第03章-凸輪機構(gòu)設(shè)計(新)

第三章凸輪機構(gòu)設(shè)計以圣人之道奮始易以圣人之道克終難一.凸輪機構(gòu)的組成及其特點凸輪1從動件2機架3O1

1當(dāng)凸輪作等速轉(zhuǎn)動時，迫使從動件完成某種預(yù)期的運動。V2凸輪〔cam〕1從動件〔follower〕2〔或稱推桿〕機架(frame、fixedlinkage)3一）凸輪機構(gòu)的組成由組成

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊設(shè)計便，復(fù)雜運動能實現(xiàn)。二〕凸輪機構(gòu)的特點二.本章的主要內(nèi)容1.凸輪機構(gòu)的類型選擇2.從動件常用運動規(guī)律設(shè)計3.用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線

缺點：傳力不大較易磨，行程較小自控件。4.凸輪機構(gòu)根本尺寸確實定。凸輪機構(gòu)根本尺寸確實定。平面凸輪輪廓曲線的設(shè)計；重點

難點---用反轉(zhuǎn)法設(shè)計平面凸輪輪廓曲線

多用在傳遞動力不大的各種自動機械、儀表及自動控制裝置中。如：§3-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類一.凸輪機構(gòu)的應(yīng)用內(nèi)燃機的配氣凸輪機構(gòu)縫紉機的凸輪拉線機構(gòu)粉料壓片機機構(gòu)系統(tǒng)圖4O1123567810911O212型腔（上沖頭）（下沖頭）〔1〕移動料斗4，裝入粉料?！?〕下沖頭5下沉，防止粉料抖出?！?〕上、下沖頭對粉料加壓，〔4〕上沖頭退出，下沖頭頂出藥片。（料斗）粉料壓片機機構(gòu)二.凸輪機構(gòu)的分類〔一〕按凸輪的形狀分：盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪〔二〕按從動件上高副元素的幾何形狀分：尖頂從動件滾子從動件平底從動件

〔三〕按從動件的運動分：擺動從動件移動從動件偏置移動從動件對心移動從動件擺動從動件移動從動件偏置移動從動件對心移動從動件（四）按凸輪與從動件維持接觸（鎖合）的方式分：力鎖合——內(nèi)燃機凸輪與挺桿依靠彈簧力保持接觸等寬凸輪等徑凸輪等寬凸輪等徑凸輪形鎖合（四）按凸輪與從動件維持接觸（鎖合）的方式分：力鎖合形鎖合尖頂從動件滾子從動件平底從動件二）按從動件上高副元素的幾何形狀分：擺動從動件移動從動件偏置移動從動件對心移動從動件三）按從動件的運動分盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪一）按凸輪的形狀分：凸輪機構(gòu)的分類分類小結(jié)：為滿足凸輪機構(gòu)的輸出件提出的運動要求、動力力要求等，凸輪機構(gòu)的設(shè)計包括以下四方面內(nèi)容：〔1〕從動件運動規(guī)律的設(shè)計〔2〕凸輪機構(gòu)根本尺寸的設(shè)計〔3〕凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計〔4〕繪制凸輪機構(gòu)工作圖三.凸輪機構(gòu)的設(shè)計任務(wù)一.凸輪機構(gòu)工作時的運動情況及根本術(shù)語§3-2從動件常用的運動規(guī)律CBDr0A

oδδδt凸輪的基圓初始位置CDB凸輪的基圓——以凸輪的最小向徑r0所作的圓稱為基圓。行程Shδt推程運動角δs遠休止角δh回程運動角δs'

近休止角推程運動角δt——從動件推程過程，對應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角稱為推程運動角近休止角δs

'

—推桿在最低位置靜止不動，凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角遠休止角δs——推桿在最高位置靜止不動，凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角回程—從動件從距離凸輪回轉(zhuǎn)中心最遠位置到起始位置，從動件移向凸輪軸線的行程，稱為回程。對應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角δh稱為回程運動角。推程——從動件從距離凸輪回轉(zhuǎn)中心最近位置到距離凸輪回轉(zhuǎn)中心最遠位置的過程，稱為推程。相應(yīng)移動的距離h稱為行程Oatv0從動件在運動起始和終止兩瞬時的加速度在理論上由零值突變?yōu)闊o窮大，慣性力也為無窮大。由此的沖擊稱為剛性沖擊。適用于低速場合。二.基本運動規(guī)律.（一）等速運動規(guī)律常數(shù)a=0hO

tOv

t凸輪開始或停止轉(zhuǎn)動時：二.根本運動規(guī)律二〕等加速等減速運動規(guī)律適用于中、低速場合。在運動規(guī)律推程的始末點和前后半程的交接處，加速度變化為有限值，由此引起的沖擊稱為柔性沖擊。常數(shù)h142356o

tδ10vmaxδt/2t0amax-amaxδt/2t149410’h142356o

tδt等加速等減速運動規(guī)律從動件位移曲線繪制方法因為當(dāng)t=1,2,3時,則若已知h1〞2〞3〞1’2’3’3.余弦加速度(簡諧)運動規(guī)律102345s612345qhsδδ0aδvδδdadt-∞∞特點：存在柔沖擊。位置：發(fā)生在運動的起始點和終止點。a=p2hw2cos(pd/d0)/(2d20)4.正弦加速度〔擺線〕運動規(guī)律2741653h/π8特點：既無柔性更無剛性沖擊。擺線a=2phw2sin(2pd/d0)/d20)δδsh3457O1268vδδa低速輕負荷中速輕負荷中低速中負荷中高速輕負荷高速中負荷低速重負荷中高速重負荷高速輕負荷從動件運動規(guī)律選擇運動規(guī)律d)/(0maxwhvd)/(202maxwha沖

擊應(yīng)用場合等速等加速等減速余弦加速度正弦加速度3-4-5多項式改進型等速改進型正弦加速度改進型梯形加速度剛性柔性柔性∞4.004.936.285.778.385.534.891.002.001.572.001.881.331.762.00§3-3凸輪輪廓曲線的設(shè)計一、對心式凸輪機構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計1.尖頂從動件1)凸輪機構(gòu)相對運動分析凸輪上的觀察結(jié)果機架上的觀察結(jié)果δosδ2〕.反轉(zhuǎn)法原理假想給正在運動著的整個凸輪機構(gòu)加上一個與凸輪角速度

大小相等、方向相反的公共角速度（-），這樣，各構(gòu)件的相對運動關(guān)系并不改變，但原來以角速度轉(zhuǎn)動的凸輪將處于靜止?fàn)顟B(tài)；機架（從動件的導(dǎo)路）則以（-）的角速度圍繞凸輪原來的轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動；而從動件一方面隨機架轉(zhuǎn)動，另一方面又按照給定的位移規(guī)律S相對機架作往復(fù)運動。反轉(zhuǎn)前反轉(zhuǎn)后機架凸輪從動件不動不動轉(zhuǎn)動-

轉(zhuǎn)動S移動S移動-

轉(zhuǎn)動-o

1r0BB0δS-δSoS90o120o123567h150o4δ8-二.移動從動件盤型凸輪機構(gòu)設(shè)計——作圖法〔一〕尖頂移動從動件盤型凸輪機構(gòu)〔1〕按已設(shè)計好的運動規(guī)律作出位移線圖；〔2〕按根本尺寸作出凸輪機構(gòu)的初始位置；〔3〕按-方向劃分基圓周得c0、c1、c2……等點；并過這些點作射線，即為反轉(zhuǎn)后的導(dǎo)路線；〔4〕在各反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線上量取與位移圖相應(yīng)的位移，得B1、B2、……等點，即為凸輪輪廓上的點。rbB0B1B2B4B8

B5c1c2c4c5120oc8B6B7c6c7c0c3150o90oB3二)滾子從動件盤型凸輪機構(gòu)理論輪廓曲線實際輪廓曲線滾子從動件盤型凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計步驟：〔1〕畫出滾子中心的軌跡〔稱為理論輪廓〕〔2〕以理論輪廓為圓心，滾子半徑rS為半徑畫圓，再畫滾子圓族的包絡(luò)線，那么為從動件凸輪的工作輪廓曲線〔稱為實際輪廓曲線〕。注意：〔1〕理論輪廓與實際輪廓互為等距曲線；〔2〕凸輪的基圓半徑是指理論輪廓曲線的最小向徑。nnBCr0rS實際輪廓曲線β

理論輪廓曲線β′B1B2從動件擺角最大擺角擺角ψ

最大擺角三.擺動(oscillating)從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計CDoBδδs'

近休止角δtB0δOA

一）擺動從動件凸輪機構(gòu)特點1.從動件的運動為繞某一固定點的擺動2.從動件的位移為角位移ψ，而不是直線位移推程運動角δt遠休止角δs回程運動角δh

0B1B

-δ--δA'

0

反轉(zhuǎn)前反轉(zhuǎn)后機架凸輪從動件不動不動轉(zhuǎn)動（）-

反轉(zhuǎn)-δ

轉(zhuǎn)動

轉(zhuǎn)動-

反轉(zhuǎn)-δLB0OA

ar0

0對于擺動從動件二〕尖頂擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計δ尖頂擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計方法及步驟180o120o60oo12345678910〔1〕作出角位移線圖；〔2〕作初始位置；〔4〕找從動件反轉(zhuǎn)后的一系列位置AiBi，再按角位移規(guī)律得C1、C2、……等點，即為凸輪輪廓上的點。A1A2A3A5A6A7A8A9A10A4

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0〔3〕按-方向劃分圓R得A0、A1、A2等點；即得機架反轉(zhuǎn)的一系列位置；

0rb

B0L180°60°120°B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10

1C1

2C2

3C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-δFQo3r0

113ttnnBFyFxFn

2v2§3-4設(shè)計凸輪機構(gòu)根本尺寸確實定一、壓力角與凸輪基圓半徑1.壓力角——法向力Fn與從動件運動方向之間所夾的銳角

↑那么FY↓FX↑，設(shè)計時應(yīng)使max≤[]許用壓力角的推薦值：工作行程對于移動從動件，[]=30o~38o對于擺動從動件，[]=40o~45o非工作行程：可在70o~80o之間選取S2r2.基圓半徑確實定假設(shè)結(jié)構(gòu)尺寸無嚴格限制,為減少壓力角，可適當(dāng)取較大的基圓半徑。FQo3r0

113ttnnBFyFxFn

2v2S2rr0≥1.8r+(4~10)mm二、滾子半徑確實定

′

min

Smin

min

′rr

min>rS

min=rS

minrS

min<rS為避免運動失真，

Smin=min-rS3mm建議：rS0.8min，或rS

0.4r0rS<ρmin

rS=ρminρmin

r