凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)課件

第三章凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)1、凸輪機(jī)構(gòu)：凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓的構(gòu)件。含有凸輪的機(jī)構(gòu)稱為凸輪機(jī)構(gòu)。它由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成。一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用§3-1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)2、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)多缸內(nèi)燃機(jī)-配氣機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)沖壓機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):只需確定適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，即可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)可靠。缺點(diǎn)：從動(dòng)件與凸輪接觸應(yīng)力大,易磨損用途：載荷較小的運(yùn)動(dòng)控制凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)一）按凸輪的形狀分二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類1、盤形凸輪2、移動(dòng)凸輪3、圓柱凸輪4、圓錐凸輪凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)1、尖頂從動(dòng)件2、滾子從動(dòng)件3、平底從動(dòng)件二）按從動(dòng)件上高副元素的幾何形狀分凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)三）、按凸輪與從動(dòng)件的鎖合方式分1、力鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)2、形鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)1）溝槽凸輪機(jī)構(gòu)2）等寬凸輪機(jī)構(gòu)3）等徑凸輪機(jī)構(gòu)4）主回凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)（對(duì)心、偏置）移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)四）、根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)推程運(yùn)動(dòng)角遠(yuǎn)休止角近休止角回程運(yùn)動(dòng)角S

(A)BCD(,S)

S

’

S’hSAB’O

eCDBOrb

S0h三、凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理基圓凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)

D’ABCDO回程角Φ’回程角Φ’現(xiàn)象:只要偏心距e不為0,即使AB與CD形狀相同,回程速度比推程速度快。問1：如果從動(dòng)件偏向O點(diǎn)左側(cè),回程速度和推程速度哪個(gè)快？問2：是否合理？凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)基圓BCDO1rb

a

maxlAO2B1

0擺桿初始位置角0角位移

，擺幅

max，桿長(zhǎng)l，中心距a凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)S

h(

)(max)3）凸輪機(jī)構(gòu)曲線輪廓的設(shè)計(jì)4）繪制凸輪機(jī)構(gòu)工作圖1）從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)2）凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的設(shè)計(jì)移動(dòng)從動(dòng)件：基圓半徑rb，偏心距e;擺動(dòng)從動(dòng)件：基圓半徑rb，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心到從動(dòng)件擺動(dòng)中心的距離a及擺桿的長(zhǎng)度l;滾子從動(dòng)件：除上述外，還有滾子半徑rr。平底從動(dòng)件：除上述外，平底長(zhǎng)度L。O1O2a

lO1

erbrb四、凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)任務(wù)凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)§3-2從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

一、基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)介三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)

凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)升-停-回-停型(RDRD)升-回-停型(RRD)升-停-回型(RDR)升-回型(RR)S

()S

()S

()S

()運(yùn)動(dòng)循環(huán)的類型凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)方程式類速度類加速度類躍動(dòng)度位移速度加速度躍動(dòng)度凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)一、基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律a=

2(2c2+6c3

+12c4

2

+……+n(n-1)cn

n-2)（一）多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律s=c0+c1

+c2

2

+c3

3

+……+cn

nv=

(c1+2c2

+3c3

2

+……+ncn

n-1)式中，為凸輪的轉(zhuǎn)角（rad）；c0，c1，c2，…，為n+1個(gè)待定系數(shù)。j=

3(6c3+24c4

+……+n(n-1)(n-2)cn

n-3)凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)s=c0+c1

v=c1

a=01、n=1的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

0aa=0

0sh

0vv剛性沖擊=0，s=0;

=

，s=h凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)

0j

0vvmax

0shamax

0a-amax等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律柔性沖擊柔性沖擊增加多項(xiàng)式的冪次，可獲得性能良好的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2、n=2的運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)

svaj

0000柔性沖擊（二）余弦加速度規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)v

0

aj00

s

0h（三）正弦加速度規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)二、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)介 運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合應(yīng)遵循的原則： 1、對(duì)于中、低速運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，要求從動(dòng)件的位移曲線在銜接處相切，以保證速度曲線的連續(xù)。 2、對(duì)于中、高速運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，則還要求從動(dòng)件的速度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線的連續(xù)。凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)

a

O

ABCDEFO梯形加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律a

改進(jìn)型等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

0

0aa=0v

0sh凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)：1、從動(dòng)件的最大速度vmax要盡量??；2、從動(dòng)件的最大加速度amax要盡量??；3、從動(dòng)件的最大躍動(dòng)度jmax要盡量小。凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)運(yùn)動(dòng)規(guī)律Vmax(hw/F)

amax

(hw2/F2)

沖擊特性適用范圍等速1.0￥剛性低速輕載等加速等減速2.04.00柔性中速輕載余弦加速度1.574.93柔性中速中載正弦加速度2.006.28無高速輕載從動(dòng)件常用基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)§3–3盤形凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定

一、移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸二、擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸

凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)一、移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸的設(shè)計(jì)移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸ttOPnnAeSS0v2Crrb

1123P13P23壓力角

ttOPnAeC

1n

(P13)P23瞬心凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)1、偏距e的大小和偏置方位的選擇原則應(yīng)有利于減小從動(dòng)件工作行程時(shí)的最大壓力角。為此應(yīng)使從動(dòng)件在工作行程中，點(diǎn)C和點(diǎn)P位于凸輪回轉(zhuǎn)中心O的同側(cè)，此時(shí)凸輪上C點(diǎn)的線速度指向與從動(dòng)件工作行程的線速度指向相同。偏距不宜取得太大，可近似取為：凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)2、凸輪基圓半徑的確定加大基圓半徑，可減小壓力角，有利于傳力;不足是：同時(shí)加大了機(jī)構(gòu)尺寸。因此，原則如下：1）若機(jī)構(gòu)受力不大，要求機(jī)構(gòu)緊湊時(shí)；取較小的基圓半徑，按許用壓力角求這時(shí)，若從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知，即s=s(φ)已知，代入上式，可求得一系列rb,取最大者為基圓半徑凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)根據(jù)實(shí)際輪廓的最小向徑rm確定基圓半徑rb，校核壓力角根據(jù)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度確定基圓半徑rsrhrm2）若機(jī)構(gòu)受力較大，對(duì)其尺寸又沒有嚴(yán)格的限制凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)二、擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸整理得，

1

與

2同向凸輪的轉(zhuǎn)向1

與從動(dòng)件的轉(zhuǎn)向

2相反nO1PKO2rb

1

2Bn

0+v2Lanv2O1PKO2rb

2

1B

ttanL

0+

LO1PLO2PLO2PLO2PLO2PLLL-=2、在運(yùn)動(dòng)規(guī)律和基本尺寸相同的情況下，

1

與

2異向，會(huì)減小擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。1、擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、擺桿長(zhǎng)度、基圓半徑及中心距有關(guān)。凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)一、圖解法設(shè)計(jì)盤形凸輪機(jī)構(gòu)二、解析法設(shè)計(jì)盤形凸輪機(jī)構(gòu)§3-4根據(jù)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)盤形凸輪輪廓曲線凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)一、盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)——圖解法（1）尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)（2）滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)（3）尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)

2S

1123s1s2hOrb-

1

1s11'

1s12s2s23hh3'2'凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理（反轉(zhuǎn)法）凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)

2S

1123s1s2hOrb-

3'321

1s2s1h

11’2’es1s2偏置尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)（反轉(zhuǎn)法）凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)

2S

1123s1s2h-

11

11's1Orb

es22h3Fv

s1

1已知：S=S（

），rb，e，

偏置尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)（反轉(zhuǎn)法）凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)

2S

1123s1s2h-

11

11's1Orb

es22h3已知：S=S（

），rb，e，，rr理論輪廓實(shí)際輪廓Fv

偏置滾子從動(dòng)件凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)（反轉(zhuǎn)法）凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)

S

S'

'91122334455667788

3-

B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C7

1

0已知：

=()，rb，L(桿長(zhǎng))，a(中心距)，

A0B0

0O

S'

'

S

A1A2A3A4A5A9A8A7A6B1

1C9B9Fv

3擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)Ψ1凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)二、盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)——解析法（1）尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)（2）尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)（3）滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)（4）平底移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)x

2S

SOB1eSS0rby-

BC0CB0

(1)尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)xOB1eSS0rby-

BC0CB0

平面旋轉(zhuǎn)矩陣尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)注意：1）若從動(dòng)件導(dǎo)路相對(duì)于凸輪回轉(zhuǎn)中心的偏置方向與x方向同向，則e>0,反之e<0。2）若凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則>0，反之<0。凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)(2)尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)若凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則>0，反之<0y

0

B0B1BrbAx-OaL凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)(3)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)OnnB0Brb

’’

’

yx

rrC’C’’C’

BC’’rrrrrm（a）理論輪廓曲線的設(shè)計(jì)（b）實(shí)際輪廓凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)(c)刀具中心軌跡方程砂輪滾子rrrcrc-rr

'

c鉬絲滾子rrrcrr-rc

'

c上式中用|rc-rr|代替rr即得刀具中心軌跡方程凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)(d)滾子半徑的確定

當(dāng)rr<

min時(shí)，實(shí)際輪廓為一光滑曲線。

當(dāng)rr=

min時(shí)，實(shí)際輪廓將出現(xiàn)尖點(diǎn)，極易磨損，會(huì)引起運(yùn)動(dòng)失真。rr

bmin

minrr<

min

bmin

=

min

-rr>0rr=

min

min

bmin

=

min

-rr=0rr凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)當(dāng)rr>

min時(shí)，實(shí)際輪廓將出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，會(huì)引起運(yùn)動(dòng)失真。rr

bmin

min

bmin

=

min

+rr>0內(nèi)凹的輪廓曲線不存在失真。

minrrrr>

min

bmin

=

min

-rr<0

bmin

=

min

-rr

3mm，rr

min

-3mmrr

0.8

min

rr

0.4rb

或一般凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)1、輪廓曲線的設(shè)計(jì)(4)平底移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)v223OPB1SS0rrb

1B-

yx凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)(1)基本尺寸的確定L

=Lmax+

L’max+(4~10)mmLmax=(OP)max=(ds/d)maxL為平底總長(zhǎng)，Lmax和L’max為平底與凸輪接觸點(diǎn)到從動(dòng)件導(dǎo)路中心線的左、右兩側(cè)

的最遠(yuǎn)距離。543211’2’3’4’5’rbrb（2）凸輪輪廓的向徑不能變化太快。OA

LmaxP2.平底長(zhǎng)度的確定凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使用要求選擇凸輪機(jī)構(gòu)的類型設(shè)計(jì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定基本尺寸建立凸輪廓線方程計(jì)算機(jī)仿真評(píng)價(jià)決策凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)建立直角坐標(biāo)系，以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)，y軸與從動(dòng)件導(dǎo)路平行，凸輪理論廓線方程為：例：一直動(dòng)偏置滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，已知rb=50mm，rr=3mm，e=12mm，凸輪以等角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過=1800，從動(dòng)件以等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升h=40mm，凸輪再轉(zhuǎn)過

=1500，從動(dòng)件以余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律下降回原處，其余

s

=300，從動(dòng)件靜止不動(dòng)。試用解析法計(jì)算1=600，2=2400時(shí)凸輪實(shí)際廓線上點(diǎn)的坐標(biāo)值。解：凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：回程升程凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)理論廓線上點(diǎn)的坐標(biāo)：實(shí)際廓線上點(diǎn)的坐標(biāo):凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)§3-5空間凸輪機(jī)構(gòu)

rrRmLS102345679089’8’7’6’5’4’3’2’1’

2

S’

’

S102345679082

RmL

B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B0

v1-v1v2v21v1凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)結(jié)束結(jié)束凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)瞬心作平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩構(gòu)件上在任一瞬時(shí)其絕對(duì)速度相等的重合點(diǎn)。12P1212P12

低副的瞬心，任意平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)都可以分解成2類運(yùn)動(dòng)：轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)。凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)三心定理三個(gè)彼此作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件共有三個(gè)瞬心，且必位于同一條直線上。凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的瞬心瞬心的總數(shù)K:4*(4-1)/2=6用直接觀察法確定瞬心P12、P23、P34、P14;用"三心定理"確定瞬心P13:對(duì)于構(gòu)件1、2、3，P13必在P12和P23的連線上對(duì)于構(gòu)件1、4、3，P13必在P14和P34的連線上上述兩條直線的交點(diǎn)就是瞬心P13;同理,可得瞬心P24;1234P12P23P34P14P24P13凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)相對(duì)于凸輪，從動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)可分解為：

繞接觸點(diǎn)N的轉(zhuǎn)動(dòng)-

(轉(zhuǎn)動(dòng)副)

沿N點(diǎn)的切線移動(dòng)v(移動(dòng)副)轉(zhuǎn)動(dòng)副的瞬心為點(diǎn)N；移動(dòng)副的瞬心為與速度v垂直的直線；

綜上：凸輪副的瞬心位于過N點(diǎn)的凸輪法線上。同理：可以得出齒輪副的瞬心線。分析：凸輪副的瞬心-ωvNrb

O凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)P12P12高副的瞬心在接觸點(diǎn)的公法線上。高副機(jī)構(gòu)的瞬心凸輪機(jī)構(gòu)(機(jī)械原理)rb

1