機(jī)械原理-第5章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

(Chapter5Cammechanismsanddesign）第5章凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)精品資料1235.1凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)的類型和應(yīng)用(Applicationandtypesofcammechanism)w123精品資料5.1.1組成(zǔchénɡ)和應(yīng)用(1)凸輪(tūlún)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件,是主動(dòng)件,通常等速轉(zhuǎn)動(dòng)。(2)從動(dòng)件

由凸輪控制按其運(yùn)動(dòng)規(guī)律作移動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。(3)機(jī)架支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件。1.組成w123精品資料可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)(yùndòng)規(guī)律，由于是高副接觸,常用于傳遞動(dòng)力

不大的場(chǎng)合。2.應(yīng)用(yìngyòng)精品資料5.1.2凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)的分類1.按凸輪(tūlún)的形狀分(1)盤形凸輪具有變化向徑的盤形構(gòu)件。(2)移動(dòng)凸輪有曲線輪廓作往復(fù)移動(dòng)的構(gòu)件。(3)圓柱凸輪在圓柱面上開有曲線凹槽或在圓柱端面上作出曲線輪廓的構(gòu)件。精品資料2.按從動(dòng)件的形狀(xíngzhuàn)分(1)尖頂從動(dòng)件這種從動(dòng)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但易磨損,適用于傳力不大速度較低的場(chǎng)合。(2)滾子從動(dòng)件將從動(dòng)件與凸輪的接觸由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦,磨損較小,可用于傳遞較大的動(dòng)力,應(yīng)用較廣。(1)(2)(3)平底從動(dòng)件凸輪對(duì)這種從動(dòng)件的作用力始終垂直于從動(dòng)件的平底,受力平穩(wěn)且接觸面間易形成油膜,潤滑好,可用于高速。

(3)精品資料3.按凸輪(tūlún)與從動(dòng)件的鎖合方式分(1)力鎖合利用彈簧力或自重保持從動(dòng)件與凸輪始終接觸。(2)、(3)形鎖合靠從動(dòng)件幾何形狀或利用凸輪上的凹槽使從動(dòng)件與凸輪始終接觸。(3)(1)(2)精品資料4.按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)(yùndòng)形式分(1)(2)(1)直動(dòng)從動(dòng)件從動(dòng)件往復(fù)直線移動(dòng)。(2)擺動(dòng)從動(dòng)件從動(dòng)件往復(fù)擺動(dòng)。精品資料5.2.1名詞(míngcí)概念1.基圓以凸輪廓線上最小向徑為半徑所畫的圓即為基圓，其半徑用r0表示。r0hABCDd0′dsd0ds′2.推程從動(dòng)件從最低位置上升到最高位置的過程稱為推程。從動(dòng)件上升的高度叫位移，用s表示，其最大值即最大位移稱為升程，用h表示，對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角稱為推程運(yùn)動(dòng)角，用d0表示。3.遠(yuǎn)休止從動(dòng)件在最高位置靜止不動(dòng)的過程稱為遠(yuǎn)休止，對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角稱為遠(yuǎn)休止角，用ds表示。4.回程從動(dòng)件從最高位置降到最低位置的過程稱為回程，對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角稱為回程運(yùn)動(dòng)角,用d0′表示。5.近休止從動(dòng)件在最低位置靜止不動(dòng)的過程稱為近休止，對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角稱為近休止角，用ds′表示。(Motionlawsofcamfollower)5.2從動(dòng)件的常用(chánɡyònɡ)運(yùn)動(dòng)規(guī)律精品資料從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)(yùndòng)形式：(c)升降停Odd0sdsds′d(a)升停降停Osd0dsds′d0′(b)升停降Osdd0dsd0′(d)升降Odd0sd0′精品資料從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指在推程或回程中，從動(dòng)件的位移、速度、加速度隨時(shí)間的變化規(guī)律。因?yàn)?yīnwèi)凸輪一般為等速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律通常表示成凸輪轉(zhuǎn)角d的函數(shù)。稱為(chēnɡwéi)類速度稱為類加速度精品資料1.等速運(yùn)動(dòng)(děnɡsùyùndònɡ)規(guī)律邊界條件:5.2.2從動(dòng)件的常用(chánɡyònɡ)運(yùn)動(dòng)規(guī)律d=0，s=0；d=d0，s=h。精品資料等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程(fāngchéng)和運(yùn)動(dòng)曲線:這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律(guīlǜ)在推程開始和終了點(diǎn)速度有突變，存在剛性沖擊。hOOO+∞-∞推程段(0＜d≤d0

)精品資料回程(huíchéng)段(d0+ds＜d≤d0+ds+d0′)精品資料2.等加速(jiāsù)等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程前半段邊界條件:精品資料等加速(jiāsù)等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線：這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律(guīlǜ)在推程始末和中點(diǎn)位置加速度存在有限值的突變，會(huì)導(dǎo)致柔性沖擊。hOOO推程等加速段方程為(0＜d≤d0/2)推程等減速段方程為(d0/2＜d≤d0)精品資料回程段方程如下：回程前半段(d0+ds＜d≤d0+ds+)回程后半段(d0+ds+

＜d≤d0+ds+d0′)精品資料3.余弦加速度運(yùn)動(dòng)(yùndòng)規(guī)律(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(yùndòng)規(guī)律)這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度方程是半個(gè)周期的余弦(yúxián)曲線,質(zhì)點(diǎn)在圓周上作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)如下圖所示。hs從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)位移方程:精品資料推程段方程(0＜d≤d0

)余弦(yúxián)加速度運(yùn)動(dòng)方程和運(yùn)動(dòng)曲線:回程段方程(d0+ds＜d≤d0+ds+d0′)精品資料位移曲線sh01′2′3′4′5′6′214563精品資料這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律(guīlǜ)由于加速度在推程開始和終了存在有限值的突變,所以也有柔性沖擊,但可避免。sh01′2′3′4′5′6′214563OO精品資料hs4.正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律(guīlǜ)(擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律(guīlǜ))這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度方程(fāngchéng)是整周期的正弦曲線。從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)邊界條件:精品資料推程段方程(0＜d≤d0)正弦(zhèngxián)加速度運(yùn)動(dòng)方程和運(yùn)動(dòng)曲線:回程段方程(d0+ds＜d≤d0+ds+d0′)精品資料位移曲線0h1′2′3′4′5′6′7′8′123456781〞2〞3〞4〞5〞6〞7〞8〞精品資料這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律加速度曲線沒有突變(tūbiàn)，因而無沖擊。OhOO精品資料w1(-w1)5.3.1凸輪廓線設(shè)計(jì)的基本原理——反轉(zhuǎn)法（Designofcamprofilecurve

)5.3凸輪廓線的設(shè)計(jì)(shèjì)精品資料反轉(zhuǎn)法將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)公共角速度(-w1)，保證各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變，相當(dāng)于將凸輪固定，從動(dòng)件與導(dǎo)路一方面繞凸輪軸以(-w1)角速度轉(zhuǎn)動(dòng),另一方面從動(dòng)件按運(yùn)動(dòng)規(guī)律在導(dǎo)路中移動(dòng)，從動(dòng)件尖頂所到各位置的連線便是凸輪廓線。精品資料5.3.2圖解法設(shè)計(jì)(shèjì)凸輪廓線1.偏置直動(dòng)尖頂（滾子(ɡǔnzǐ)）從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì)已知從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖所示,基圓半徑r0

,滾子半徑rr，偏距e(導(dǎo)路偏在轉(zhuǎn)軸左側(cè)），凸輪以w1的角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。求滿足上述要求的凸輪廓線。120°150°270°360°0°hser030w1d精品資料解：選ml,畫出從動(dòng)件位移曲線。sO設(shè)計(jì)步驟：1)畫出基圓、偏心圓及導(dǎo)路線，B0(C0)為從動(dòng)件尖頂?shù)钠鹗键c(diǎn)。OKB0(C0)-w1

120°30°120°90°2)將位移曲線與基圓分別等分成相對(duì)應(yīng)的若干等份:1，2，...,9；C1,C2,...,C9。C5C4C3C2C1C9C8C7C61236785493)過C1,C2,...,C9各點(diǎn)作偏心圓的切線，沿各切線自基圓起量取從動(dòng)件位移量即：CiBi=ii′,得反轉(zhuǎn)后的Bi點(diǎn)（i=1,2,...,9)。12345678(B9)B8B7B6B5B4B3B2B14)將B0,B1,B2,...,B9各點(diǎn)連成光滑曲線，得到所求凸輪的理論廓線；再以滾子半徑rr為半徑，以理論廓線上各點(diǎn)為圓心畫圓包絡(luò)實(shí)際廓線。理論廓線實(shí)際廓線精品資料2.平底從動(dòng)件盤形凸輪廓線設(shè)計(jì)(shèjì)已知從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律,凸輪轉(zhuǎn)向(zhuǎnxiàng)為順時(shí)針,基圓半徑為r0。求凸輪廓線。180°360°0°sr0w1d精品資料解:選ml,畫出從動(dòng)件位移曲線和從動(dòng)件的起始位置。后續(xù)步驟同上。180°360°0°s-w1r0w1精品資料3.擺動(dòng)(bǎidòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪廓線設(shè)計(jì)已知從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、基圓半徑r0，凸輪與從動(dòng)件的中心距O1O2=a，從動(dòng)件桿長O2B0=L，凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),從動(dòng)件擺動(dòng)方向如圖所示。求凸輪廓線。0°180°360°aLO1O2B0yymaxd30°r0w1精品資料30°dymax解:選比例尺my=1°/mm,畫出從動(dòng)件角位移曲線和凸輪機(jī)構(gòu)的起始位置。步驟同上。-w1701234568910O2(1)O2(2)O2(3)O2(4)O2(5)O2(6)O2(7)O2(8)O2(9)B0O1O2w1B1B2B3B4B5B6B7B8B9精品資料5.3.3解析(jiěxī)法設(shè)計(jì)凸輪廓線1.偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)

已知從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律s,偏距e,滾子半徑rr,基圓半徑r0,凸輪逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。求凸輪的理論廓線坐標(biāo)x、y和實(shí)際廓線坐標(biāo)x′、y′。

B0O1ew1精品資料B0O1w1e解：建立(jiànlì)圖示坐標(biāo)系,B點(diǎn)理論廓線坐標(biāo)方程為實(shí)際廓線B′點(diǎn)坐標(biāo)(zuòbiāo)方程為其中：“-”用于內(nèi)等距曲線；“+”用于外等距曲線。yxs0sB′（x′，y′）(2)B(x,y)dnnq精品資料根據(jù)高等數(shù)學(xué),B點(diǎn)的切線斜率為則B點(diǎn)的法線斜率為對(duì)式(1)求導(dǎo)得q角度(jiǎodù)求法如下:精品資料精品資料2.直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)已知從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從動(dòng)件平底與導(dǎo)路垂直(chuízhí)，凸輪轉(zhuǎn)向如圖所示。求：凸輪廓線。解：建立圖示坐標(biāo)系,任意B點(diǎn)坐標(biāo)為O1132yxr0w1Bdss0精品資料3.擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)已知從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，連心線從動(dòng)件桿長,基圓半徑為r0，滾子半徑為rr,凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向如圖所示。求凸輪的理論廓線坐標(biāo)x、y和實(shí)際廓線坐標(biāo)x′、y′。O1O2B0yxBO2′r0w1ajj0d精品資料O1O2B0yxBO2′r0w1ajj0d其中:式中，j由運(yùn)動(dòng)規(guī)律(guīlǜ)決定。B′的坐標(biāo)(zuòbiāo)為其中q的求法同上。解：建立圖示的直角坐標(biāo)系，圖示任意位置B點(diǎn)坐標(biāo)為B′nn精品資料5.4.1凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)的壓力角與作用力F——驅(qū)動(dòng)力；FQ——載荷(zàihè)及自重；FR1、FR2——導(dǎo)路兩側(cè)作用在從動(dòng)件上的總反力；j1、j2——摩擦角；a

——壓力角。(Determinationofelementarydimensionsofcammechanism)5.4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定ALbFFQFR1FR2aj2j2j1w1精品資料平衡(pínghéng)方程如下:以上(yǐshàng)三式聯(lián)立求解得根據(jù)平衡條件：精品資料式中，a是影響機(jī)構(gòu)受力情況的重要(zhòngyào)參數(shù)。機(jī)構(gòu)自鎖時(shí)的壓力角稱為臨界壓力角,用ac表示。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證amax＜ac，為了(wèile)提高機(jī)械效率、改善受力情況又規(guī)定了許用壓力角[a],其三者關(guān)系為amax≤[a]＜ac精品資料根據(jù)經(jīng)驗(yàn)(jīngyàn)，[a]取值如下：推程段回程(huíchéng)段直動(dòng)從動(dòng)件[a]=30°；擺動(dòng)動(dòng)從動(dòng)件[a]=35°~45°。對(duì)力鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)[a]′=70°~80°；對(duì)形鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)[a]′同推程段。精品資料eO1Aw1r05.4.2凸輪(tūlún)基圓半徑的確定凸輪基圓的尺寸與壓力(yālì)角有直接關(guān)系，如圖所示，從動(dòng)件與凸輪在任意一點(diǎn)A接觸。P為瞬心,a為壓力角,則有（尖頂、滾子直動(dòng)從動(dòng)件）s0snnttPa精品資料式中，e前的符號(hào)判定(pàndìng)如下：當(dāng)瞬心點(diǎn)P與導(dǎo)路線(lùxiàn)在轉(zhuǎn)軸同側(cè)時(shí)，取“-”號(hào)；當(dāng)瞬心點(diǎn)P與導(dǎo)路線在轉(zhuǎn)軸異側(cè)時(shí)，取“+”號(hào)。eO1Ass0Pr0w1aeO1Ass0Pw1ar0精品資料當(dāng)e與s確定(quèdìng)后,r0與a成反比：a↑，r0↓，結(jié)構(gòu)緊湊，傳力性能(xìngnéng)差;a↓,r0↑,結(jié)構(gòu)增大，傳力性能好。為了解決這對(duì)矛盾，常將[a]代入上式，求得r0min。

精品資料

確定r0時(shí)需考慮(kǎolǜ)的問題：2）要考慮凸輪(tūlún)強(qiáng)度；3）安裝時(shí)要考慮基圓與輪轂的尺寸協(xié)調(diào)，一般應(yīng)使r0大于輪轂半徑,可取

r0＞(1.6~2)倍軸徑。1）與許用壓力角[a]有關(guān)；精品資料1.滾子(ɡǔnzǐ)半徑的確定5.4.3滾子半徑(bànjìng)與平底尺寸的確定從圖中可見ra總可以求出。

（1）內(nèi)凹凸輪廓線理論廓線r實(shí)際廓線ra精品資料(a)r