凸輪機(jī)構(gòu)的組成與分類(lèi)

機(jī)電與汽車(chē)工程系程荷枝凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)□、凸輪機(jī)構(gòu)的組成□、凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型與應(yīng)用□、從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律□、凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

凸輪機(jī)構(gòu)的組成機(jī)架從動(dòng)件凸輪典型的凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)凸輪機(jī)構(gòu)分類(lèi)1按兩活動(dòng)構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類(lèi)2、按從動(dòng)件的型式分類(lèi)3、按凸輪高副的鎖合方式分類(lèi)平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)盤(pán)形凸輪移動(dòng)凸輪

尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件力鎖合形鎖合1、按兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類(lèi)（1）平面凸輪機(jī)構(gòu)

凸輪與從動(dòng)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是平面運(yùn)動(dòng)1）盤(pán)形凸輪1、按兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類(lèi)（1）平面凸輪機(jī)構(gòu)

2）移動(dòng)凸輪

當(dāng)盤(pán)形凸輪的轉(zhuǎn)軸位于窮遠(yuǎn)處時(shí)，就演化成了圖示的移動(dòng)凸輪（或楔形凸輪）。凸輪呈板狀，它相對(duì)于機(jī)架作直線移動(dòng)。1、按兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類(lèi)（2）空間凸輪機(jī)構(gòu)

如果將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體即演化成圓柱凸輪。圖示為自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)。在這種凸輪機(jī)構(gòu)中凸輪與從動(dòng)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是空間運(yùn)動(dòng)，故屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)。2、按從動(dòng)件的型式分類(lèi)（1）尖底從動(dòng)件

（2）滾子從動(dòng)件（3）平底從動(dòng)件（1）尖底從動(dòng)件

從動(dòng)件的尖端能夠與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2、按從動(dòng)件的型式分類(lèi)（2）滾子從動(dòng)件為減小摩擦磨損，在從動(dòng)件端部安裝一個(gè)滾輪，把從動(dòng)件與凸輪之間的滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦，因此摩擦磨損較小，可用來(lái)傳遞較大的動(dòng)力，故這種形式的從動(dòng)件應(yīng)用很廣。2、按從動(dòng)件的型式分類(lèi)（3）平底從動(dòng)件從動(dòng)件與凸輪輪廓之間為線接觸，接觸處易形成油膜，潤(rùn)滑狀況好。此外，在不計(jì)摩擦?xí)r，凸輪對(duì)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)傳動(dòng)效率高，常用于高速場(chǎng)合。2、按從動(dòng)件的型式分類(lèi)（1）力鎖合（2）形鎖合3、按凸輪高副的鎖合方式分類(lèi)（1）力鎖合□所謂力鎖合型，是指利用重力、彈簧力或其它外力使從動(dòng)件與凸輪輪廓始終保持接觸。3、按凸輪高副的鎖合方式分類(lèi)力鎖合凸輪機(jī)構(gòu)（2）形鎖合□所謂形鎖合型，是指利用高副元素本身的幾何形狀使從動(dòng)件與凸輪輪廓始終保持接觸。3、按凸輪高副的鎖合方式分類(lèi)凹槽凸輪凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，占據(jù)空間較?。痪哂卸嘤眯院挽`活性，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線的形狀。對(duì)于幾乎任意要求的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，都可以毫無(wú)困難地設(shè)計(jì)出凸輪廓線來(lái)實(shí)現(xiàn)。只需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)妮喞€，從動(dòng)件便可獲得任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)凸輪輪廓線與從動(dòng)件之間是點(diǎn)或線接觸的高副，易于磨損，故多用于傳力不大的場(chǎng)合。點(diǎn)線接觸，容易磨損。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)沖床凸輪機(jī)構(gòu)繞線機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用圓柱凸輪輸送機(jī)自動(dòng)車(chē)床凸輪機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)小結(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的組成：凸輪，從動(dòng)件，機(jī)架凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式：（1）平面凸輪機(jī)構(gòu)（移動(dòng)，擺動(dòng)）（2）空間凸輪機(jī)構(gòu)按從動(dòng)件形狀：尖端，滾子，平底按從動(dòng)件與凸輪保持高副接觸的方式（1）力封閉（2）形封閉：槽凸輪，等寬，等徑，共軛按從動(dòng)件分類(lèi)的凸輪機(jī)構(gòu)

當(dāng)位置要求準(zhǔn)確當(dāng)受力較大時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)從動(dòng)件使用的場(chǎng)合敬請(qǐng)多提寶貴意見(jiàn)Tankyou!機(jī)電與汽車(chē)工程系程荷枝凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的組成和類(lèi)型從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪廓線設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸設(shè)計(jì)

1)根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式;凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù):2)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律;3)合理確定結(jié)構(gòu)尺寸;4)設(shè)計(jì)輪廓曲線。2、從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

（1）凸輪機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律名詞術(shù)語(yǔ)：δ’0δ’0基圓、推程運(yùn)動(dòng)角、基圓半徑、推程、遠(yuǎn)休止角、回程運(yùn)動(dòng)角、回程、近休止角、行程。一個(gè)循環(huán)r0h

ωAδ01δ01δ02δ02DBCδ0δ0δ’0δ’0otδsr0hωAδ01δ01δ02δ02DBCB’δ0δ0位移;升程;回程S=S(δ)v=v(δ)a=a(δ)位移曲線從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律名詞術(shù)語(yǔ)：等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律/余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律sδ等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律δ0vδaδh+∞－∞剛性沖擊推程運(yùn)動(dòng)方程：

s＝hδ/δ0

v＝

hω/δ0v＝-hω

/δ0a＝0a＝0回程運(yùn)動(dòng)方程：

s＝h(1-δ/δ0)從動(dòng)件作等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其位移線圖為一過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線。速度線圖為一條水平直線，V0的大小為位移線圖中傾斜直線的斜率。加速度為零。此種運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于低速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合.

3

等加速等減速運(yùn)動(dòng)減速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s＝

h-2h(δ0–δ)2/δ20v＝

-4hω(δ0-δ)/δ20a＝

-4hω2/δ20δah/2δ0h/21δs235462hω/δ04hω2/δ20δv加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s＝2hδ2

/δ20v＝

4hωδ

/δ20a＝

4hω2/δ20柔性沖擊這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于中速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合.

余弦加速度推程：

s＝h[1-cos(πδ/δ0)]/2

v

＝πhωsin(πδ/δ0)δ/2δ0a＝π2hω2

cos(πδ/δ0)/2δ20

回程：

s＝h[1＋cos(πδ/δ’0)]/2

v＝-πhωsin(πδ/δ’0)δ/2δ’0a＝-π2hω2cos(πδ/δ’0)/2δ’20在起始和終止處理論上a為有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。hδ0δsδa123456δvvmax=1.57hω/2δ0123456Selectionoffollowermotion1.機(jī)器的工作過(guò)程只要求凸輪轉(zhuǎn)過(guò)一角度δ0時(shí)，推桿完成一行程h(直動(dòng)推桿)或φ(擺動(dòng)推桿)，對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律并無(wú)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。工件工件ωωφδ02.機(jī)器的工作過(guò)程對(duì)推桿運(yùn)動(dòng)有要求，則應(yīng)嚴(yán)格按工作要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)凸輪廓線。如刀架進(jìn)給凸輪。ωωhδ0Selectionoffollowermotion3Constantacceleration/decelerationmotion(等加速等減速運(yùn)動(dòng))減速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s＝

h-2h(δ0–δ)2/δ20v＝

-4hω(δ0-δ)/δ20a＝

-4hω2/δ20δah/2δ0h/21δs235462hω/δ04hω2/δ20δv加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s＝2hδ2

/δ20v＝

4hωδ

/δ20a＝

4hω2/δ20柔性沖擊這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于中速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合.理由：②amax↑動(dòng)量mv↑,若機(jī)構(gòu)突然被卡住，則沖擊力將很大(F=mv/t)。對(duì)重載凸輪，則適合選用vmax較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。慣性力F=-ma↑對(duì)強(qiáng)度和耐磨性要求↑。對(duì)高速凸輪，希望amax

愈小愈好。①vmax

↑,Pn↑Selectionoffollowermotion3.對(duì)高速凸輪，要求有較好的動(dòng)力特性，除了避免出現(xiàn)剛性或柔性沖擊外，還應(yīng)當(dāng)考慮vmax和amax。從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較

運(yùn)動(dòng)規(guī)律

vmax

(hω/Ф0)×

amax

(hω2/Ф02)×

沖擊

應(yīng)用等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.00∞剛性低速輕負(fù)荷等加速等減速2.004.00柔性中速輕負(fù)荷余弦加速度1.574.93柔性中低速中負(fù)荷從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1）等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律2）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律3）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律4）擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律5）五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.等速運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：速度有突變，加速度理論上由零至無(wú)窮大，從而使從動(dòng)件產(chǎn)生巨大的慣性力，機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖擊——?jiǎng)傂詻_擊適應(yīng)場(chǎng)合：低速輕載2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：加速度曲線有突變，加速度的變化率(即躍度j)在這些位置為無(wú)窮大——柔性沖擊適應(yīng)場(chǎng)合：中速輕載3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

當(dāng)質(zhì)點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)規(guī)律—簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：有柔性沖擊適用場(chǎng)合：中速輕載(當(dāng)從動(dòng)件作連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可用于高速)4.擺線運(yùn)動(dòng)

半徑R=h/2π的滾圓沿縱座標(biāo)作純滾動(dòng)，圓上最初位于座標(biāo)原點(diǎn)的點(diǎn)其位移隨時(shí)間變化的規(guī)律—擺線運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：無(wú)剛性、柔性沖擊適用場(chǎng)合：適于高速5.五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：無(wú)剛性沖擊、柔性沖擊適用場(chǎng)合：高速、中載常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律性能比較小結(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)：推程，停歇，回程，停歇從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律（特點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)方程）（1）等速運(yùn)動(dòng)（2）等加速等減速運(yùn)動(dòng)（3）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)（4）擺線運(yùn)動(dòng)（5）五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的比較與選擇1)選擇凸輪類(lèi)型而根據(jù)工作要求選定推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的前提。2)選擇從動(dòng)件形式3)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸4)設(shè)計(jì)凸輪輪廓

從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)的主要任務(wù):19.3凸輪廓線設(shè)計(jì)19.3.1基本原理（反轉(zhuǎn)法）反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖端的復(fù)合運(yùn)動(dòng)（定軸轉(zhuǎn)動(dòng)+移動(dòng)）軌跡就是凸輪的輪廓曲線。圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓

尖底滾子平底擺動(dòng)①選定基圓半徑r0，畫(huà)出基圓；

②等分位移曲線，確定設(shè)計(jì)點(diǎn)；

③應(yīng)用反轉(zhuǎn)法逐點(diǎn)作圖確定各接觸點(diǎn)位置B0，B1，B2，……；

④光滑連接B0，B1，B2，……點(diǎn)，就得所要設(shè)計(jì)的凸輪廓線。

給定從動(dòng)件位移曲線s=s(φ)。設(shè)計(jì)對(duì)心尖端移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線。

2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：加速度曲線有突變，加速度的變化率(即躍度j)在這些位置為無(wú)窮大——柔性沖擊適應(yīng)場(chǎng)合：中速輕載3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)

當(dāng)質(zhì)點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)規(guī)律—簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：有柔性沖擊適用場(chǎng)合：中速輕載(當(dāng)從動(dòng)件作連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可用于高速)4.擺線運(yùn)動(dòng)

半徑R=h/2π的滾圓沿縱座標(biāo)作純滾動(dòng)，圓上最初位于座標(biāo)原點(diǎn)的點(diǎn)其位移隨時(shí)間變化的規(guī)律—擺線運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：無(wú)剛性、柔性沖擊適用場(chǎng)合：適于高速5.五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：無(wú)剛性沖擊、柔性沖擊適用場(chǎng)合：高速、中載常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律性能比較小結(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)：推程，停歇，回程，停歇從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律（特點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)方程）（1）等速運(yùn)動(dòng)（2）等加速等減速運(yùn)動(dòng)（3）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)（4）擺線運(yùn)動(dòng)（5）五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的比較與選擇第19章凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的組成和類(lèi)型從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪廓線設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸設(shè)計(jì)19.3凸輪廓線設(shè)計(jì)19.3.1基本原理（反轉(zhuǎn)法）反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖端的復(fù)合運(yùn)動(dòng)（定軸轉(zhuǎn)動(dòng)+移動(dòng)）軌跡就是凸輪的輪廓曲線。19.3.2圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓

尖底滾子平底擺動(dòng)①選定基圓半徑r0，畫(huà)出基圓；

②等分位移曲線，確定設(shè)計(jì)點(diǎn)；

③應(yīng)用反轉(zhuǎn)法逐點(diǎn)作圖確定各接觸點(diǎn)位置B0，B1，B2，……；

④光滑連接B0，B1，B2，……點(diǎn)，就得所要設(shè)計(jì)的凸輪廓線。

給定從動(dòng)件位移曲線s=s(φ)。設(shè)計(jì)對(duì)心尖端移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線。19.3.2圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓

尖底滾子平底擺動(dòng)⑤應(yīng)用反轉(zhuǎn)法逐點(diǎn)作圖確定各滾子中心點(diǎn)位置B0，B1，B2，…（自基圓起向外量?。虎薰饣B接B0，B1，B2，……點(diǎn)，就得所要設(shè)計(jì)的凸輪的理論廓線。⑦選擇滾子半徑rT；⑧以理論廓線為中心作一系列滾子；⑨作這一系列滾子的內(nèi)包絡(luò)線，就得所要設(shè)計(jì)的凸輪的廓線，稱(chēng)為實(shí)際廓線。

19.3.2圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓

尖底滾子平底擺動(dòng)①按比例畫(huà)出并等分位移曲線，確定設(shè)計(jì)點(diǎn)；②選定基圓半徑r0，畫(huà)出基圓；③應(yīng)用反轉(zhuǎn)法作圖確定對(duì)應(yīng)每一個(gè)fi和si的平底位置；④作一系列平底位置的包絡(luò)線，就得所要設(shè)計(jì)的凸輪的廓線。

給定從動(dòng)件位移曲線s=s(φ)。設(shè)計(jì)對(duì)心平底移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線。

圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓

尖底滾子平底擺動(dòng)①按比例畫(huà)出并等分角位移曲線y=y(j)，確定設(shè)計(jì)點(diǎn)；②選定基圓半徑r0，畫(huà)出基圓；③由rO,lOA和lAB確定從動(dòng)件的初位角y0；④應(yīng)用反轉(zhuǎn)法，將從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)中心O反轉(zhuǎn)，畫(huà)出對(duì)應(yīng)每一位置fi，si的從動(dòng)件位置A1B1，A2B2，A3B3，……；⑤光滑連接從動(dòng)件尖端一系列Bi點(diǎn)位置，就得所要設(shè)計(jì)的凸輪廓線。

給定擺動(dòng)從動(dòng)件角位移曲線y=y(j)，中心距l(xiāng)OA，擺桿長(zhǎng)lAB。設(shè)計(jì)尖端擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線。

圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓

尖底滾子平底擺動(dòng)①畫(huà)出基圓、偏距圓和從動(dòng)件的初始位置；②選擇直角坐標(biāo)系Oxy；③將從動(dòng)件連同導(dǎo)路沿（-ω）方向轉(zhuǎn)過(guò)任意角φ；理論廓線方程：19.3.3解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓

滾子移動(dòng)平底移動(dòng)滾子擺動(dòng)若已知理論廓線上任一點(diǎn)B的坐標(biāo)(x,y)，只要沿理論廓線在該點(diǎn)法線方向取距離，即可得到實(shí)際廓線上相應(yīng)點(diǎn)B'的坐標(biāo)(x',y')。

B點(diǎn)處的法線斜率為

式中和,可由理論廓線方程求得。

對(duì)應(yīng)實(shí)際廓線上B’點(diǎn)的坐標(biāo)為實(shí)際廓線方程：19.3.3解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓

滾子移動(dòng)平底移動(dòng)滾子擺動(dòng)④

由幾何關(guān)系寫(xiě)出B點(diǎn)的坐標(biāo)值x,y同運(yùn)動(dòng)參