第5章 凸輪機構(gòu)

第5章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計本章教學(xué)內(nèi)容《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義1、應(yīng)用與分類2、從動件的運動規(guī)律3、凸輪廓線曲線的設(shè)計4、凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定本章教學(xué)要求◆幾種常用運動規(guī)律的特點和應(yīng)用◆盤形凸輪廓線曲線的設(shè)計1、了解凸輪機構(gòu)應(yīng)用與分類2、掌握凸輪廓線曲線的設(shè)計3、掌握凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定重點和難點：《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義§5-1概述

內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)自動機床進刀凸輪機構(gòu)一．凸輪機構(gòu)的應(yīng)用《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義沖床凸輪機構(gòu)繞線機凸輪機構(gòu)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義圓柱凸輪輸送機《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義配鑰匙移動凸輪、寫R字機構(gòu)

凸輪機構(gòu)的組成

凸輪、從動件和機架。

凸輪機構(gòu)的適用場合廣泛用于各種機械，特別是自動機械、自動控制裝置和裝配生產(chǎn)線。凸輪機構(gòu)的優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作可靠，可以使從動件準(zhǔn)確實現(xiàn)各種預(yù)期的運動規(guī)律，還易于實現(xiàn)多個運動的相互協(xié)調(diào)配合。

凸輪機構(gòu)的缺點凸輪輪廓與從動件之間是高副接觸，易于磨損。《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義二．凸輪機構(gòu)的分類(一)按凸輪的形狀分

盤形凸輪移動凸輪《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義圓柱凸輪(二)按從動件運動副元素的形狀分尖頂從動件滾子從動件《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義平底從動件(三)按從動件的運動形式分擺動從動件移動從動件《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義(四)按凸輪與從動件維持高副接觸(封閉)的方式分力封閉型凸輪機構(gòu)形封閉型凸輪機構(gòu)力封閉型凸輪機構(gòu)彈簧力封閉重力封閉

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義形封閉型凸輪機構(gòu)凹槽凸輪機構(gòu)等寬凸輪機構(gòu)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義等徑凸輪機構(gòu)共軛凸輪機構(gòu)rb

三．凸輪機構(gòu)的工作循環(huán)與運動學(xué)設(shè)計參數(shù)h

DD0B0B

sO360o基圓基圓半徑rb推程h推程角遠休止遠休止角s回程回程角近休止近休止角sB位移曲線《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義

從動件的運動線圖

位移線圖—反映了從動件的位移s隨時間t或凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。

速度線圖—反映了從動件的速度v隨時間t或凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。

加速度線圖—反映了從動件的加速度a隨時間t或凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。

結(jié)論凸輪輪廓曲線的形狀決定了從動件的運動規(guī)律。要使從動件實現(xiàn)某種運動規(guī)律，就要設(shè)計出與其相應(yīng)的凸輪輪廓曲線。

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義

二、從動件運動規(guī)律設(shè)計從動件的運動規(guī)律，由凸輪輪廓曲線形狀決定。從動件不同的運動規(guī)律，要求凸輪具有不同形狀的輪廓曲線。正確選擇和設(shè)計從動件的運動規(guī)律，是凸輪機構(gòu)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。常用運動規(guī)律—工程實際中經(jīng)常用到的運動規(guī)律。

運動線圖從動件運動規(guī)律的表示方法

數(shù)學(xué)方程式

（位移方程s=f()）

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義位移從動件運動規(guī)律包含的內(nèi)容速度加速度§5-2從動件常用運動規(guī)律

三、幾種常用運動規(guī)律的特點⑴等速運動規(guī)律推程

速度曲線不連續(xù)，機構(gòu)將產(chǎn)生剛性沖擊。等速運動規(guī)律適用于低速輕載場合。s2v2a2h位移線圖加速度線圖速度線圖《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義h2h2

⑵等加速等減速運動規(guī)律

加速度曲線不連續(xù)，機構(gòu)將產(chǎn)生柔性沖擊。等加速等減速運動規(guī)律適用于中速輕載場合。a2s2v2推程后半程前半程《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義位移曲線畫法

⑶余弦加速度運動規(guī)律s2a2v2推程

加速度曲線不連續(xù)，存在柔性沖擊。余弦加速度運動規(guī)律適用于中速中載場合。h《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義位移曲線畫法

⑷正弦加速度運動規(guī)律

速度曲線和加速度曲線連續(xù)，無剛性沖擊和柔性沖擊。正弦加速度運動規(guī)律適用于高速輕載場合。sa2v2h推程《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義§5-2

盤形凸輪輪廓設(shè)計

一、凸輪輪廓曲線設(shè)計的基本原理

作圖法凸輪輪廓曲線的設(shè)計方法解析法

基本原理反轉(zhuǎn)法原理《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義rbOs13578

60o120o90o90o60o120o1290oA90o91113151357

891113121410二、

用作圖法設(shè)計凸輪廓線

1.

對心尖頂移動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計

已知凸輪的基圓半徑rb，凸輪角速度和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。

①選比例尺l，作位移曲線和基圓rb。

②

等分位移曲線及反向等分各運動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點的從動件的位置。345

67

818765432101191213141413121110915

③

確定反轉(zhuǎn)后從動件尖頂在各等分點占據(jù)的位置。

設(shè)計步驟④將各尖頂點連接成一條光滑曲線。運動規(guī)律反轉(zhuǎn)設(shè)計rbOA

2.

對心滾子移動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計

已知凸輪的基圓半徑rb，滾子半徑rr、凸輪角速度和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。

①選比例尺l，作位移曲線和基圓rb。

②等分位移曲線及反向等分各運動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點的從動件的位置。理論輪廓曲線實際輪廓曲線s13578

60o120o90o90o91113151357

89111312141060o120o1290o90o345

67

818765432101191213141413121110915

③確定反轉(zhuǎn)后從動件滾子中心在各等分點占據(jù)的位置。④將各點連接成一條光滑曲線。⑤作滾子圓族及滾子圓族的內(nèi)(外)包絡(luò)線。

設(shè)計步驟eA3.偏置尖頂移動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計

已知凸輪的基圓半徑rb，角速度和從動件的運動規(guī)律及偏心距e，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。

①選比例尺l，作位移曲線、基圓rb和偏距圓e。

②

等分位移曲線及反向等分各運動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點的從動件的位置。O6123457814131211109s13578

60o120o90o90o91113151357

891113121410

③

確定反轉(zhuǎn)后從動件尖頂在各等分點占據(jù)的位置。④將各尖頂點連接成一條光滑曲線。

設(shè)計步驟k1k2k3k5k4k6k7k812345678k9k10k11k12k13k14k159101112131415思考題：偏置滾子從動件盤形凸輪的設(shè)計方法運動規(guī)律反轉(zhuǎn)

設(shè)計

§5-4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定

設(shè)計凸輪機構(gòu)要保證從動件實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律，還應(yīng)考慮凸輪機構(gòu)工作時受力狀況良好、結(jié)構(gòu)緊湊。這些要求與凸輪機構(gòu)的壓力角、基圓半徑、滾子半徑等有關(guān)。

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義一、壓力角的確定

壓力角—不計摩擦?xí)r，凸輪對從動件作用力方向線nn與從動件上力作用點的速度方向之間所夾的銳角。

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義

F

不變時，壓力角增大，有效分力F'越小，有害分力F"越大，凸輪工作的性能越差。當(dāng)壓力角增大到使F"引起的摩擦阻力超過F'，機構(gòu)發(fā)生自鎖。

凸輪機構(gòu)能正常工作的重要條件max

[]最大壓力角出現(xiàn)在凸輪輪廓曲率半徑最小的部位

推程移動從動件[]30o40o；擺動從動件[]

40o45o

。

回程

[]70o80o。

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義CnnOBes0sDrbdsd二、基圓半徑的確定

限制基圓半徑的條件⑴凸輪機構(gòu)的整體尺寸⑵最大壓力角max許用壓力角[]

；⑶凸輪輪廓曲線的最小曲率半徑min0。

選擇原則：在滿足壓力角max

[]

的前提下盡可能選擇小的基圓半徑，以使機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊。vvP

三、滾子半徑的確定rrarr0結(jié)論

對于外凸輪廓，要保證凸輪正常工作，應(yīng)使min

rr。

輪廓失真arr

rrarr

0輪廓正常輪廓變尖內(nèi)凹輪廓a

rrrrarr輪廓正常外凸輪廓a理論輪廓曲線

實際輪廓曲線

rrrrrr

小結(jié)在進行凸輪輪廓曲線設(shè)計之前，需要先確定基圓半徑rb。在確定rb時，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)條件、壓力角、工作輪廓是否失真等因素。對于滾子凸輪機構(gòu)要注意滾子的直徑。此外，還應(yīng)注意滿足強度和工藝性要求?！稒C械設(shè)計基礎(chǔ)》講義作業(yè)P765.55.6

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義題5.5解：《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義題5.6解：比例尺：l=1:1；《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義單項選擇題（從給出的A、B、C、D中選一個答案）1.與連桿機構(gòu)相比，凸輪機構(gòu)最大的缺點是（）。A．慣性力難以平衡B．點、線接觸，易磨損C．設(shè)計較為復(fù)雜D．不能實現(xiàn)間歇運動2.與其他機構(gòu)相比，凸輪機構(gòu)最大的優(yōu)點是（）。A．可實現(xiàn)各種預(yù)期的運動規(guī)律B．便于潤滑C．制造方便，易獲得較高的精度D．從動件的行程可較大3.下述幾種運動規(guī)律中，（）既不會產(chǎn)生柔性沖擊也不會產(chǎn)生剛性沖擊，可用于高速場合。

A．等速運動規(guī)律B．?dāng)[線運動規(guī)律（正弦加速度運動規(guī)律）

C．等加速等減速運動規(guī)律D．簡諧運動規(guī)律（余弦加速度運動規(guī)律4.對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)的推程壓力角超過許用值時，可采用（）措施來解決。

A．增大基圓半徑B．改用滾子推桿

C．改變凸輪轉(zhuǎn)向D．改為偏置直動尖頂推桿《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義習(xí)題《機械設(shè)計基礎(chǔ)》講義5．（）對于較復(fù)雜的凸輪輪廓曲線，也能準(zhǔn)確地獲得所需要的運動規(guī)律

A尖頂式從動桿 B.滾子式從動桿 C.平底式從動桿6．（）的摩擦阻力較小，傳力能力大。

A尖頂式從動桿B.滾子式從動桿C平底式從動桿7.（）的磨損較小，適用于沒有內(nèi)凹槽凸輪輪廓曲線的高速凸輪機構(gòu)

A、尖頂式從動桿 B.滾子式從動桿 C.平底式從動桿