管理學(xué)第九章 凸輪機(jī)構(gòu)課件

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1、機(jī) 械 原 理機(jī)電工程系機(jī)電工程系 王會(huì)王會(huì)91 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類92 推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律93 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)94 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定第九章第九章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)基本要求(avi)一、凸輪機(jī)構(gòu)的一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用應(yīng)用9-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類機(jī)架機(jī)架從動(dòng)件從動(dòng)件滾子滾子凸輪凸輪凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：只要設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞纯芍灰O(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，即可使從?dòng)件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠。單、

2、緊湊、工作可靠。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：凸輪為高副接觸（點(diǎn)或線），壓強(qiáng)凸輪為高副接觸（點(diǎn)或線），壓強(qiáng)較大，容易磨損，凸輪輪廓加工比較困較大，容易磨損，凸輪輪廓加工比較困難，費(fèi)用較高。難，費(fèi)用較高。二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪機(jī)構(gòu)分類凸輪機(jī)構(gòu)分類1.按兩活動(dòng)構(gòu)件之間按兩活動(dòng)構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類2.按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類元素形狀分類3.按凸輪高副的鎖按凸輪高副的鎖合方式分類合方式分類平面凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪盤形凸輪移動(dòng)凸輪移動(dòng)凸輪 尖頂從動(dòng)件尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件平底從動(dòng)件力鎖合力鎖合形鎖合形鎖合1.按兩活動(dòng)構(gòu)

3、件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類按兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類（1 1）平面凸輪機(jī)構(gòu)）平面凸輪機(jī)構(gòu) 1 1）盤形凸輪）盤形凸輪(avi)2）移動(dòng)凸輪）移動(dòng)凸輪(avi)（3）空間凸輪機(jī)構(gòu)）空間凸輪機(jī)構(gòu)(avi)(avi)2.按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類（1）直動(dòng)尖頂從動(dòng)件直動(dòng)尖頂從動(dòng)件對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件(avi)(avi)尖端能以任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從尖端能以任意復(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。但尖端處極易磨損，只動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但尖端處極易磨損，只適用于低速場(chǎng)合。適用于低速

4、場(chǎng)合。（2）直動(dòng)滾子從動(dòng)件）直動(dòng)滾子從動(dòng)件(avi)凸輪與從動(dòng)件之間為滾動(dòng)摩擦，因此凸輪與從動(dòng)件之間為滾動(dòng)摩擦，因此摩擦磨損較小，可用于傳遞較大的動(dòng)摩擦磨損較小，可用于傳遞較大的動(dòng)力。力。（3）直動(dòng)平底從動(dòng)件）直動(dòng)平底從動(dòng)件(avi)從動(dòng)件與凸輪之間易形成油膜，潤滑狀況從動(dòng)件與凸輪之間易形成油膜，潤滑狀況好，受力平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，常用于高速場(chǎng)合。好，受力平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，常用于高速場(chǎng)合。但與之相配合的凸輪輪廓須全部外凸。但與之相配合的凸輪輪廓須全部外凸。3)根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式的不同，以上三種從動(dòng)件還可分為根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式的不同，以上三種從動(dòng)件還可分為直動(dòng)從動(dòng)件，擺動(dòng)從動(dòng)件，平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件。直動(dòng)從動(dòng)件

5、，擺動(dòng)從動(dòng)件，平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件。擺動(dòng)滾子從動(dòng)件擺動(dòng)滾子從動(dòng)件擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件(avi)(avi)直動(dòng)從動(dòng)件：從動(dòng)件作往復(fù)移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一段從動(dòng)件作往復(fù)移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一段直線；直線；擺動(dòng)從動(dòng)件：從動(dòng)件作往復(fù)擺動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一段從動(dòng)件作往復(fù)擺動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一段圓弧。圓弧。擺動(dòng)平底從動(dòng)件擺動(dòng)平底從動(dòng)件平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件(avi)4.按凸輪與從動(dòng)件維持高副接觸的方法分類按凸輪與從動(dòng)件維持高副接觸的方法分類(1)力鎖合力鎖合彈簧力、從動(dòng)件重力或其它外力彈簧力、從動(dòng)件重力或其它外力(2)形鎖合形鎖合利用高副元素本身的幾何形狀利用高副元素本身的幾何形狀凹槽凸輪凹槽

6、凸輪槽兩側(cè)面的距離等于滾子直徑。槽兩側(cè)面的距離等于滾子直徑。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：鎖合方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：鎖合方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)缺點(diǎn)：加大了凸輪的尺寸和重量：加大了凸輪的尺寸和重量等寬凸輪等寬凸輪凸輪廓線上任意兩條平行切線間的凸輪廓線上任意兩條平行切線間的距離都等于框架內(nèi)側(cè)的寬度。距離都等于框架內(nèi)側(cè)的寬度。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇受從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇受到一定的限制到一定的限制等徑凸輪等徑凸輪兩滾子中心間的距離保持不變。兩滾子中心間的距離保持不變。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇受從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇受 到一定的限制到一定的限制主回凸輪主回凸輪 (共軛凸輪共軛凸輪)一個(gè)凸輪推動(dòng)從動(dòng)件完成正行一個(gè)凸輪推動(dòng)從

7、動(dòng)件完成正行程運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)凸輪推動(dòng)從動(dòng)件程運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)凸輪推動(dòng)從動(dòng)件完成反行程的運(yùn)動(dòng)完成反行程的運(yùn)動(dòng).優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：克服了等寬、等徑凸輪的克服了等寬、等徑凸輪的缺點(diǎn)缺點(diǎn).缺點(diǎn)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高高.凸輪機(jī)構(gòu)的命名凸輪機(jī)構(gòu)的命名:推桿的運(yùn)動(dòng)形式推桿的運(yùn)動(dòng)形式+推桿的形式推桿的形式+凸輪的形式凸輪的形式如右圖如右圖:偏置直動(dòng)尖頂推桿盤偏置直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)形凸輪機(jī)構(gòu)(avi)運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律：otsr0hBA010100000202DBC從動(dòng)件的從動(dòng)件的s s、v v、a a隨凸輪轉(zhuǎn)角隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的變化的規(guī)律，規(guī)律，s=s(s=s()，v=v(v=v()，a=a

8、(a=a()基圓：基圓：盤形凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪機(jī)構(gòu)理論廓線最小向徑理論廓線最小向徑所在的圓。所在的圓。r r0 0360 從動(dòng)件的四個(gè)運(yùn)動(dòng)過程：從動(dòng)件的四個(gè)運(yùn)動(dòng)過程：推程、遠(yuǎn)休、推程、遠(yuǎn)休、回程、近休回程、近休行程行程h h：從動(dòng)件的最大位移從動(dòng)件的最大位移 一、一、基本概念基本概念9-2 推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律邊界條件：邊界條件：凸輪轉(zhuǎn)過推程運(yùn)動(dòng)角凸輪轉(zhuǎn)過推程運(yùn)動(dòng)角0 0從動(dòng)件上升從動(dòng)件上升h(一一)多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律一般表達(dá)式：一般表達(dá)式：s=C0+C1+C22 2+Cnn n (9-1)(9-1)求一階導(dǎo)數(shù)得速度方程：求一階導(dǎo)數(shù)得速度方程：v=ds/dt求二階導(dǎo)數(shù)得加速度方

9、程：求二階導(dǎo)數(shù)得加速度方程：a=dv/dt=2=2 C22 2+6C32 2+n(n-1)Cn2 2n-2n-2其中：其中：凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角，d/dt=d/dt=凸輪角速度凸輪角速度,C Ci i待定系數(shù)待定系數(shù)。=C1+2C2+nCnn-1n-1凸輪轉(zhuǎn)過回程運(yùn)動(dòng)角凸輪轉(zhuǎn)過回程運(yùn)動(dòng)角0 0從動(dòng)件下降從動(dòng)件下降h 二、二、常用從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律常用從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律在推程起始點(diǎn)：在推程起始點(diǎn)：=0=0，s=0代入得：代入得：C00，C1h/h/0 0(1)(1)推程運(yùn)動(dòng)方程：推程運(yùn)動(dòng)方程：(0(0 0)s h/0 v h/0在推程終止點(diǎn)：在推程終止點(diǎn)：=0 0，s=h(2)(2)同理得回程運(yùn)動(dòng)方程：同理

10、得回程運(yùn)動(dòng)方程：(0(0 0)sh(1-/0)v-h/0a0a 01.1.一次多項(xiàng)式（等速運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)規(guī)律一次多項(xiàng)式（等速運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)規(guī)律約定：約定：凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角從各段運(yùn)動(dòng)規(guī)律的起始位置計(jì)量起；推桿的從各段運(yùn)動(dòng)規(guī)律的起始位置計(jì)量起；推桿的位移位移S 總是從最低位置算起?？偸菑淖畹臀恢盟闫?。等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律s0vah+以以推程推程為例：為例：otshBADBC360（從動(dòng)件勻速上下移動(dòng)）（從動(dòng)件勻速上下移動(dòng)）等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律特點(diǎn)：推桿在運(yùn)動(dòng)開始和終特點(diǎn)：推桿在運(yùn)動(dòng)開始和終止的瞬時(shí)，因止的瞬時(shí)，因速度有突變，速度有突變，加速度理論上由零至無窮大，加速度理論上由零至無窮大，從而使從動(dòng)

11、件產(chǎn)生巨大的慣從而使從動(dòng)件產(chǎn)生巨大的慣性力，機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖擊性力，機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖擊剛性沖擊剛性沖擊適應(yīng)場(chǎng)合適應(yīng)場(chǎng)合：低速輕載：低速輕載s0vah+以以推程推程為例：為例：2.二次多項(xiàng)式（等加等減速）運(yùn)動(dòng)規(guī)律二次多項(xiàng)式（等加等減速）運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移曲線為一拋物線。在推程或回程中加、減速位移曲線為一拋物線。在推程或回程中加、減速各占一半各占一半。推程加速上升段邊界條件：推程加速上升段邊界條件：起始點(diǎn)：起始點(diǎn)：=0=0，s=0，v0中間點(diǎn)：中間點(diǎn)：=0 0/2 2，s=h/2 求得：求得：C00，C10，C22h/20加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s 2h2/20v 4h/20a 4h2/

12、20（1）推程運(yùn)動(dòng)方程）推程運(yùn)動(dòng)方程ah/20 0h/2減速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：減速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s h-2h(0)2/201sv 4h(0-)/20a-4h2/202 35462h/2h/0 0柔性沖擊柔性沖擊4h4h2 2/2 20 03重寫加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：重寫加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s 2h2 /20v 4h/20a 4h2/20v61 2 3543以以推程推程為例：為例：h/2h/2av0 0sha a0 0特點(diǎn)：特點(diǎn)：加速度曲線有加速度曲線有突變，在起始和終止突變，在起始和終止處理論上處理論上a為有限值，為有限值，因 而 引 起 的 沖 擊 較因 而 引 起 的 沖 擊 較小小

13、稱為柔性沖稱為柔性沖擊擊適應(yīng)場(chǎng)合：適應(yīng)場(chǎng)合：中速輕載中速輕載3.五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律svah02345012345scccccc2232345(261220)adv dtcccc v=ds/dt=C1+2C2+3C32 2+4C43 3+5C54 4 s=10h(/0 0)3 315h(/0 0)4 4+6h(/0 0)5 5s svah0 0無沖擊，適用于高速凸輪無沖擊，適用于高速凸輪。邊界條件：邊界條件：起始點(diǎn)起始點(diǎn)：=0=0，s=0，v0，a0終止點(diǎn)終止點(diǎn)：=0 0，s=h,v0，a0求得：求得：C0C1C20,0,C310h/10h/0 03 3,C4-15h/-15h

14、/0 04 4,C56h/6h/0 05 5位移方程：位移方程：h0 s sa(二二)三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.1.余弦加速度余弦加速度(簡(jiǎn)諧簡(jiǎn)諧)運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律(1)(1)推程：推程：sh1-cos(/0)/2 v hsin(/0)/(20)a 2h2 cos(/0)/(220)(2)(2)回程：回程：sh1cos(/0)/2 v-hsin(/0)/(20)a-2h2 cos(/0)/220123 456v vV Vmaxmax=1.57h/=1.57h/0 0123456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)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

15、構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)規(guī)律動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)v vmax1.572hva 特點(diǎn)：特點(diǎn)：在起始和終在起始和終止處理論上止處理論上a a為有限為有限值值柔性沖擊柔性沖擊適用場(chǎng)合：適用場(chǎng)合：中速輕中速輕載載(當(dāng)從動(dòng)件作連續(xù)當(dāng)從動(dòng)件作連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可用于高運(yùn)動(dòng)時(shí)，可用于高速速)s sh123 456123456 savh0 02.2.正弦加速度（擺線）運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度（擺線）運(yùn)動(dòng)規(guī)律(1)(1)推程：推程：sh/h/0 0-sin(2/-sin(2/0 0)/(2)/(2)vh1-cos(2/h1-cos(2/0 0)/)/0 0a2h2h2 2 sin(2/(2/0 0)/)/2 20 0(2)(2)回程：

16、回程：sh1-/h1-/0 0+sin(2/+sin(2/0 0)/(2)/(2)vhcos(2/hcos(2/0 0)-1/)-1/0 0a-2h-2h2 2 sin(2/(2/0 0)/)/2 20 0vmax=2h/0 0amax=6.28=6.28hh2 2/0 02 2123456r=h/(2)=2/=2/0 0半徑半徑R=h/2的滾圓沿縱座標(biāo)作純的滾圓沿縱座標(biāo)作純滾動(dòng)，圓上最初位于滾動(dòng)，圓上最初位于坐坐標(biāo)原點(diǎn)的標(biāo)原點(diǎn)的點(diǎn)其位移隨時(shí)間變化的規(guī)律點(diǎn)其位移隨時(shí)間變化的規(guī)律擺擺線運(yùn)動(dòng)線運(yùn)動(dòng)savh特點(diǎn)：特點(diǎn)：無剛性、柔性沖擊無剛性、柔性沖擊適用場(chǎng)合：適用場(chǎng)合：適于高速適于高速三、改進(jìn)型運(yùn)動(dòng)

17、規(guī)律三、改進(jìn)型運(yùn)動(dòng)規(guī)律 將幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合，將幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合，以改善運(yùn)動(dòng)特性。以改善運(yùn)動(dòng)特性。vsahooo+-vsahooo正弦和等速的組合正弦和等速的組合改進(jìn)改進(jìn)作者：潘存云教授四、選擇運(yùn)動(dòng)規(guī)律四、選擇運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇原則：選擇原則：1 1.機(jī)器的工作過程只要求凸輪轉(zhuǎn)過一角度機(jī)器的工作過程只要求凸輪轉(zhuǎn)過一角度0 0時(shí)，推時(shí)，推桿完成一行程桿完成一行程h h（直動(dòng)推桿）或（直動(dòng)推桿）或（擺動(dòng)推桿），對(duì)（擺動(dòng)推桿），對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律并無嚴(yán)格要求。則應(yīng)選擇直線或圓弧等易運(yùn)動(dòng)規(guī)律并無嚴(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。加工曲線作為凸輪的輪廓曲線。如夾緊凸輪。工件工件工件

18、工件0 0四、選擇運(yùn)動(dòng)規(guī)律四、選擇運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇原則：選擇原則：2 2.機(jī)器的工作過程對(duì)推桿運(yùn)動(dòng)有要求，則應(yīng)嚴(yán)格按工機(jī)器的工作過程對(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)律來設(shè)計(jì)凸輪廓線。如刀架進(jìn)給凸輪。作要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來設(shè)計(jì)凸輪廓線。如刀架進(jìn)給凸輪。3 3.對(duì)高速凸輪，要求有較好的動(dòng)力特性，除了避免出對(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)考慮現(xiàn)剛性或柔性沖擊外，還應(yīng)當(dāng)考慮V Vmaxmax和和 amax。h 0 0高速重載凸輪要選高速重載凸輪要選V Vmaxmax和和amax比較小的理由：比較小的理由：amaxmax等加等減速等加等減速 2.0 4.0 2.

19、0 4.0 柔性柔性 中速輕載中速輕載五次多項(xiàng)式五次多項(xiàng)式 1.88 5.77 1.88 5.77 無無 高速中載高速中載余弦加速度余弦加速度 1.57 4.93 1.57 4.93 柔性柔性 中速中載中速中載正弦加速度正弦加速度 2.0 6.28 2.0 6.28 無無 高速輕載高速輕載改進(jìn)正弦加速度改進(jìn)正弦加速度 1.76 5.53 1.76 5.53 無無 高速重載高速重載 從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律 V Vmax max amax max 沖擊沖擊 推薦應(yīng)用范圍推薦應(yīng)用范圍 (h/(h/0 0)(h(h2 2/2 20 0)等等 速速 1.0

20、1.0 剛性剛性 低速輕載低速輕載動(dòng)量動(dòng)量mv,mv,若機(jī)構(gòu)突然被卡住，則沖擊力將很大若機(jī)構(gòu)突然被卡住，則沖擊力將很大（F=mv/tF=mv/t）。）。對(duì)重載凸輪，則適合選用對(duì)重載凸輪，則適合選用V Vmaxmax較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。慣性力慣性力F=-mF=-ma對(duì)強(qiáng)度和耐磨性要求對(duì)強(qiáng)度和耐磨性要求。對(duì)高速凸輪，希望對(duì)高速凸輪，希望amaxmax 愈小愈好。愈小愈好。V Vmaxmax,P,Pn n9-3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)作圖法作圖法一、基本原理一、基本原理(反轉(zhuǎn)法）反轉(zhuǎn)法）O-312112233 給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以-時(shí)，不影響各構(gòu)件之間時(shí)，不

21、影響各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件尖頂復(fù)合的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件尖頂復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線。反轉(zhuǎn)原理：反轉(zhuǎn)原理：依據(jù)此原理可以用作圖法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線。依據(jù)此原理可以用作圖法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線。二、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)二、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù):4.4.從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律;2.2.合理確定結(jié)構(gòu)尺寸合理確定結(jié)構(gòu)尺寸;3.3.凸輪轉(zhuǎn)向凸輪轉(zhuǎn)向;1.1.根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式;設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線。120-1已知：凸輪的基圓半徑已知：凸輪的基圓半徑r r0 0，角速度

22、角速度 和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，試用試用反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l l作基圓作基圓r r0 0。在位移線圖上等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。在位移線圖上等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，確定從動(dòng)件尖底在各等份點(diǎn)的位置。確定反轉(zhuǎn)后，確定從動(dòng)件尖底在各等份點(diǎn)的位置。將各尖底點(diǎn)連接成一條光滑曲線：即凸輪輪廓曲線。將各尖底點(diǎn)連接成一條光滑曲線：即凸輪輪廓曲線。1.1.對(duì)心直動(dòng)尖底對(duì)心直動(dòng)尖底從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪盤形凸輪11335577881 1 3 3 5 5 7 78 89 911111313 1515

23、991111131312121414s s 2345 67 891011121314609090r0A1876543214131211109三、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制三、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制 60 6012012090909090例解：已知：凸輪的基圓半徑已知：凸輪的基圓半徑r0，角速度角速度、偏心距偏心距e和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，試用試用反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。2.偏置直動(dòng)尖底偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件從動(dòng)件盤形盤形凸輪凸輪 601209090135781 3 5 7 8911 13 15911131214s-61234578151413121

24、1109k9k10k11k12k13k14k15151413121110912345678k1k2k3k5k4k6k7k8eAor0120906090注意：注意：從動(dòng)件導(dǎo)路方向與偏矩圓相從動(dòng)件導(dǎo)路方向與偏矩圓相切，不通過回轉(zhuǎn)中心切，不通過回轉(zhuǎn)中心O。2.一偏置直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)如圖一偏置直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)如圖2所示。已知凸輪為一所示。已知凸輪為一偏心圓盤，圓盤半徑偏心圓盤，圓盤半徑R=30，幾何中心為，幾何中心為A，回轉(zhuǎn)中心為，回轉(zhuǎn)中心為O，推桿偏距推桿偏距OD=e=10mm，OA=10mm，凸輪以等角速度，凸輪以等角速度逆時(shí)針逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)凸輪在圖示位置，即方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)凸輪在

25、圖示位置，即ADCD時(shí)，選合適比例作圖，時(shí)，選合適比例作圖，在圖中作出）凸輪的基圓；）圖示位置的凸輪機(jī)構(gòu)壓力角在圖中作出）凸輪的基圓；）圖示位置的凸輪機(jī)構(gòu)壓力角；）從動(dòng)件從最低位置轉(zhuǎn)到圖示位置的凸輪轉(zhuǎn)角）從動(dòng)件從最低位置轉(zhuǎn)到圖示位置的凸輪轉(zhuǎn)角；）圖示位；）圖示位置的推桿的位移。置的推桿的位移。hr0A120-1設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：1.將滾子中心視為尖底，按尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。將滾子中心視為尖底，按尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。得得理論廓線理論廓線；理論輪廓線的最小半徑為基圓半徑。；理論輪廓線的最小半徑為基圓半徑。601209090135781 3 5 7 8911 13 1591

26、1131214s2345 67 8910111213146090901876543214131211109理論輪廓理論輪廓實(shí)際輪廓實(shí)際輪廓2.作各位置滾子圓的內(nèi)作各位置滾子圓的內(nèi)(外外)包絡(luò)線，得包絡(luò)線，得實(shí)際廓線實(shí)際廓線。3.滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，滾子半徑，滾子半徑rt，角速度角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。圖示為一偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪為偏心圓盤。圖示為一偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪為偏心圓盤。其直徑其直徑D=42mm，滾子半徑，滾子半徑 rr=5 m

27、m，偏距，偏距 e=6 mm，在圖中作，在圖中作出：出：1）畫出基圓；）畫出基圓；2）畫出凸輪的理論輪廓曲線；）畫出凸輪的理論輪廓曲線；3）畫出從動(dòng)）畫出從動(dòng)件的行程件的行程hr0已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度角速度和從動(dòng)件的和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。4.對(duì)心直動(dòng)平底對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪盤形凸輪8765432191011121314-A 60 6012012090909090135781 3 5 7891113 15911131214s 123456781514131211109設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：1.將平底交叉

28、點(diǎn)視為尖底，按尖底從動(dòng)件盤形將平底交叉點(diǎn)視為尖底，按尖底從動(dòng)件盤形 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。得各得各平底位置平底位置；2.作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線，得作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線，得實(shí)際廓線實(shí)際廓線。120609090 已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度角速度，擺桿長(zhǎng)度擺桿長(zhǎng)度l以及擺桿回轉(zhuǎn)以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離距離d，擺擺桿角位移方程，桿角位移方程，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。三、擺動(dòng)三、擺動(dòng)從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪機(jī)構(gòu) 60 601201209090909012345 6 7 85678 B1B2B3B4B5B6B7B8120

29、60 90-dABlB11r0B22B77B66B55B44B33A1A2A3A4A5A6A7A81 2 3 4OB定義：從動(dòng)件上所受的定義：從動(dòng)件上所受的正壓力正壓力與與力作用點(diǎn)力作用點(diǎn)B速度方向速度方向的夾角的夾角若若大到一定程度，則：大到一定程度，則：機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。nnFFF”F 一定時(shí)，一定時(shí)，F(xiàn)f FFf 一、一、壓力角與許用值壓力角與許用值(會(huì)圖上標(biāo)注）會(huì)圖上標(biāo)注）Ff F”9-4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定sincos FFFFF=30=30-直動(dòng)從動(dòng)件；直動(dòng)從動(dòng)件；=354545-擺動(dòng)從動(dòng)件；擺動(dòng)從動(dòng)件；=708080-回程（力鎖合時(shí)）?；爻蹋?/p>

30、鎖合時(shí)）。BOs0sDP點(diǎn)為相對(duì)瞬心：點(diǎn)為相對(duì)瞬心：由由BCPBCP得得:2.2.凸輪基圓半徑的確定凸輪基圓半徑的確定ds/dOP=v/=ds/dt/d/dt=ds/d (9-23)運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定之后，凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定之后，凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角的壓力角與基圓半徑與基圓半徑r r0 0直接相關(guān)。直接相關(guān)。=(ds/d-e)/(s=(ds/d-e)/(s0 0+s)+s)tgtg=(OP-e)/BC =(OP-e)/BC nnPvvr r0 0e tg=s+r20-e2ds/d-e 其中：其中：s0=r20 -e2r r0 0 圖示圖示凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪機(jī)構(gòu)中，逆時(shí)針逆時(shí)針,導(dǎo)路位于右側(cè)。導(dǎo)路位于右側(cè)

31、。e e COB ds/d tg=s+r20-e2ds/d+enn同理，當(dāng)導(dǎo)路位于中心左側(cè)時(shí)，有：同理，當(dāng)導(dǎo)路位于中心左側(cè)時(shí)，有：CP=ds/d+eePCr0s0sD=(ds/d+e)/(s=(ds/d+e)/(s0 0+s)+s)tgtg=(OP+e)/BC =(OP+e)/BC 其中：其中：s0=r20 -e2e e OP=v/=ds/dt/d/dt=ds/d此時(shí)，當(dāng)偏距此時(shí)，當(dāng)偏距e增大時(shí)，壓力角反而增大。增大時(shí)，壓力角反而增大。對(duì)于直動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)存在一個(gè)正確偏置的問題！對(duì)于直動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)存在一個(gè)正確偏置的問題！綜合考慮兩種情況有：綜合考慮兩種情況有：tg=s+r20-e2ds/d

32、e“+”用于導(dǎo)路和瞬心位于凸輪回轉(zhuǎn)中心的兩側(cè)；正偏置用于導(dǎo)路和瞬心位于凸輪回轉(zhuǎn)中心的兩側(cè)；正偏置 顯然，導(dǎo)路和瞬心位于中心同側(cè)時(shí)，壓力角將減小。顯然，導(dǎo)路和瞬心位于中心同側(cè)時(shí)，壓力角將減小。注意：用偏置法可減小推程壓力角，但同時(shí)增大了回程壓力角，注意：用偏置法可減小推程壓力角，但同時(shí)增大了回程壓力角，故偏距故偏距 e 不能太大。不能太大。正確偏置：導(dǎo)路位于與凸輪旋轉(zhuǎn)方向正確偏置：導(dǎo)路位于與凸輪旋轉(zhuǎn)方向相反的位置。相反的位置。oBnnPeB0nnPe正確偏置正確偏置錯(cuò)誤偏置錯(cuò)誤偏置“-”用于導(dǎo)路和瞬心位于凸輪回轉(zhuǎn)中心的同側(cè)；負(fù)偏置用于導(dǎo)路和瞬心位于凸輪回轉(zhuǎn)中心的同側(cè)；負(fù)偏置EE凸輪逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，從

33、凸輪逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，從動(dòng)件右偏置動(dòng)件右偏置凸輪順時(shí)針回轉(zhuǎn)，從凸輪順時(shí)針回轉(zhuǎn)，從動(dòng)件左偏置動(dòng)件左偏置220)/(estgeddsr設(shè)計(jì)時(shí)要求：設(shè)計(jì)時(shí)要求：于是有：于是有：顯然，對(duì)心布置有：顯然，對(duì)心布置有：tgtg=ds/d/(r=ds/d/(r0 0+s+s）提問：在設(shè)計(jì)一對(duì)心凸輪機(jī)構(gòu)提問：在設(shè)計(jì)一對(duì)心凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)當(dāng)出現(xiàn) 的的情況，在不改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律的前提下，可采取哪些措施情況，在不改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律的前提下，可采取哪些措施來進(jìn)行改進(jìn)？來進(jìn)行改進(jìn)？1)1)加大基圓半徑加大基圓半徑r r0 0：2)2)將對(duì)心改為正偏置：將對(duì)心改為正偏置：3)3)采用平底從動(dòng)件采用平底從動(dòng)件,tgtg=(ds/d-

34、e)/(r=(ds/d-e)/(r0 02 2-e-e2 2)1/21/2+s+s=0=0r r0 0 e e a工作輪廓的曲率半徑，工作輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑，rr滾子半徑滾子半徑rr arr rr 輪廓失真輪廓失真3.滾子半徑的確定滾子半徑的確定arr rr arr0輪廓正常輪廓正常輪廓變尖輪廓變尖內(nèi)凹內(nèi)凹arrrrrr rr arr 輪廓正常輪廓正常外凸外凸rra可用求極值的方法求得可用求極值的方法求得min,常采用上機(jī)編程求得常采用上機(jī)編程求得min工程上要求工程上要求a 15mm(工作輪廓的最小曲率半徑）若不滿足此條件若不滿足此條件時(shí)：時(shí)：增大增大r

35、r0 0減小減小rr 滾子半徑的選擇，要綜合考慮滾子的結(jié)滾子半徑的選擇，要綜合考慮滾子的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、凸輪輪廓曲線形狀等因素，直動(dòng)構(gòu)、強(qiáng)度、凸輪輪廓曲線形狀等因素，直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，在保證實(shí)際輪滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，在保證實(shí)際輪廓線不出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失真的前提下其滾子半徑不廓線不出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失真的前提下其滾子半徑不可以任意加大可以任意加大直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，其滾子半直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，其滾子半徑是否可任意加大？為什么？徑是否可任意加大？為什么？123456788765432191011121314151413121110 9r r0 04.平底尺寸平底尺寸l 的確定的確定

36、lmax a)作圖法確定：作圖法確定：l=2lmax+(57)mm （9-26）vCr0Oxyds/d lmax=ds/d max P點(diǎn)為相對(duì)瞬心，有：點(diǎn)為相對(duì)瞬心，有：b)計(jì)算法確定計(jì)算法確定：（對(duì)心）：（對(duì)心）BC=OP=v/=ds/dt/d/dt=ds/d l=2 ds/d max+(57)mm （9-27）v=OP B0-s0sPBv對(duì)平底推桿凸輪機(jī)構(gòu)，也有失真現(xiàn)象。對(duì)平底推桿凸輪機(jī)構(gòu)，也有失真現(xiàn)象。Or0可通過增大可通過增大r r0 0解決此問題解決此問題r0小結(jié)：小結(jié)：在進(jìn)行凸輪廓線設(shè)計(jì)之前，需要先確定在進(jìn)行凸輪廓線設(shè)計(jì)之前，需要先確定r r0 0,而在定而在定r r0 0時(shí)，應(yīng)考

37、慮時(shí)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)條件結(jié)構(gòu)條件（不能太?。ⅲú荒芴。?、壓壓力角力角、工作輪廓是否、工作輪廓是否失真失真等因素。在條件允許時(shí)，等因素。在條件允許時(shí)，應(yīng)取較大的導(dǎo)軌長(zhǎng)度應(yīng)取較大的導(dǎo)軌長(zhǎng)度l和較小的懸臂尺寸和較小的懸臂尺寸b。對(duì)滾。對(duì)滾子推桿，應(yīng)恰當(dāng)選取子推桿，應(yīng)恰當(dāng)選取r rr r，對(duì)平底推桿，應(yīng)確定合，對(duì)平底推桿，應(yīng)確定合適的平底長(zhǎng)度適的平底長(zhǎng)度l。還要滿足強(qiáng)度和工藝性要求。還要滿足強(qiáng)度和工藝性要求。例解：例題：一偏置直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)如圖所示。已知凸輪為例題：一偏置直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)如圖所示。已知凸輪為一偏心圓盤，圓盤半徑，幾何中心為，回轉(zhuǎn)中心一偏心圓盤，圓盤半徑，幾何中心為，回

38、轉(zhuǎn)中心為，推桿偏距，凸輪以為，推桿偏距，凸輪以等角速度等角速度逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)凸輪在圖示位置，即逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)凸輪在圖示位置，即時(shí)，試求：（）凸輪的基圓半徑時(shí)，試求：（）凸輪的基圓半徑；（）圖示位置的凸輪機(jī)構(gòu)壓力角（）圖示位置的凸輪機(jī)構(gòu)壓力角；（）圖示位置的凸輪轉(zhuǎn)角（）圖示位置的凸輪轉(zhuǎn)角；（）圖示位置的推桿的位移；（）該凸輪機(jī)構(gòu)中的推桿偏（）圖示位置的推桿的位移；（）該凸輪機(jī)構(gòu)中的推桿偏置方向是否合理，為什么？置方向是否合理，為什么？例題：試標(biāo)出圖（）在圖示位置時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力例題：試標(biāo)出圖（）在圖示位置時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角，凸輪從圖示位置轉(zhuǎn)過角，凸輪從圖示位置轉(zhuǎn)過后推桿的位移；標(biāo)出后推桿的位移；標(biāo)出圖（）推桿從圖示位置升高位移時(shí)，凸輪的轉(zhuǎn)角圖（）推桿從圖示位置升高位移時(shí)，凸輪的轉(zhuǎn)角和凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。和凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。