凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動設(shè)計課件

第七章

凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動設(shè)計motorlgs2007第七章

凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動設(shè)計motorlgs20077.1凸輪機(jī)構(gòu)的組成及其應(yīng)用A1凸輪1從動件2機(jī)架31凸輪機(jī)構(gòu)的組成:

凸輪機(jī)構(gòu)主要由凸輪、從動件和機(jī)架組成。

凸輪---是一個具有曲線輪廓的構(gòu)件，一般作主動件,且為勻速運(yùn)動

從動件-----作往復(fù)直線運(yùn)動或擺動動畫演示凸輪機(jī)構(gòu)的原理7.1凸輪機(jī)構(gòu)的組成及其應(yīng)用A1凸輪1從動件2機(jī)架31凸實例1：專用車床的凸輪控制機(jī)構(gòu)動畫演示實例1：專用車床的凸輪控制機(jī)構(gòu)動畫演示實例2：內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)動畫鏈接1動畫鏈接2實例2：內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)動畫鏈接1凸輪機(jī)構(gòu)的分類按凸輪的形狀分類平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪移動凸輪盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪凸輪機(jī)構(gòu)的分類按凸輪的形狀分類平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸按從動件運(yùn)動副元素形狀分類

尖底從動件滾子從動件平底從動件（a）、（b）為尖底從動件；（c）、（d）為滾子從動件；（e）、（f）為平底從動件。按從動件運(yùn)動副元素形狀分類尖底從動件滾子從動件平底從動件（按從動件運(yùn)動方式分類擺動從動件直動從動件對心直動從動件偏心直動從動件動畫鏈接1

動畫鏈接2

動畫鏈接3動畫鏈接按從動件運(yùn)動方式分類擺動從動件直動從動件對心直動從動件偏心直按凸輪高副的鎖合方式分類力鎖合形鎖合力鎖合1

力鎖合2形鎖合1、2、3、4按凸輪高副的鎖合方式分類力鎖合形鎖合力鎖合1力鎖合2形鎖合思考一下

綜合前面的各種凸輪的分類方式，試說出下面凸輪機(jī)構(gòu)的名稱動畫鏈接實際應(yīng)用動畫鏈接實際應(yīng)用1實際應(yīng)用2思考一下綜合前面的各種凸輪的分類方式，試說出下面凸輪機(jī)7.2凸輪機(jī)構(gòu)從動件運(yùn)動規(guī)律的設(shè)計sDr0eABC凸輪的基圓該位置為最低位置基本術(shù)語基圓r0：以凸輪最小半徑所作的圓，稱為凸輪的基圓半徑。凸輪轉(zhuǎn)角δ：以導(dǎo)路為參考軸進(jìn)行測量從動件位移S：從最低位置開始測量7.2凸輪機(jī)構(gòu)從動件運(yùn)動規(guī)律的設(shè)計sDr0eABC凸輪由于凸輪一般以轉(zhuǎn)速ω作勻速轉(zhuǎn)動，所以凸輪的轉(zhuǎn)角δ與轉(zhuǎn)動時間t成線性關(guān)系（δ=ωt）。因此，通常將從動件的運(yùn)動規(guī)律表示成凸輪轉(zhuǎn)角δ的函數(shù)。從動件的運(yùn)動設(shè)計的方法三個線圖之間的幾何關(guān)系為：位移速度加速度微分積分由于凸輪一般以轉(zhuǎn)速ω作勻速轉(zhuǎn)動，所以凸輪的轉(zhuǎn)角δ與轉(zhuǎn)動時間ts行程hBCD推程運(yùn)動角遠(yuǎn)休止角回程運(yùn)動角近休止角AsDr0eABC從動件的推程,A→B；從動件的遠(yuǎn)休止過程,B→C；從動件的回程,C→D；近休止?fàn)顟B(tài),D→A。

概念：凸輪機(jī)構(gòu)完成一個運(yùn)動循環(huán)動畫演示11/22/2022s行程hBCD推程運(yùn)動角遠(yuǎn)休止角回程運(yùn)動角近休止角AsDr待定系數(shù)C0，C1，…，Cn可利用從動件在某些位置的位移、速度和加速度等邊界條件來確定。

從動件推程的運(yùn)動規(guī)律為多項式運(yùn)動規(guī)律，其位移的一般表達(dá)式為：

討論：n=5時，式中就有6個待定系數(shù)多項式運(yùn)動規(guī)律探討待定系數(shù)C0，C1，…，Cn可利用從動件在某些位置的位移、速求解：取n=5，設(shè)六個邊界條件：δ=0時，S=0，v=0，a=0,δ=δ0時，S=h，v=0，a=0求凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律。將邊界條件代入得一個六元線性方程組，解之得：C0＝０，C1＝０，C２＝０C3＝10h/δ03，C4＝－15h/δ04；C5＝6h/δ05得五次多項式運(yùn)動規(guī)律的表達(dá)式為：求解：取n=5，設(shè)六個邊界條件：將邊界條件代入得一個六元線性

討論：(1)六個邊界條件：δ=0時，S=0，v=0，a=0,δ=δ0時，S=h，v=0，a=0

(2)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵：①確定從動件的位移、速度和加速度三者之一與凸輪轉(zhuǎn)角之間的函數(shù)關(guān)系；②確定相應(yīng)的邊界條件。討論：(1)六個邊界條件：(2)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵：①等速運(yùn)動規(guī)律

推程：

回程：其它幾種常用的從動件的運(yùn)動規(guī)律在起始和終止點(diǎn)速度有突變，使瞬時加速度趨于無窮大，從而產(chǎn)生無窮大慣性力，引起剛性沖擊。等速運(yùn)動規(guī)律推程：回程：其它幾種常用的從動件的運(yùn)動規(guī)律在等加速等減速運(yùn)動規(guī)律

推程：回程：

在起點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)時，因加速度有突變而引起推桿慣性力的突變，且突變?yōu)橛邢拗担谕馆啓C(jī)構(gòu)中由此會引起柔性沖擊。等加速等減速運(yùn)動規(guī)律推程：回程：在起點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)時，因余弦加速度運(yùn)動規(guī)律

推程：回程：余弦加速度運(yùn)動規(guī)律推程：回程：正弦加速度運(yùn)動規(guī)律

推程：回程：

正弦加速度運(yùn)動規(guī)律推程：回程：一般以機(jī)構(gòu)中的沖擊情況、從動件的最大速度和最大加速度三個方面對各種運(yùn)動規(guī)律特性進(jìn)行比較。

從動件常用運(yùn)動規(guī)律的比較和選用運(yùn)動規(guī)律沖擊特性適用場合五次多項式無1.885.77高速中載等速剛性1.00低速輕載等加速等減速柔性2.004.00中速輕載余弦加速度柔性1.574.93中速中載正弦加速度無2.006.28高速輕載一般以機(jī)構(gòu)中的沖擊情況、從動件的最大速度和最大加速度三個方面從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇在選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律時，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應(yīng)該考慮各種運(yùn)動規(guī)律的速度幅值、加速度幅值及其影響加以分析和比較。從動件動量從動件慣性力對于重載凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)選擇值較小的運(yùn)動規(guī)律；對于高速凸輪機(jī)構(gòu)，宜選擇值較小的運(yùn)動規(guī)律。從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇在選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律時，采用組合運(yùn)動規(guī)律的目的：避免有些運(yùn)動規(guī)律引起的沖擊，改善推桿其運(yùn)動特性。構(gòu)造組合運(yùn)動規(guī)律的原則：

組合運(yùn)動規(guī)律對于中、低速運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu)，要求從動件的位移曲線在銜接處相切，以保證速度曲線的連續(xù)。即要求在銜接處的位移和速度應(yīng)分別相等。對于中、高速運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu)，要求從動件的速度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線連續(xù)，即要求在銜接處的位移、速度和加速度應(yīng)分別相等。采用組合運(yùn)動規(guī)律的目的：組合運(yùn)動規(guī)律對于中、低速運(yùn)動的凸輪機(jī)介紹兩種典型的組合運(yùn)動規(guī)律1.修正梯形組合運(yùn)動規(guī)律a12345678oδa0等加速等減速運(yùn)動規(guī)律正弦加速度運(yùn)動規(guī)律aδ0=10.1250.50.875修正梯形組合運(yùn)動規(guī)律amax=(h2/δ02)×4.00amax=(h2/δ02)×6.28組合等加速等減速運(yùn)動規(guī)律和正弦加速度運(yùn)動規(guī)律介紹兩種典型的組合運(yùn)動規(guī)律1.修正梯形組合運(yùn)動規(guī)律a12342.改進(jìn)型等速運(yùn)動規(guī)律——消除剛性沖擊δsδ1δ2δ0aδvδ2.改進(jìn)型等速運(yùn)動規(guī)律——消除剛性沖擊δsδ1δ2δ0aδ凸輪輪廓曲線的設(shè)計的主要內(nèi)容是建立凸輪輪廓曲線的參數(shù)方程。7.3凸輪的輪廓曲線設(shè)計

sDr0eABC基本術(shù)語回顧：基圓r0：以凸輪最小半徑所作的圓，稱為凸輪的基圓半徑。凸輪轉(zhuǎn)角δ：以導(dǎo)路為參考軸進(jìn)行測量。從動件位移S：從最低位置開始測量。凸輪輪廓曲線的設(shè)計的主要內(nèi)容是建立凸輪輪廓曲線的參數(shù)方程。7凸輪輪廓曲線的參數(shù)方程：得到凸輪輪廓的參數(shù)方程關(guān)鍵是確定凸輪輪廓上的任意點(diǎn)B的坐標(biāo)與凸輪轉(zhuǎn)角δ之間的關(guān)系。討論:

δ與B點(diǎn)之間的關(guān)系？凸輪輪廓曲線的參數(shù)方程：得到凸輪輪廓的參數(shù)方程關(guān)鍵是確定凸輪矢量旋轉(zhuǎn)方程(繞坐標(biāo)原點(diǎn)）B1點(diǎn)

B點(diǎn)

討論：B1點(diǎn)與B點(diǎn)的關(guān)系？矢量旋轉(zhuǎn)方程(繞坐標(biāo)原點(diǎn)）B1點(diǎn)B點(diǎn)討論：B1點(diǎn)與B點(diǎn)凸輪輪廓曲線設(shè)計一般方法：建立坐標(biāo)系：一般將坐標(biāo)系的原點(diǎn)取在凸輪的轉(zhuǎn)動中心上，坐標(biāo)軸的選取以比較容易地寫出矢量的坐標(biāo)表達(dá)式為原則；將從動件處于運(yùn)動過程中的任一位置，寫出從凸輪轉(zhuǎn)動中心到從動件尖底的矢量的坐標(biāo)表達(dá)式；將矢量沿與凸輪轉(zhuǎn)動方向相反的方向轉(zhuǎn)動一個對應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角，得到新矢量，并利用平面矢量旋轉(zhuǎn)矩陣得到新矢量的表達(dá)式，此式便為凸輪的廓線方程。凸輪輪廓曲線設(shè)計一般方法：B1B-例1：尖頂移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)已知：的轉(zhuǎn)向，ro,e，s=s(δ)-δsxyO（1）取定xoy坐標(biāo)，x或y軸平行于導(dǎo)路線，且使初始位置在第一象限；（2）寫出點(diǎn)B1的坐標(biāo)；S0eB0r0注意：δ逆時針為正。求解：凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)值或作出凸輪的輪廓曲線B1B-例1：尖頂移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)已知：的轉(zhuǎn)向，（4）寫出凸輪輪廓上點(diǎn)B的坐標(biāo)。（3）寫出平面旋轉(zhuǎn)矩陣

；B1B--δsxyOS0eB0rb（4）寫出凸輪輪廓上點(diǎn)B的坐標(biāo)。（3）寫出平面旋轉(zhuǎn)矩陣?yán)?：尖頂擺動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)已知：的轉(zhuǎn)向，r0,中心距l(xiāng)O1O2＝a，擺桿長L，

B1B（1）取定xoy坐標(biāo)，x或y軸在O1O2線上，且使初始位置在第一象限；（2）寫出點(diǎn)B1的坐標(biāo)；LB0O1O2aro0xy-δ求解：凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)值或作出凸輪的輪廓曲線D例2：尖頂擺動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)已知：的轉(zhuǎn)向，r0,中例2：尖頂擺動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)（4）寫出凸輪輪廓上點(diǎn)B的坐標(biāo)（3）寫出平面旋轉(zhuǎn)矩陣

；注意：δ逆時針為正B1BLB0O1O2aro0xy-δ例2：尖頂擺動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)（4）寫出凸輪輪廓上點(diǎn)B的坐例3、平底移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)（1）選定xoy坐標(biāo)如圖；（2）寫出點(diǎn)B1的坐標(biāo)；∵v2=op.∴op=v2/=ds/dδB12SroB1PδxyOP為構(gòu)件1、2的瞬心-δ例3、平底移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)（1）選定xoy坐標(biāo)如圖；（4）寫出凸輪輪廓上點(diǎn)B的坐標(biāo)；（3）寫出平面旋轉(zhuǎn)矩陣

；B12SroB1PδxyOP為構(gòu)件1、2的瞬心-δ其中：（4）寫出凸輪輪廓上點(diǎn)B的坐標(biāo)；（3）寫出平面旋轉(zhuǎn)矩陣?yán)?：滾子從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)nnBCxyroB0"理論輪廓曲線'實際輪廓曲線（1）求出滾子中心在固定坐標(biāo)系xoy中的軌跡（稱為理論輪廓廓線）；（2）再求滾子從動件凸輪的工作輪廓曲線（稱為實際輪廓曲線）。

理論輪廓曲線上點(diǎn)B處的法線n-n的斜率：rr理論廓線：滾子從動件中心相對于凸輪的運(yùn)動軌跡。實際廓線：以理論廓線上的點(diǎn)為圓心，滾子半徑為半徑作圓族的包絡(luò)線。例4：滾子從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)nnBCxyroB0"理論理論輪廓曲線上點(diǎn)B處的法線n-n的斜率：實際輪廓曲線上對應(yīng)點(diǎn)C點(diǎn)的坐標(biāo)：xC=xBrrcosyC=yBrrsin其中：“-”為內(nèi)包絡(luò)線；“+”為外包絡(luò)線。

nnBCxyroB0"理論輪廓曲線'實際輪廓曲線rr理論輪廓曲線上點(diǎn)B處的法線實際輪廓曲線上對應(yīng)點(diǎn)C點(diǎn)的坐標(biāo)：x注意：（1）理論輪廓與實際輪廓互為等距曲線；（2）凸輪的基圓半徑是指理論輪廓曲線的最小向徑。nnBCxyroB0"理論輪廓曲線'實際輪廓曲線rr注意：（1）理論輪廓與實際輪廓互為等距曲線；（2）凸輪的基圓如果凸輪輪廓曲線的參數(shù)方程為，則由高等數(shù)學(xué)可知，任意點(diǎn)的曲率半徑為：（7---16）如果凸輪輪廓曲線的參數(shù)方程為，則由高等數(shù)學(xué)有尖點(diǎn)的凸輪極易磨損、很快就