運(yùn)動規(guī)律的原則：構(gòu)造組合運(yùn)動規(guī)律的原則： 組合組合(zh)運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動規(guī)律組合運(yùn)動組合運(yùn)動(yndng)規(guī)規(guī)律示例律示例主運(yùn)動：等加等減運(yùn)動規(guī)律主運(yùn)動：等加等減運(yùn)動規(guī)律組合運(yùn)動：在加速度突變處以正組合運(yùn)動：在加速度突變處以正弦加速度曲線過渡。弦加速度曲線過渡。例例

17、1：改進(jìn)梯形加速度運(yùn)動規(guī)律：改進(jìn)梯形加速度運(yùn)動規(guī)律、根據(jù)工作要求選擇主體運(yùn)動規(guī)律，然后用其它運(yùn)動規(guī)律組、根據(jù)工作要求選擇主體運(yùn)動規(guī)律，然后用其它運(yùn)動規(guī)律組合；合；、保證各段運(yùn)動規(guī)律在銜接點上的運(yùn)動參數(shù)是連續(xù)的、保證各段運(yùn)動規(guī)律在銜接點上的運(yùn)動參數(shù)是連續(xù)的；、 在運(yùn)動始點和終點處，運(yùn)動參數(shù)要滿足邊界條件。在運(yùn)動始點和終點處，運(yùn)動參數(shù)要滿足邊界條件。第20頁/共47頁第二十一頁，共47頁。組合方式：組合方式：主運(yùn)動：等速運(yùn)動規(guī)律主運(yùn)動：等速運(yùn)動規(guī)律(gul)組合運(yùn)動：等速運(yùn)動的行組合運(yùn)動：等速運(yùn)動的行程兩端與正弦加速度運(yùn)動程兩端與正弦加速度運(yùn)動規(guī)律規(guī)律(gul)組合起來。組合起來。組合組合(zh)

18、運(yùn)動規(guī)律示運(yùn)動規(guī)律示例例2：組合組合(zh)運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動規(guī)律第21頁/共47頁第二十二頁，共47頁。 只對推桿工作行程有要求，而對運(yùn)動規(guī)律無特殊要求只對推桿工作行程有要求，而對運(yùn)動規(guī)律無特殊要求 推桿一定規(guī)律選取推桿一定規(guī)律選取(xunq)應(yīng)從便于加工和動力特性來考應(yīng)從便于加工和動力特性來考慮。慮。 低速輕載凸輪機(jī)構(gòu)：采用圓弧、直線等易于加工的曲線作低速輕載凸輪機(jī)構(gòu)：采用圓弧、直線等易于加工的曲線作為凸輪輪廓曲線。為凸輪輪廓曲線。 高速凸輪機(jī)構(gòu)：首先考慮動力特性，以避免產(chǎn)生過大的沖高速凸輪機(jī)構(gòu)：首先考慮動力特性，以避免產(chǎn)生過大的沖擊。擊。1. 選擇推桿運(yùn)動規(guī)律選擇推桿運(yùn)動規(guī)律(gul)的基本要

19、求的基本要求 滿足機(jī)器的工作要求；滿足機(jī)器的工作要求； 使凸輪機(jī)構(gòu)具有良好的動力特性；使凸輪機(jī)構(gòu)具有良好的動力特性； 使所設(shè)計的凸輪便于加工。使所設(shè)計的凸輪便于加工。2. 根據(jù)工作條件確定推桿運(yùn)動規(guī)律幾種常見情況根據(jù)工作條件確定推桿運(yùn)動規(guī)律幾種常見情況第22頁/共47頁第二十三頁，共47頁。 機(jī)器工作過程對從動件的的運(yùn)動規(guī)律機(jī)器工作過程對從動件的的運(yùn)動規(guī)律(gul)有特殊要求有特殊要求 凸輪轉(zhuǎn)速不高，按工作要求選擇運(yùn)動規(guī)律凸輪轉(zhuǎn)速不高，按工作要求選擇運(yùn)動規(guī)律(gul)；凸輪轉(zhuǎn)；凸輪轉(zhuǎn)速較高時，選定主運(yùn)動規(guī)律速較高時，選定主運(yùn)動規(guī)律(gul)后，進(jìn)行組合改進(jìn)。后，進(jìn)行組合改進(jìn)。2. 根據(jù)工作條件

20、確定推桿運(yùn)動根據(jù)工作條件確定推桿運(yùn)動(yndng)規(guī)律幾種常見規(guī)律幾種常見情況情況小結(jié)小結(jié)(xioji)：等速運(yùn)動規(guī)律：等速運(yùn)動規(guī)律： 有剛性沖擊有剛性沖擊 低速輕載低速輕載等加速等減速運(yùn)動：等加速等減速運(yùn)動： 柔性沖擊柔性沖擊 中速輕載中速輕載余弦加速度運(yùn)動規(guī)律：柔性沖擊余弦加速度運(yùn)動規(guī)律：柔性沖擊 中低速重載中低速重載正弦加速度運(yùn)動規(guī)律：無沖擊正弦加速度運(yùn)動規(guī)律：無沖擊 中高速輕載中高速輕載五次多項式運(yùn)動規(guī)律：無沖擊五次多項式運(yùn)動規(guī)律：無沖擊 高速中載高速中載運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動規(guī)律 運(yùn)動特性運(yùn)動特性 適用場合適用場合第23頁/共47頁第二十四頁，共47頁。3 3 凸輪輪廓凸輪輪廓(lnku)(l

21、nku)曲線的設(shè)計曲線的設(shè)計二、凸輪廓線設(shè)計二、凸輪廓線設(shè)計(shj)方法的基本原理方法的基本原理 假想給整個機(jī)構(gòu)加假想給整個機(jī)構(gòu)加一公共角速度一公共角速度-w,則凸輪則凸輪相對靜止不動，而推桿相對靜止不動，而推桿一方面隨導(dǎo)軌以一方面隨導(dǎo)軌以-w繞凸繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動，另一方面輪軸心轉(zhuǎn)動，另一方面又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)移動。推桿尖頂在這種移動。推桿尖頂在這種復(fù)合運(yùn)動復(fù)合運(yùn)動(yndng)中中的運(yùn)動的運(yùn)動(yndng)軌跡軌跡即為凸輪輪廓曲線。即為凸輪輪廓曲線。一、凸輪廓線的設(shè)計方法一、凸輪廓線的設(shè)計方法 圖解法圖解法 解析法解析法反轉(zhuǎn)法原理：反轉(zhuǎn)法原理：動畫動畫第24頁/共47頁

22、第二十五頁，共47頁。3 凸輪輪廓凸輪輪廓(lnku)曲線的設(shè)計曲線的設(shè)計三、圖解法設(shè)計凸輪三、圖解法設(shè)計凸輪(tln)輪廓曲線輪廓曲線1. 對心尖頂對心尖頂(jindng)直動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)直動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知已知: 凸輪基圓半徑凸輪基圓半徑r0,凸輪以等角速度凸輪以等角速度逆時針回轉(zhuǎn)。推桿運(yùn)動規(guī)律為：逆時針回轉(zhuǎn)。推桿運(yùn)動規(guī)律為：d d01：0120，推桿等速上升，推桿等速上升h；d d02：120 180 ，推桿在最高位置靜，推桿在最高位置靜止不動；止不動；d d03時：時： 180 270，推桿以正弦加，推桿以正弦加速度運(yùn)動回到最低位置；速度運(yùn)動回到最低位置；d d03時：時： 1

23、80 270，推桿在最低位，推桿在最低位置靜止不動。置靜止不動。作圖步驟：作圖步驟：動畫演示動畫演示第25頁/共47頁第二十六頁，共47頁。2. 偏置偏置(pin zh)直動尖端推桿盤形凸輪直動尖端推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)作圖步驟作圖步驟(bzhu)：動畫演示動畫演示應(yīng)注意的不同點：應(yīng)注意的不同點： 先作出基圓和偏距圓，根據(jù)先作出基圓和偏距圓，根據(jù)推桿偏置方向確定推桿偏置方向確定(qudng)其其起始位置。起始位置。設(shè)計步驟與對心直動相同設(shè)計步驟與對心直動相同。偏距圓：以凸輪軸心偏距圓：以凸輪軸心O為圓心為圓心，以偏距，以偏距e為半徑作的圓。為半徑作的圓。偏距圓偏距圓與位移線圖對應(yīng)等分與位移線圖對

24、應(yīng)等分推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動中依次占據(jù)的推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動中依次占據(jù)的位置都是偏距圓的切線；位置都是偏距圓的切線；第26頁/共47頁第二十七頁，共47頁。設(shè)計說明：設(shè)計說明：1) 將滾子中心將滾子中心(zhngxn)看看作尖頂，然后按尖頂推桿凸作尖頂，然后按尖頂推桿凸輪廓線的設(shè)計方法確定滾子輪廓線的設(shè)計方法確定滾子中心中心(zhngxn)的軌跡，稱的軌跡，稱其為凸輪的理論廓線；其為凸輪的理論廓線；3. 直動滾子推桿盤形凸輪直動滾子推桿盤形凸輪(tln)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)作圖步驟作圖步驟(bzhu)：動畫演示：動畫演示注意：凸輪基圓半徑指理注意：凸輪基圓半徑指理論廓線的最小半徑論廓線的最小半徑2)以理論廓線上各點為圓

25、心，以以理論廓線上各點為圓心，以滾子半徑滾子半徑rr為半徑，作一系列圓為半徑，作一系列圓；3) 再作此圓族的包絡(luò)線，即為凸再作此圓族的包絡(luò)線，即為凸輪輪工作廓線（實際廓線）工作廓線（實際廓線）。第27頁/共47頁第二十八頁，共47頁。設(shè)計說明：設(shè)計說明：1) 將平底與推桿導(dǎo)路與推桿將平底與推桿導(dǎo)路與推桿的交點的交點A視為推桿尖頂視為推桿尖頂, 然然后確定出點后確定出點A在反轉(zhuǎn)中各位在反轉(zhuǎn)中各位置置1、2、。2) 過過1、2、 作一系作一系列代表列代表(dibio)推桿平底的推桿平底的直線；直線；3) 作出該直線族的包絡(luò)線，作出該直線族的包絡(luò)線，即為凸輪的實際輪廓曲線。即為凸輪的實際輪廓曲線。4

26、. 直動平底推桿盤形凸輪直動平底推桿盤形凸輪(tln)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計步驟設(shè)計步驟(bzhu)：動畫演示：動畫演示第28頁/共47頁第二十九頁，共47頁。5. 擺動推桿盤形凸輪擺動推桿盤形凸輪(tln)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計設(shè)計(shj)要求：要求：運(yùn)動規(guī)律與直動推桿的運(yùn)動規(guī)律與直動推桿的運(yùn)動規(guī)律相同，所不同運(yùn)動規(guī)律相同，所不同的是將從動件的位移改的是將從動件的位移改為角位移。為角位移。作圖步驟作圖步驟(bzhu)：演：演示動畫示動畫第29頁/共47頁第三十頁，共47頁。將圓柱凸輪的外表面展在平面上將圓柱凸輪的外表面展在平面上,則得到一個移動凸輪；則得到一個移動凸輪；根據(jù)反轉(zhuǎn)法作出推桿滾子中心在復(fù)合根據(jù)反轉(zhuǎn)

27、法作出推桿滾子中心在復(fù)合(fh)運(yùn)動中軌跡，即為凸輪運(yùn)動中軌跡，即為凸輪的理論廓線；據(jù)此再作實際廓線；的理論廓線；據(jù)此再作實際廓線；6. 直動推桿圓柱直動推桿圓柱(yunzh)凸凸輪機(jī)構(gòu)輪機(jī)構(gòu)第30頁/共47頁第三十一頁，共47頁。1）確定基圓和推桿的起始位置；）確定基圓和推桿的起始位置；2）作出推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動中依次占據(jù)的各位置線；）作出推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動中依次占據(jù)的各位置線；3）根據(jù)推桿運(yùn)動規(guī)律，確定推桿在反轉(zhuǎn)所占據(jù)的各位置線中的尖頂）根據(jù)推桿運(yùn)動規(guī)律，確定推桿在反轉(zhuǎn)所占據(jù)的各位置線中的尖頂(jindng)位置，即復(fù)合運(yùn)動后的位置；位置，即復(fù)合運(yùn)動后的位置；4）在所占據(jù)的各尖頂）在所占據(jù)的各尖頂

28、(jindng)位置作出推桿高副元素所形成的曲線族；位置作出推桿高副元素所形成的曲線族；5）作推桿高副元素所形成的曲線族的包絡(luò)線，即是所求的凸輪輪廓曲線。）作推桿高副元素所形成的曲線族的包絡(luò)線，即是所求的凸輪輪廓曲線。用圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線用圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線(qxin)小結(jié)：小結(jié)：第31頁/共47頁第三十二頁，共47頁。凸輪理論廓線方程式：凸輪理論廓線方程式：滾子中心在初始滾子中心在初始(ch sh)點點B0處：處： 坐標(biāo)為：坐標(biāo)為：(e,s0)此式即為凸輪此式即為凸輪(tln)理論廓線方程式。理論廓線方程式。四、用解析四、用解析(ji x)法設(shè)計凸輪的輪廓曲線法設(shè)計凸輪的輪廓曲線1.

29、 偏置直動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)滾子中心到達(dá)滾子中心到達(dá)B點時：點時：凸輪轉(zhuǎn)過凸輪轉(zhuǎn)過d d，推桿產(chǎn)生位移，推桿產(chǎn)生位移s理論廓線上理論廓線上B點坐標(biāo)為點坐標(biāo)為第32頁/共47頁第三十三頁，共47頁。凸輪凸輪(tln)工作廓線方工作廓線方程式：程式：分析：實際廓線與理論廓線分析：實際廓線與理論廓線在法線方向的距離處處在法線方向的距離處處(chch)相等，且等于滾相等，且等于滾子半徑子半徑rr。已知理論已知理論(lln)廓線任一點廓線任一點B(x,y),(yxB工作廓線上相應(yīng)點工作廓線上相應(yīng)點沿理論廓線取沿理論廓線取該點法向距離該點法向距離rrsincosrrryyrx

30、x凸輪工作廓線方程式凸輪工作廓線方程式式中：式中：“” 號用于內(nèi)等距曲號用于內(nèi)等距曲線，線，“+”號為外等距曲線。號為外等距曲線。注意：凸輪逆時針轉(zhuǎn)，推桿注意：凸輪逆時針轉(zhuǎn)，推桿右偏置時右偏置時e值為正，反之為負(fù)值為正，反之為負(fù)；凸輪順時針轉(zhuǎn)時則相反。；凸輪順時針轉(zhuǎn)時則相反。第33頁/共47頁第三十四頁，共47頁。分析：取坐標(biāo)系的分析：取坐標(biāo)系的y軸與推桿軸線軸與推桿軸線(zhu xin)重合；重合；推桿反轉(zhuǎn)與凸輪在推桿反轉(zhuǎn)與凸輪在B點相切：凸輪轉(zhuǎn)過點相切：凸輪轉(zhuǎn)過d，推桿產(chǎn)生位移，推桿產(chǎn)生位移s2. 對心平底推桿對心平底推桿(平底與推桿軸線垂直平底與推桿軸線垂直(chuzh)盤形凸輪機(jī)構(gòu)盤形

31、凸輪機(jī)構(gòu)P點為凸輪點為凸輪(tln)與推桿相與推桿相對瞬心對瞬心推桿的速度為推桿的速度為dddsvOPB點坐標(biāo)點坐標(biāo)為凸輪工作廓線方程式為凸輪工作廓線方程式第34頁/共47頁第三十五頁，共47頁。設(shè)計分析：取擺動推桿軸心設(shè)計分析：取擺動推桿軸心A0與凸輪軸心與凸輪軸心O之連線之連線(lin xin)為為y軸軸；推桿反轉(zhuǎn)處于推桿反轉(zhuǎn)處于AB位置：凸輪轉(zhuǎn)過位置：凸輪轉(zhuǎn)過d角，推桿角位移為角，推桿角位移為f。3. 擺動滾子推桿盤形凸輪擺動滾子推桿盤形凸輪(tln)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)則點之坐標(biāo)則點之坐標(biāo)(zubio)為為為理論廓線方程式為理論廓線方程式sincosrrryyrxx凸輪工作廓線方程式凸輪工作廓線方

32、程式第35頁/共47頁第三十六頁，共47頁。一、凸輪機(jī)構(gòu)一、凸輪機(jī)構(gòu)(jgu)中的作用力與凸輪機(jī)構(gòu)中的作用力與凸輪機(jī)構(gòu)(jgu)的壓力角的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸(ch cun)(ch cun)的確定的確定1、壓力角：、壓力角： 指推桿沿凸輪廓線指推桿沿凸輪廓線接觸點的法線方向與推桿速度方接觸點的法線方向與推桿速度方向之間所夾的銳角向之間所夾的銳角(rujio)。根據(jù)力的平衡條件可得根據(jù)力的平衡條件可得消去消去R1、R2壓力角壓力角a a力力P無窮無窮大大機(jī)構(gòu)發(fā)機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖生自鎖臨界壓力角臨界壓力角a ac第36頁/共47頁第三十七頁，共47頁。凸輪機(jī)構(gòu)要正常凸輪機(jī)構(gòu)要正常(zh

33、ngchng)運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)：amaxac 2. 臨界壓力角臨界壓力角增大導(dǎo)軌長度增大導(dǎo)軌長度l，減少懸，減少懸臂臂(xunb)尺寸尺寸b，可，可以提高臨界壓力角以提高臨界壓力角ac3. 許用壓力許用壓力(yl)角角a推程時：推程時： 對于直動推桿取對于直動推桿取a a300； 對于擺動推桿對于擺動推桿a a350450；回程時：通常取回程時：通常取700800。a amaxa a第37頁/共47頁第三十八頁，共47頁。1. 基圓半徑基圓半徑(bnjng)和壓力角的和壓力角的關(guān)系：關(guān)系：二、凸輪二、凸輪(tln)基圓半徑的確定基圓半徑的確定P機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)(jgu)在該位置的在該位置的相對瞬心相對瞬心a

34、機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)(jgu)在該位置的壓在該位置的壓力角力角BCPa aa ar0增大增大減小減小偏置方偏置方向向“”規(guī)定：凸輪逆時針轉(zhuǎn)，推桿規(guī)定：凸輪逆時針轉(zhuǎn)，推桿右偏置或凸輪順時針轉(zhuǎn)，推桿左右偏置或凸輪順時針轉(zhuǎn)，推桿左偏置取偏置取 “”；反之?。环粗?“”號。號。第38頁/共47頁第三十九頁，共47頁。3. 從動件偏置從動件偏置(pin zh)方向的選擇方向的選擇220/)( estgeddsrad2. 凸輪凸輪(tln)基圓半徑的確定：基圓半徑的確定：r0在滿足在滿足amaxa條件下，要滿足結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度條件下，要滿足結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度(qingd)要求。要求?；鶊A半徑和壓力角的關(guān)系：基圓半徑和壓力角的關(guān)系

35、：為獲得較小的推程壓力角，可適當(dāng)選取推桿偏置方向：為獲得較小的推程壓力角，可適當(dāng)選取推桿偏置方向： 當(dāng)凸輪逆時針轉(zhuǎn)，推桿右偏置；當(dāng)凸輪逆時針轉(zhuǎn)，推桿右偏置； 當(dāng)凸輪順時針轉(zhuǎn)，推桿左偏置。當(dāng)凸輪順時針轉(zhuǎn)，推桿左偏置。正偏置正偏置第39頁/共47頁第四十頁，共47頁。外凸輪廓外凸輪廓(lnku)： ra=r-rr。三、滾子三、滾子(n z)推桿的滾子推桿的滾子(n z)半徑的選擇半徑的選擇實際廓線的曲率半徑實際廓線的曲率半徑(bnjng)ra與滾子半徑與滾子半徑(bnjng)的關(guān)系的關(guān)系rr ：r rrr，則，則r ra為零，實際為零，實際廓線將出現(xiàn)廓線將出現(xiàn)尖點現(xiàn)象尖點現(xiàn)象rrrr， r raRrr， r ra0動畫演動畫演示示第40頁/共47頁第四十一頁，共47頁。最小曲率半徑最小曲率半徑(bnjng)的的確定：確定：可用求極值可用求極值(j zh)的方法求得的方法求得rmin。rmin一般不小于一般不小于15mm 對于對于(duy)外凸廓線：外凸廓線： rr rmin滾子半徑的選擇：滾子半徑