機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第5章 凸輪及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

2023/9/10第五章凸輪及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的壓力角和凸輪的基圓半徑按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)盤形凸輪輪廓第二節(jié)間歇機(jī)構(gòu)習(xí)題2023/9/10第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類1、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)畫演示驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭在機(jī)架上移動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)2023/9/104、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便缺點(diǎn)：點(diǎn)、線接觸，易磨損，不適合高速、重載仿形車削機(jī)構(gòu)動(dòng)畫演示縫紉機(jī)挑線機(jī)構(gòu)2、結(jié)構(gòu)：三個(gè)構(gòu)件（機(jī)架、凸輪、從動(dòng)件）。3、作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)=>從動(dòng)件直線移動(dòng)或擺動(dòng)。2023/9/103、凸輪的分類(1)按凸輪的形狀分盤形凸輪移動(dòng)凸輪圓柱凸輪：可看成是移動(dòng)凸輪卷在圓柱體上推桿凸輪推桿凸輪動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示一動(dòng)畫演示二2023/9/10(2)按從動(dòng)件的型式分尖頂推桿滾子推桿平底推桿能與任意凸輪輪廓保持接觸，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律易磨損，只宜用于輕載、低速接觸面易形成油膜，利于潤(rùn)滑，常用于高速運(yùn)動(dòng)配合的凸輪輪廓必須全部外凸耐磨、承載大，較常用動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示2023/9/10(3)按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分直動(dòng)擺動(dòng)(4)一般凸輪機(jī)構(gòu)的命名原則布置形式＋運(yùn)動(dòng)形式＋推桿形狀＋凸輪形狀對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)2023/9/10回程，回程運(yùn)動(dòng)角

h

休止，休止角

s、

s’行程（升程），h位移線圖：從動(dòng)件的位移s、速度v、加速度a等隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角d變化的關(guān)系圖。

t推程

s遠(yuǎn)休止

h回程

s’近休止hA’BCDAr1

t

s

h

s’

二、從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指從動(dòng)件的位移、速度、加速度等隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角d變化的規(guī)律。t

s0基圓，基圓半徑r1推程，推程運(yùn)動(dòng)角

t動(dòng)畫演示2023/9/101、等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程（0≤

≤

t）位移方程：速度方程：加速度方程：運(yùn)動(dòng)線圖沖擊特性：始點(diǎn)、末點(diǎn)剛性沖擊適用場(chǎng)合：低速輕載hs

0v

0a

0-

位移速度加速度+

回程（0≤

≤

t’）位移方程：速度方程：加速度方程：+

t

t’-

2023/9/102、等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程運(yùn)動(dòng)線圖沖擊特性：起、中、末點(diǎn)柔性沖擊適用場(chǎng)合：低速輕載s

0

tv

0a

0h/2h/2

t/2

t/2h(0≤

≤

t/2)(

t/2≤

≤

t)加速段減速段位移方程速度方程加速度方程運(yùn)動(dòng)方程2023/9/103、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程（0≤

≤

t）運(yùn)動(dòng)方程：運(yùn)動(dòng)線圖沖擊特性：始、末點(diǎn)有軟性沖擊適用場(chǎng)合：中低速、中輕載δsδa123456δv12345hδt2023/9/104、正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律advd012345678hA2ph

t推程（0≤

≤

t）運(yùn)動(dòng)方程：運(yùn)動(dòng)線圖沖擊特性：無(wú)沖擊適用場(chǎng)合：高速輕載

t

tsd2023/9/10三、從動(dòng)件的壓力角和凸輪的基圓半徑1、從動(dòng)件的壓力角FxnnFnmmaFfFn的兩個(gè)分力：Ff為導(dǎo)路對(duì)從動(dòng)件的磨擦力Fn一定時(shí)，a↑，

Fx↑，

Ff↑當(dāng)Ff＞Fy時(shí)，機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖！推程[a]為：移動(dòng)從動(dòng)件a≤30°

擺動(dòng)從動(dòng)件a≤45°回程[a]為：a≤70o~80°建議Fy

2023/9/10r1a

s2r2、凸輪的基圓半徑vmmvB1avB2vmmvB1vB2nnv2當(dāng)v2、ω1和s2

一定時(shí)，r1↓，a↑

故確定凸輪基圓半徑時(shí)，應(yīng)保證從動(dòng)件在任何位置的壓力角均不大于許用值。2023/9/10四、按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)盤形凸輪輪廓

凸輪輪廓線設(shè)計(jì)基本原理：反轉(zhuǎn)法。AAAAAAAAAAAAAAA

-

r0r0動(dòng)畫演示2023/9/10作圖步驟：根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：作出位移線圖S2-δt，并等分角度；定基圓；作出推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置；據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，求出從動(dòng)件在預(yù)期運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置；將兩種運(yùn)動(dòng)復(fù)合，就求出了從動(dòng)件尖端在復(fù)合運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置點(diǎn)；將各位置點(diǎn)聯(lián)接成光滑的曲線；在理論輪廓上再作出凸輪的實(shí)際輪廓。

作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線1

對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)2

對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)3

對(duì)心直動(dòng)平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)4

偏置直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)2023/9/101、對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知：r1，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)：凸輪廓線s

0h定比例尺

初始位置及推桿位移曲線確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置推桿高副元素族推桿高副元素的包絡(luò)線求解步驟：2023/9/102、對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知：r1，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滾子半徑rk,凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)：凸輪廓線s

0h理論輪廓實(shí)際輪廓求解步驟：定比例尺

初始位置及推桿位移曲線注：兩條廓線，理論／實(shí)際廓線實(shí)際廓線基圓rmin理論廓線基圓r1確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置推桿高副元素族推桿高副元素的包絡(luò)線2023/9/10滾子半徑的選擇：實(shí)際廓線曲率半徑：r

理論廓線曲率半徑：滾子半徑：rk內(nèi)凹凸輪廓線r

=+rk理論廓線最小結(jié)論：無(wú)論滾子半徑多大，總能由理論廓線得到實(shí)際廓線rk理論實(shí)際r

r

=+rk2023/9/10r

=-rk＝0rk

r

=-rk<0rk

=rk

<rk外凸凸輪廓線r

=-rk

>rk，r

>0，實(shí)際廓線平滑

=rk，r

=0，實(shí)際廓線變尖

<rk，r

<0，實(shí)際廓線出現(xiàn)交叉，切割，運(yùn)動(dòng)失真r

rk

>rkr

=-rk>02023/9/103、對(duì)心直動(dòng)平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知：r1，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)：凸輪廓線求解步驟：

定比例尺

初始位置及推桿位移曲線確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置推桿高副元素族推桿高副元素的包絡(luò)線s

0h實(shí)際輪廓2023/9/104、偏置直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)了解已知：r1，偏置圓半徑e，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)：凸輪廓線s

0h定比例尺

初始位置及推桿位移曲線偏距圓、基圓確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置推桿高副元素族推桿高副元素的包絡(luò)線求解步驟：2023/9/10第二節(jié)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一、棘輪機(jī)構(gòu)組成：擺桿、棘爪、棘輪、止動(dòng)爪。工作原理：擺桿往復(fù)擺動(dòng)，棘爪推動(dòng)棘輪間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)動(dòng)可靠、轉(zhuǎn)角可調(diào)。缺點(diǎn)：工作時(shí)有較大的沖擊和噪音，運(yùn)動(dòng)精度較差。適用性：速度較低和載荷不大的場(chǎng)合。動(dòng)畫演示擺桿棘輪棘爪止動(dòng)爪2023/9/10AB’B動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示2023/9/10o2ω1ω2鎖止弧槽輪撥盤圓銷o1二、槽輪機(jī)構(gòu)組成：帶圓銷的撥盤、帶有徑向槽的槽輪。撥盤和槽輪上都有鎖止弧：槽輪上的凹圓弧、撥盤上的凸圓弧，起鎖定作用。作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)變換為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、工作可靠、機(jī)械效率高，能平穩(wěn)地、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。因槽輪運(yùn)動(dòng)過(guò)程中角速度有變化，不適合高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合。動(dòng)畫演示2023/9/10習(xí)題試比較尖頂、滾子和平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)合。選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，應(yīng)考慮那些主要問(wèn)題？什么叫壓力角？壓力角的大小對(duì)機(jī)構(gòu)有何影響？反轉(zhuǎn)法原理是怎樣的？用圖解法來(lái)設(shè)計(jì)凸輪輪廓時(shí)如何運(yùn)用反轉(zhuǎn)法原理？為什么要校核機(jī)構(gòu)的壓力角？校核時(shí)應(yīng)滿足什么條件？常用那些方法校核？常用的間歇機(jī)構(gòu)有哪些？各有何特點(diǎn)？2023/9/10已知一凸輪以等角速度w=10rad/s

順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，直動(dòng)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角如表所示。要求：

（1）作出s-d、v-d和a-d

線圖；

（2）求出當(dāng)d為90°、180°和270°時(shí)，推桿的s、v和a值。d（°）h(mm)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律0→12040簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)120→1500休止150→210-20簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)210→2400休止240→300-20等速運(yùn)動(dòng)300→3600休止2023/9/10圖1為一對(duì)心尖頂推桿單圓弧凸輪（偏心輪），其幾何中心O′距離凸輪轉(zhuǎn)軸O為lOO’=15mm，偏心輪半徑R=30mm，凸輪以等角速度w

順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，試作出推桿的位移線圖s-d。設(shè)計(jì)一對(duì)心滾子直動(dòng)推桿盤形凸輪。已知凸輪的基圓半徑r1=35mm，凸輪以等角速度w逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，推桿行程h=20mm，滾子半徑rk=10mm以及位移線圖s-d

如圖2所示。圖1圖22023/9/10設(shè)計(jì)一偏置滾子直動(dòng)推桿盤形凸輪。已知凸輪以等角速度ω順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪轉(zhuǎn)軸O偏于推桿中心線的右方10mm處，基圓半徑r1=35mm，推桿行程h=32mm，滾子半徑rk=10mm，其位移線圖s-d

如圖3所示。設(shè)計(jì)一平底直動(dòng)推桿盤形凸輪。已知凸輪以等角速度w順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，基圓半徑r1=40mm，推桿導(dǎo)路與平底垂直，推桿的位移線圖s-d如圖4所示。圖4圖32023/9/10設(shè)計(jì)一擺動(dòng)滾子推桿盤形凸輪。如圖5所示，已知中心距l(xiāng)OA=50mm，推桿長(zhǎng)度lAB=35mm，滾子半徑rk=8mm，并知推桿在最低位置時(shí)，與連心線OA之間的夾角j

0=30°；當(dāng)凸輪以等角速度w

逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)150°時(shí)，推桿以等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（等加、等減速度絕對(duì)值相等，推桿