凸輪機構(gòu)(機械原理)

第三章凸輪機構(gòu)1、凸輪機構(gòu)：凸輪是一個具有曲線輪廓的構(gòu)件。含有凸輪的機構(gòu)稱為凸輪機構(gòu)。它由凸輪、從動件和機架組成。一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用§3-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)2、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用多缸內(nèi)燃機-配氣機構(gòu)進刀凸輪機構(gòu)沖壓機凸輪機構(gòu)的優(yōu)缺點優(yōu)點:只需確定適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，即可實現(xiàn)從動件復(fù)雜的運動規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡單，運動可靠。缺點：從動件與凸輪接觸應(yīng)力大,易磨損用途：載荷較小的運動控制一）按凸輪的形狀分二、凸輪機構(gòu)的分類1、盤形凸輪2、移動凸輪3、圓柱凸輪4、圓錐凸輪

1、尖頂從動件2、滾子從動件3、平底從動件二）按從動件上高副元素的幾何形狀分三）、按凸輪與從動件的鎖合方式分1、力鎖合的凸輪機構(gòu)2、形鎖合的凸輪機構(gòu)1）溝槽凸輪機構(gòu)2）等寬凸輪機構(gòu)3）等徑凸輪機構(gòu)4）主回凸輪機構(gòu)擺動從動件凸輪機構(gòu)（對心、偏置）移動從動件凸輪機構(gòu)四）、根據(jù)從動件的運動形式分推程運動角遠休止角近休止角回程運動角S(A)BCD(,S)S’S’hSAB’OeCDBOrbS0h三、凸輪機構(gòu)的工作原理基圓D’ABCDO回程角Φ’回程角Φ’現(xiàn)象:只要偏心距e不為0,即使AB與CD形狀相同,回程速度比推程速度快。問1：如果從動件偏向O點左側(cè),回程速度和推程速度哪個快？問2：是否合理？擺動從動件凸輪機構(gòu)基圓BCDO1rbamaxlAO2B10擺桿初始位置角0角位移，擺幅max，桿長l，中心距aSh()(max)3）凸輪機構(gòu)曲線輪廓的設(shè)計4）繪制凸輪機構(gòu)工作圖1）從動件運動規(guī)律的設(shè)計2）凸輪機構(gòu)基本尺寸的設(shè)計移動從動件：基圓半徑rb，偏心距e;擺動從動件：基圓半徑rb，凸輪轉(zhuǎn)動中心到從動件擺動中心的距離a及擺桿的長度l;滾子從動件：除上述外，還有滾子半徑rr。平底從動件：除上述外，平底長度L。O1O2alO1erbrb四、凸輪機構(gòu)的設(shè)計任務(wù)§3-2從動件常用運動規(guī)律

一、基本運動規(guī)律二、組合運動規(guī)律簡介三、從動件運動規(guī)律設(shè)計

升-停-回-停型(RDRD)升-回-停型(RRD)升-停-回型(RDR)升-回型(RR)S()S()S()S()運動循環(huán)的類型從動件運動規(guī)律的數(shù)學(xué)方程式類速度類加速度類躍動度位移速度加速度躍動度一、基本運動規(guī)律a=2(2c2+6c3

+12c42

+……+n(n-1)cnn-2)（一）多項式運動規(guī)律s=c0+c1

+c22

+c33

+……+cnnv=(c1+2c2

+3c32

+……+ncnn-1)式中，為凸輪的轉(zhuǎn)角（rad）；c0，c1，c2，…，為n+1個待定系數(shù)。j=3(6c3+24c4

+……+n(n-1)(n-2)cnn-3)s=c0+c1v=c1a=01、n=1的運動規(guī)律等速運動規(guī)律0aa=00sh0vv剛性沖擊=0，s=0;=，s=h0j0vvmax0shamax0a-amax等加速等減速運動規(guī)律柔性沖擊柔性沖擊增加多項式的冪次，可獲得性能良好的運動規(guī)律2、n=2的運動規(guī)律svaj0000柔性沖擊（二）余弦加速度規(guī)律v0aj00s0h（三）正弦加速度規(guī)律二、組合運動規(guī)律簡介 運動規(guī)律組合應(yīng)遵循的原則：

1、對于中、低速運動的凸輪機構(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)。

2、對于中、高速運動的凸輪機構(gòu)，則還要求從動件的速度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線的連續(xù)。aOABCDEFO梯形加速度運動規(guī)律a

改進型等速運動規(guī)律00aa=0v0sh三、從動件運動規(guī)律設(shè)計：1、從動件的最大速度vmax要盡量小；2、從動件的最大加速度amax要盡量?。?、從動件的最大躍動度jmax要盡量小。運動規(guī)律Vmax(hw/F)amax

(hw2/F2)沖擊特性適用范圍等速1.0￥剛性低速輕載等加速等減速2.04.00柔性中速輕載余弦加速度1.574.93柔性中速中載正弦加速度2.006.28無高速輕載從動件常用基本運動規(guī)律特性§3–3盤形凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定

一、移動從動件盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸二、擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸

一、移動從動件盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸的設(shè)計移動從動件盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸ttOPnnAeSS0v2Crrb1123P13P23壓力角ttOPnAeC1n(P13)P23瞬心1、偏距e的大小和偏置方位的選擇原則應(yīng)有利于減小從動件工作行程時的最大壓力角。為此應(yīng)使從動件在工作行程中，點C和點P位于凸輪回轉(zhuǎn)中心O的同側(cè)，此時凸輪上C點的線速度指向與從動件工作行程的線速度指向相同。偏距不宜取得太大，可近似取為：2、凸輪基圓半徑的確定加大基圓半徑，可減小壓力角，有利于傳力;不足是：同時加大了機構(gòu)尺寸。因此，原則如下：1）若機構(gòu)受力不大，要求機構(gòu)緊湊時；取較小的基圓半徑，按許用壓力角求這時，若從動件運動規(guī)律已知，即s=s(φ)已知，代入上式，可求得一系列rb,取最大者為基圓半徑根據(jù)實際輪廓的最小向徑rm確定基圓半徑rb，校核壓力角根據(jù)結(jié)構(gòu)和強度確定基圓半徑rsrhrm2）若機構(gòu)受力較大，對其尺寸又沒有嚴(yán)格的限制二、擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸整理得，1

與2同向凸輪的轉(zhuǎn)向1

與從動件的轉(zhuǎn)向2相反nO1PKO2rb12Bn0+v2Lanv2O1PKO2rb21BttanL0+LO1PLO2PLO2PLO2PLO2PLLL-=2、在運動規(guī)律和基本尺寸相同的情況下，1

與2異向，會減小擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的壓力角。1、擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的壓力角與從動件的運動規(guī)律、擺桿長度、基圓半徑及中心距有關(guān)。一、圖解法設(shè)計盤形凸輪機構(gòu)二、解析法設(shè)計盤形凸輪機構(gòu)§3-4根據(jù)預(yù)定運動規(guī)律設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線一、盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計——圖解法（1）尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu)（2）滾子移動從動件盤形凸輪機構(gòu)（3）尖頂擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)2S1123s1s2hOrb-11s11'1s12s2s23hh3'2'凸輪輪廓曲線設(shè)計的基本原理（反轉(zhuǎn)法）2S1123s1s2hOrb-3'3211s2s1h11’2’es1s2偏置尖頂從動件凸輪輪廓曲線設(shè)計（反轉(zhuǎn)法）2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3Fvs11已知：S=S（），rb，e，偏置尖頂從動件凸輪輪廓曲線設(shè)計（反轉(zhuǎn)法）2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3已知：S=S（），rb，e，，rr理論輪廓實際輪廓Fv偏置滾子從動件凸輪輪廓曲線設(shè)計（反轉(zhuǎn)法）SS''911223344556677883-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C710已知：=()，rb，L(桿長)，a(中心距)，A0B00OS''SA1A2A3A4A5A9A8A7A6B11C9B9Fv3擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)Ψ1二、盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計——解析法（1）尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu)（2）尖頂擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)（3）滾子移動從動件盤形凸輪機構(gòu)（4）平底移動從動件盤形凸輪機構(gòu)x2SSOB1eSS0rby-BC0CB0(1)

尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計xOB1eSS0rby-BC0CB0平面旋轉(zhuǎn)矩陣尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu)注意：1）若從動件導(dǎo)路相對于凸輪回轉(zhuǎn)中心的偏置方向與x方向同向，則e>0,反之e<0。2）若凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動，則>0，反之<0。(2)尖頂擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)若凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動，則>0，反之<0y0B0B1BrbAx-OaL(3)滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計OnnB0Brb’’’yxrrC’C’’C’BC’’rrrrrm（a）理論輪廓曲線的設(shè)計（b）實際輪廓(c)刀具中心軌跡方程砂輪滾子rrrcrc-rr'c鉬絲滾子rrrcrr-rc'c上式中用|rc-rr

|代替rr即得刀具中心軌跡方程(d)滾子半徑的確定

當(dāng)rr<min時，實際輪廓為一光滑曲線。

當(dāng)rr=min時，實際輪廓將出現(xiàn)尖點，極易磨損，會引起運動失真。rrbminminrr<minbmin

=

min

-rr>0rr=minminbmin

=

min

-rr=0rr當(dāng)rr>min時，實際輪廓將出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，會引起運動失真。rrbminminbmin

=

min

+rr>0內(nèi)凹的輪廓曲線不存在失真。minrrrr>minbmin

=

min

-rr<0bmin

=

min

-rr

3mm，

rr

min

-3mm

rr0.8min

rr0.4rb

或一般1、輪廓曲線的設(shè)計(4)平底移動從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計v223OPB1SS0rrb1B-yx(1)基本尺寸的確定L

=Lmax+

L’max+(4~10)mmLmax=(OP)max=(ds/d)maxL為平底總長，Lmax和L’max為平底與凸輪接觸點到從動件導(dǎo)路中心線的左、右兩側(cè)

的最遠距離。543211’2’3’4’5’rbrb（2）凸輪輪廓的向徑不能變化太快。OALmaxP2.平底長度的確定凸輪機構(gòu)的計算機輔助設(shè)計使用要求選擇凸輪機構(gòu)的類型設(shè)計從動件的運動規(guī)律確定基本尺寸建立凸輪廓線方程計算機仿真評價決策建立直角坐標(biāo)系，以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點，y軸與從動件導(dǎo)路平行，凸輪理論廓線方程為：例：一直動偏置滾子從動件凸輪機構(gòu)，已知rb=50mm，rr=3mm，e=12mm，凸輪以等角速度逆時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過=1800，從動件以等加速等減速運動規(guī)律上升h=40mm，凸輪再轉(zhuǎn)過=1500，從動件以余弦加速度運動規(guī)律下降回原處，其余s=300，從動件靜止不動。試用解析法計算1=600，2=2400時凸輪實際廓線上點的坐標(biāo)值。解：從動件運動規(guī)律：回程升程理論廓線上點的坐標(biāo)：實際廓線上點的坐標(biāo):§3-5空間凸輪機構(gòu)rrRmLS102345679

089’8’7’6’5’4’3’2’1’2S’’S102345679

082RmLB0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B0v1-v1v2v21v1結(jié)束結(jié)束瞬心作平面相對運動的兩構(gòu)件上在任一瞬時其絕對速度相等的重合點。12P1212P12低副的瞬心，任意平面相對運動都可以分解成2類運動：轉(zhuǎn)動、移動。三心定理三個彼此作平面運動的構(gòu)件共有三個瞬心，且必位于同一條直線上。鉸鏈四桿機構(gòu)的瞬心瞬心的總數(shù)K:4*(4-1)/2=6用直接觀察法確定瞬心P12、P23、P34、P14;用"三心定理"確定瞬心P13:對于構(gòu)件1、2、3，P13必在P12和P23的連線上對于構(gòu)件1、4、3，P13必在P14和P34的連線上上述兩條直線的交點就是瞬心P13;同理,可得瞬心P24;1234P12P23P34P14P24P13相對于凸輪，從動桿的運動可分解為：

繞接觸點N的轉(zhuǎn)動-(轉(zhuǎn)動副)

沿N點的切線移動v(移動副)轉(zhuǎn)動副的瞬心為點N；移動副的瞬心為與速度v垂直的直線；

綜上：凸輪副的瞬心位于過N點的凸輪法線上。同理：可以得出齒輪副的瞬心線。分析：凸輪副的瞬心-ωvNrbOP12P12高副的瞬心在接