機械設(shè)計基礎(chǔ) 課件 項目4 凸輪機構(gòu)

項目4凸輪機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)目錄CONTENTS凸輪機構(gòu)的類型及應(yīng)用1從動件的常用運動規(guī)律2圖解法設(shè)計凸輪輪廓3凸輪機構(gòu)的材料和結(jié)構(gòu)41凸輪機構(gòu)類型及應(yīng)用Part凸輪機構(gòu)是典型的常用機構(gòu)之一，常被用于傳動控制系統(tǒng)中。觀察下面圖示三種類型推桿，試分析哪種推桿的傳動精度更高。任務(wù)引入任務(wù)目標(biāo)：1.理解凸輪機構(gòu)分類；2.掌握凸輪機構(gòu)組成。簡介凸輪傳動是通過凸輪與從動件間的接觸來傳遞運動和動力，是一種常見的高副機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，只要設(shè)計出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，就可以使從動件實現(xiàn)任何預(yù)定的復(fù)雜運動規(guī)律。一、凸輪機構(gòu)組成及應(yīng)用組成：凸輪機構(gòu)一般由凸輪（1）、從動件（2）和機架（3）組成。傳動：將凸輪的轉(zhuǎn)動或移動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹囊苿踊驍[動。應(yīng)用：廣泛用于自動化和半自動化機械中作為控制機構(gòu)。3一、凸輪機構(gòu)組成及應(yīng)用1、只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可使從動件得到所需的運動規(guī)律2、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工作可靠，容易設(shè)計；3、高副接觸，易磨損3一、凸輪機構(gòu)組成及應(yīng)用二、凸輪機構(gòu)分類1.按凸輪的形狀和運動分類：盤形凸輪、移動凸輪和圓柱凸輪。二、凸輪機構(gòu)分類2.按從動件的形狀分類：尖頂從動件、滾子從動件和平底從動件。

二、凸輪機構(gòu)分類3.按從動件的運動形式分類：移動從動件和擺動從動件。

二、凸輪機構(gòu)分類4.按按鎖合方式分類：力鎖合凸輪和形鎖合凸輪。二、凸輪機構(gòu)分類4.按按鎖合方式分類：力鎖合凸輪和形鎖合凸輪。二、凸輪機構(gòu)分類4.按按鎖合方式分類：力鎖合凸輪和形鎖合凸輪。2從動件的常用運動規(guī)律Part圖為某凸輪機構(gòu)從動件的運動速度曲線。分析該機構(gòu)中是否具有剛性沖擊或柔性沖擊，并說明理由。任務(wù)引入任務(wù)目標(biāo)：1．理解凸輪傳動工作過程；2.理解凸輪常用從動件的三種運動規(guī)律。凸輪運動規(guī)律只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭蛹玫剿璧倪\動規(guī)律：一、凸輪傳動的工作過程基圓：以凸輪的最小向徑為半徑所作的圓。推程角：從動件被凸輪推動，以一定運動規(guī)

律，從最近位置到達最遠位置。遠休止角：當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時，從動件在

最遠位置停留不動?；爻探牵簭膭蛹煌馆喭苿樱砸欢ㄟ\動規(guī)

律，從最遠位置回到最近位置。近休止角：當(dāng)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)時，從動件在

最近位置停留不動。行程：從動桿在推程或回程中移動的距離。二、常用的從動件運動規(guī)律運動規(guī)律：是指推桿在運動過程中，其位移、速度和加速度隨時間變化（凸輪轉(zhuǎn)角δ變化）的規(guī)律。（一）等速運動規(guī)律凸輪角速度ω1為常數(shù)時，從動件速度υ不變。推桿在運動的起始點和終止點因速度有突變，在理論上加速度值為瞬時無窮大，使推桿產(chǎn)生非常大的慣性力，致使凸輪受到很大的沖擊，稱為剛性沖擊。適用場合：低速、輕載。二、常用的從動件運動規(guī)律（二）等加速等減速運動規(guī)律等加速、等減速運動規(guī)律，在前半程用等加速運動規(guī)律，后半程采用等減速運動規(guī)律，兩部分加速度絕對值相等。在起點、中點和終點時，加速度有突變，因而推桿的慣性力也將有突變，不過這一突變?yōu)橛邢拗?，所以，凸輪機構(gòu)中由此而引起的沖擊稱為柔性沖擊。適用場合：中速、輕載。二、常用的從動件運動規(guī)律（三）簡諧運動規(guī)律（余弦加速度運動規(guī)律）余弦加速度運動規(guī)律的加速度曲線為1/2個周期的余弦曲線，位移曲線為簡諧運動曲線（又稱簡諧運動規(guī)律）。這種運動規(guī)律的加速度在起點和終點時有有限數(shù)值的突變，故也有柔性沖擊。。適用場合：中速、中載。svaδδδδ03圖解法設(shè)計凸輪輪廓Part已知基圓半徑為50mm，凸輪做勻速轉(zhuǎn)動，圖示推桿運動曲線完成了一個運動周期。試?yán)L制對心移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓。任務(wù)引入任務(wù)目標(biāo)：1.理解凸輪機構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意要點；2.掌握對心移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓繪制。一、用圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線基本理論：相對運動原理。1.設(shè)凸輪以ω逆時針轉(zhuǎn)動2.假想把整個機構(gòu)加一個-ω：結(jié)果：1.凸輪靜止不動。2.從動件及導(dǎo)路以-ω轉(zhuǎn)動，且從動件沿導(dǎo)路上下移動。

3.凸輪與從動件之間的相對運動關(guān)系不變。結(jié)論：反轉(zhuǎn)法把凸輪輪廓線的設(shè)計轉(zhuǎn)化成求從動件端部的

運動軌跡。（一）.圖解法原理（反轉(zhuǎn)法）盤形凸輪輪廓的繪制（二）

對心移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的繪制盤形凸輪輪廓的繪制（三）

對心移動滾子從動件盤形凸輪輪廓的繪制（四）

移動平底從動件盤形凸輪輪廓的繪制在每條向徑（反轉(zhuǎn)后的導(dǎo)路）上量取位移得理論廓線上的點，過這些點作向徑的垂線（平板），然后做這些垂線的包絡(luò)線（實際廓線）。盤形凸輪輪廓的繪制（五）

偏置直動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的繪制盤形凸輪輪廓的繪制（六）

擺動從動件盤形凸輪輪廓的繪制二、設(shè)計凸輪機構(gòu)應(yīng)注意的問題（一）滾子半徑的選擇ρ′＞0實際廓線光滑、正常。ρ′=0出現(xiàn)尖點，易磨損，運動規(guī)律易改變。ρ′＜0實際廓線相交，運動失真。內(nèi)凹輪廓：由于其實際輪廓曲線的半徑等于滾子半徑與理論輪廓曲線半徑之和，因此無論滾子半徑大小如何，則總能作出實際輪廓曲線。二、設(shè)計凸輪機構(gòu)應(yīng)注意的問題（1）壓力角壓力角即凸輪機構(gòu)從動件作用力的方向線與從動件上力作用點的速度方向之間所夾的銳角。（二）凸輪機構(gòu)壓力角的選擇和校核（2）壓力角與作用力壓力角α越大，有害分力F1越大。當(dāng)壓力角大到一定值時，機構(gòu)將發(fā)生自鎖。（3）許用壓力角為了提高機構(gòu)的效率、改善其受力情況，通常規(guī)定一許用壓力角[α]。（4）壓力角校核αmax一般出現(xiàn)在從動件的起點位置、從動件最大速度位置和凸輪輪廓向徑變化最大的位置F1二、設(shè)計凸輪機構(gòu)應(yīng)注意的問題在確定基圓半徑大小時，宜從實際需求出發(fā)進行考量：（三）凸輪基圓半徑的確定r0越小，凸輪機構(gòu)緊湊，但α越大，會造成αmax>[α]，所以r0不能過小。r0越大，α越小，凸輪機構(gòu)傳力性能越好，但機構(gòu)不緊湊。通常：r0≥(1.6--2)d（d：安裝凸輪處軸徑）

4凸輪機構(gòu)的材料和結(jié)構(gòu)Part某凸輪基圓直徑為50mm，與其裝配的軸徑為45mm。試分析該凸輪采用哪種結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理。（圖片僅供參考）任務(wù)引入任務(wù)目標(biāo)：1.了解凸輪的常用材料；2.了解凸輪常用結(jié)構(gòu)；3.了解凸輪的主要失效形式。一、凸輪與從動件的材料（一）主要失效形式凸輪：磨損、疲勞點蝕從動件：磨損（二）常用材料凸輪：HT200、HT300（170-250HBS)；Q345、45、50(調(diào)質(zhì)處理)；QT700-2(190-305HBS)