機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)精品課件

凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的類型第二節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的基本名詞術(shù)語第三節(jié)從動件的常用運(yùn)動規(guī)律第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓設(shè)計(jì)第五節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定2第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的類型一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成內(nèi)燃機(jī)的配氣凸輪機(jī)構(gòu)3自動機(jī)床的進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)凸輪從動件機(jī)架高副機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的組成4二、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用1-凸輪2-擺動從動件3-線軸繞線機(jī)構(gòu)51-圓柱凸輪2-直動從動件3-毛坯自動送料機(jī)構(gòu)6內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)7三、凸輪機(jī)構(gòu)的類型1.按凸輪的形狀分盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪82.按從動件的結(jié)構(gòu)形式分（1）尖底從動件

這種從動件可實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動規(guī)律。結(jié)構(gòu)簡單，但尖底處極易磨損，只適用于低速場合。9（2）滾子從動件

凸輪與從動件之間為滾動摩擦，因此磨損較小，可用于傳遞較大的動力，應(yīng)用廣泛。10（3）平底從動件

受力平穩(wěn)，傳動效率高，常用于高速場合。但與之相配合的凸輪輪廓須全部外凸。113.按從動件的運(yùn)動形式分（1）直動從動件對心直動從動件偏置直動從動件12（2）擺動從動件134.按凸輪與從動件的接觸方式分（1）力封閉凸輪機(jī)構(gòu)彈簧力封閉——利用從動件自身重力、回復(fù)彈簧力或其它外力，使從動件與凸輪廓線始終保持接觸。14（2）幾何封閉凸輪機(jī)構(gòu)槽型凸輪機(jī)構(gòu)——利用構(gòu)成高副元素本身的幾何形狀，使從動件與凸輪始終接觸。

通過其溝槽兩側(cè)的廓線始終保持與從動件接觸。15等寬凸輪機(jī)構(gòu)

凸輪廓線上任意兩條平行切線間的距離都等于從動件矩形框架內(nèi)側(cè)兩個平底之間的距離。16等徑凸輪機(jī)構(gòu)

過凸輪軸心所作任一徑向線上與凸輪相接觸的兩滾子中心間的距離處處相等。

從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇受到一定的限制。17共軛凸輪機(jī)構(gòu)

一個凸輪推動從動件完成正行程運(yùn)動，另一個凸輪推動從動件完成反行程的運(yùn)動。這種凸輪機(jī)構(gòu)又稱為主回凸輪機(jī)構(gòu)。18反凸輪機(jī)構(gòu)擺桿為主動件，凸輪為從動件19四、凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，緊湊；應(yīng)用靈活；設(shè)計(jì)方便。高副接觸，易于磨損，多用于傳力不大的場合;凸輪加工比較困難;從動件行程不宜過大，否則會使凸輪尺寸過大。20凸輪機(jī)構(gòu)的命名從動件的結(jié)構(gòu)形式+從動件的運(yùn)動形式+凸輪的形狀對心尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置滾子直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)尖底擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)21第二節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的基本名詞術(shù)語1.基圓和偏距圓基圓半徑——r0

偏距——e2.推程和推程運(yùn)動角（Φ）3.遠(yuǎn)休止和遠(yuǎn)休止角（Φs

）4.回程和回程運(yùn)動角（Φ'）5.近休止和近休止角（Φ's

）6.凸輪轉(zhuǎn)角——φ7.從動件位移——s8.從動件行程——h22從動件的運(yùn)動規(guī)律——從動件的位移、速度和加速度與時間或凸輪轉(zhuǎn)角間的關(guān)系。9.從動件的運(yùn)動線圖s=f(φ)位移方程速度方程加速度方程23s1δ1MM1M’s1δ1s12425一、從動件常用運(yùn)動規(guī)律1.多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律的一般表達(dá)式為工程中常用：n＝1、2、5第三節(jié)從動件的常用運(yùn)動規(guī)律26（1）一次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律（n＝1）（推程）位移方程的一般表達(dá)式等速運(yùn)動規(guī)律加速度方程：位移方程：速度方程：hsOvO-∞aO+∞ΦΦΦ27應(yīng)用：低速、輕載特點(diǎn)：有剛性沖擊剛性沖擊：由理論上趨于無窮大的加速度產(chǎn)生的慣性力引起的沖擊?；爻踢\(yùn)動方程：0=aφ￠-=ωhv)1(φ-=hs￠hsOvO-∞aO+∞ΦΦΦ（1）一次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律（n＝1）（推程）28（2）二次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律（n＝2）（推程）等加速等減速運(yùn)動規(guī)律29應(yīng)用：中速、輕載特點(diǎn)：有柔性沖擊柔性沖擊：由有限的加速度產(chǎn)生的慣性力引起的沖擊?；爻涛灰魄€圖繪制:（2）二次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律（n＝2）（推程）30（3）五次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律（n＝5）（推程）位移方程：速度方程：加速度方程：3-4-5多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律31avsavs3-4-5運(yùn)動規(guī)律應(yīng)用：高速、中載特點(diǎn)：無沖擊322.三角函數(shù)運(yùn)動規(guī)律（1）簡諧運(yùn)動規(guī)律（推程）余弦加速度運(yùn)動規(guī)律位移方程：速度方程：加速度方程：33應(yīng)用：中速、中載特點(diǎn)：有柔性沖擊（1）簡諧運(yùn)動規(guī)律（推程）34h/2123456781235678sOh位移曲線圖繪制:

4Φ35（2）擺線運(yùn)動規(guī)律（推程）位移方程：正弦加速度運(yùn)動規(guī)律36應(yīng)用：高速、輕載特點(diǎn)：無沖擊（2）擺線運(yùn)動規(guī)律（推程）37s123456r=h/2πθ=2πδ/φhφ位移曲線圖繪制:38vsahoooφ組合運(yùn)動規(guī)律（1）改進(jìn)等速運(yùn)動規(guī)律主運(yùn)動：等速運(yùn)動規(guī)律組合運(yùn)動：等速運(yùn)動的行程兩端與正弦加速度運(yùn)動規(guī)律組合起來。+∞-∞39（2）改進(jìn)梯形運(yùn)動規(guī)律主運(yùn)動：等加速等減速運(yùn)動規(guī)律組合運(yùn)動：在加速度突變處以正弦加速度曲線過渡。40二、從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇1.機(jī)器的工作過程只要求凸輪轉(zhuǎn)過一角度時，推桿完成一行程h或φ，對運(yùn)動規(guī)律并無嚴(yán)格要求。則應(yīng)選擇直線或圓弧等易加工曲線作為凸輪的輪廓曲線。如夾緊凸輪。工件ω工件ωφ41ωωhφ2.機(jī)器的工作過程對推桿運(yùn)動有要求，則應(yīng)嚴(yán)格按工作要求的運(yùn)動規(guī)律來設(shè)計(jì)凸輪廓線。如刀架進(jìn)給凸輪。42表5－1從動件常用運(yùn)動規(guī)律的特性比較等加速等減速2.04.0

柔性中速輕載五次多項(xiàng)式1.885.77

無高速中載余弦加速度1.574.93

柔性中速中載正弦加速度2.06.28

無高速輕載改進(jìn)正弦加速度1.765.53

無高速重載100分鐘運(yùn)動規(guī)律

Vmax

amax

沖擊適用場合

(hω/φ)×

(hω/φ2)×等速1.0∞

剛性低速輕載3.對高速凸輪，還應(yīng)當(dāng)考慮Vmax和amax。②amax↑→慣性力F=-ma↑對強(qiáng)度和耐磨性要求↑。對高速凸輪，希望amax

愈小愈好?！鷦恿縨v↑,對重載凸輪，則Vmax越小越好。①Vmax↑43第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓設(shè)計(jì)一、凸輪輪廓設(shè)計(jì)方法的基本原理——反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法——給整個機(jī)構(gòu)加一個公共角速度-ω,各構(gòu)件的相對運(yùn)動關(guān)系并不改變。-ω原機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)-=0凸輪從動件機(jī)架00

-=-44r0ωos-ω11’011’22’22’33’

3’345二、用圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線1.直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)（1）對心尖底直動從動件盤形凸輪輪廓曲線已知：凸輪的基圓半徑r0，從動件的運(yùn)動規(guī)律和從動件的行程h，凸輪以角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動。設(shè)計(jì)：凸輪輪廓曲線。4612345678A60°90°90°120°-ωωs1’2’3’4’5’6’7’8’60°120°90°90°1’3’5’7’8’91113159’11’13’12’14’18765432μs＝（）mm/mm取適當(dāng)?shù)谋壤擀蘬＝μsμφ＝（）°/mm12’13’14’11’10’9’r0o141312111091547按給定從動件的運(yùn)動規(guī)律繪制從動件的位移線圖。確定從動件尖底的初始位置。確定導(dǎo)路在反轉(zhuǎn)過程中的一系列位置。確定尖底在反轉(zhuǎn)過程中的一系列位置。繪制凸輪廓線。設(shè)計(jì)步驟：48（2）滾子直動從動件盤形凸輪輪廓曲線已知：滾子半徑rT，凸輪的基圓半徑r0，從動件的運(yùn)動規(guī)律和從動件的行程h，凸輪以角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動。設(shè)計(jì)：凸輪輪廓曲線。49r060°90°90°120°-ωω1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’A1876543214131211109理論廓線實(shí)際廓線注：從動件端部的滾子與凸輪實(shí)際廓線的接觸點(diǎn)會隨凸輪的轉(zhuǎn)動而不斷變化。基圓是指凸輪理論廓線上由最小半徑所作的圓。取長度比例尺lo501234567815141312111098’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’（3）平底直動從動件盤形凸輪輪廓曲線取長度比例尺l51（4）偏置直動從動件盤形凸輪輪廓曲線已知：凸輪的基圓半徑r0，偏距e，從動件的運(yùn)動規(guī)律和從動件的行程h，凸輪以角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動。設(shè)計(jì)：凸輪輪廓曲線。52eA-ωωOsδ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’1514131211109k9k10k11k12k13k14k151’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’取長度比例尺l12345678k1k2k3k5k4k6k7k853按給定從動件的運(yùn)動規(guī)律繪制從動件的位移線圖。確定從動件尖底的初始位置。確定導(dǎo)路在反轉(zhuǎn)過程中的一系列位置。確定尖底在反轉(zhuǎn)過程中的一系列位置。繪制凸輪廓線。設(shè)計(jì)步驟：542.擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知：凸輪以等角速度ω逆時針方向轉(zhuǎn)動，凸輪軸與擺桿回轉(zhuǎn)中心的距離為a，凸輪基圓半徑ro，擺桿長度l和擺桿的運(yùn)動規(guī)律。設(shè)計(jì)：凸輪輪廓曲線。

55A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B8120°60°90°B’1ψ1B’2ψ2B’3ψ3B’4ψ4B’5ψ5B’6φ6B’7ψ7ω-ωr0ABlaψ60°120°90°90°1’2’3’4’123456785’7’6’8’φμφ＝（）°/mmμψ＝（）°/mmo56作從動件的角位移線圖。確定擺桿的初始位置。確定擺桿軸心在反轉(zhuǎn)過程中的一系列位置。確定擺桿尖底的一系列位置。繪制凸輪廓線。設(shè)計(jì)步驟：573.擺動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)rm—平均圓柱面半徑；

l—從動桿長度；ymax—從動件最大擺角。

585959

三.擺動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)602πRV=ωRωvR－V直動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)思路：將圓柱外表面展開，得一長度為2πR的平面移動凸輪機(jī)構(gòu)，其移動速度為V=ωR，以－V反向移動平面凸輪，相對運(yùn)動不變，滾子反向移動后其中心點(diǎn)的軌跡即為理論輪廓，其內(nèi)外包絡(luò)線為實(shí)際輪廓。Bv61123456787’6’5’4’3’2’1’V=ωRββ'－V2πRsβ"直動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)已知：圓柱凸輪的半徑R

，從動件的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計(jì)該圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。ωvRδs123456786’5’4’3’2’1’7’62ARω?cái)[動推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)已知：圓柱凸輪的半徑R，滾子半徑rr從動件的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪機(jī)構(gòu)。2”3”4”5”6”7”8”9”0”0”-V2πR2rrφ1”AV=ωRA5A6A7A8A9A2A3A4A1A0φ50分鐘δφ012345678902πRA0中線4’,5’,6’3’2’1’0’8’7’9’63擺動從動件圓柱凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)說明：1.用這種方法設(shè)計(jì)是一種近似設(shè)計(jì)。2.減小設(shè)計(jì)誤差的方法：（1）使?jié)L子中心的各個位置盡可能接近以rm為半徑的圓柱面，即?。?/p>

（3）減小。（2）使從動件中間位置AB與凸輪軸線交錯垂直；64⒈理論輪廓曲線方程

設(shè)計(jì)一偏置滾子直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。已知偏距e、基圓半經(jīng)r0、從動件運(yùn)動規(guī)律s＝s

(j)、凸輪以角速度ω轉(zhuǎn)動。建立坐標(biāo)系如圖所示。三、用解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線滾子直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)

6565

式中利用反轉(zhuǎn)法原理，可得到凸輪理論廓線上對應(yīng)點(diǎn)B。

若從動件偏置于x軸負(fù)側(cè)、且凸輪順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過j角，從動件滾子中心由Bo上升到B’點(diǎn)。則點(diǎn)B的坐標(biāo)如下：66

當(dāng)凸輪逆時針轉(zhuǎn)動、且從動件偏置于x軸正側(cè)時，凸輪理論廓線上對應(yīng)點(diǎn)B的坐標(biāo)為：式中67—直動從動件盤形凸輪理論廓線直角坐標(biāo)參數(shù)方程。引入凸輪轉(zhuǎn)向系數(shù)η和從動件偏置方位系數(shù)δ，且規(guī)定：凸輪順時針轉(zhuǎn)動時η＝1，逆時針轉(zhuǎn)動時η＝－1；從動件偏置于x軸正側(cè)時δ＝1，偏置于x軸負(fù)側(cè)時δ＝－1。則凸輪上B點(diǎn)直角坐標(biāo)方程的一般表達(dá)式為：68

以

rT為半徑、理論廓線上的點(diǎn)（x，y）為圓心的滾子圓族的包絡(luò)線方程為：——滾子從動件盤形凸輪實(shí)際輪廓曲線的參數(shù)方程。2.實(shí)際輪廓曲線方程以j

為參數(shù)的曲線族隱式包絡(luò)線方程為：69

滾子從動件盤形凸輪實(shí)際輪廓曲線上點(diǎn)的直角坐標(biāo)參數(shù)方程：注：上邊一組符號（＋，－）表示一條外包絡(luò)線；

下邊一組符號（－，＋）表示一條內(nèi)包絡(luò)線。

7070

3.刀具中心軌跡方程

注：“+

、-”:rc>rT“-、+”:rc<rT71第五節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓設(shè)計(jì)基本參數(shù)的確定一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和自鎖F——凸輪對從動件的作用力v——從動件的速度α——壓力角（銳角）F可分解有效分力：F′＝Fcosα有害分力：F″＝Fsinα壓力角過大將使機(jī)構(gòu)出現(xiàn)自鎖。72許用壓力角[α]

：工程上要求：αmax≤[α]直動從動件，推程：[α]＝30°～38°擺動從動件，推程：[α]＝40°～50°回程：[α’]＝70°～80°思考：平底直動從動件α＝？nnvOωr073二、按許用壓力角確定凸輪的基圓半徑如圖所示，點(diǎn)P為相對速度瞬心wvOP/=α<90°，由圖可得：1.壓力角與基圓半徑的關(guān)系74負(fù)配置：當(dāng)瞬心和導(dǎo)路位于回轉(zhuǎn)中心的同側(cè)時，取“－”。正配置：當(dāng)瞬心和導(dǎo)路位于回轉(zhuǎn)中心的異側(cè)時，取“＋”。結(jié)論：從動件適當(dāng)偏置時，可減小推程壓力角（偏置方位與凸輪轉(zhuǎn)向有關(guān)）；若機(jī)構(gòu)位置、從動件運(yùn)動規(guī)律和偏距一定，適當(dāng)增加基圓半徑