機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第4章

1、12343-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類一、一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用二、二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪機(jī)構(gòu)的分類51 1、凸輪機(jī)構(gòu)組成：、凸輪機(jī)構(gòu)組成：凸輪是一個具有曲凸輪是一個具有曲線輪廓的構(gòu)件。含線輪廓的構(gòu)件。含有凸輪的機(jī)構(gòu)稱為有凸輪的機(jī)構(gòu)稱為凸輪機(jī)構(gòu)。它由凸輪機(jī)構(gòu)。它由凸凸輪、從動件輪、從動件和和機(jī)架機(jī)架組成。組成。一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用62 2、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中的一種常用機(jī)構(gòu)，在自動化和半凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中的一種常用機(jī)構(gòu)，在自動化和半自動化機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛。主要用于：受力不大的自動化機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛。主要用于：受力不大的控

2、控制機(jī)構(gòu)制機(jī)構(gòu)或或調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。78910內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)1112凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)： 只需確定適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，即可實(shí)只需確定適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，即可實(shí)現(xiàn)從動件復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動可現(xiàn)從動件復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動可靠?？?。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 從動件與凸輪輪廓為點(diǎn)接觸或線接觸，從動件與凸輪輪廓為點(diǎn)接觸或線接觸，接觸應(yīng)力大，易磨損接觸應(yīng)力大，易磨損用途：用途：常用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)。常用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)。13二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類1、按凸輪的形狀分、按凸輪的形狀分（1）盤形凸輪）盤形凸輪（2）移動凸輪）移動凸輪（3）圓柱凸輪）圓柱凸輪 繞固定軸線轉(zhuǎn)動繞固定軸

3、線轉(zhuǎn)動并具有半徑變化并具有半徑變化的盤形零件。的盤形零件。 回轉(zhuǎn)中心趨于無窮回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠(yuǎn)，凸輪沿機(jī)架作遠(yuǎn)，凸輪沿機(jī)架作直線運(yùn)動。直線運(yùn)動。將移動凸輪卷成圓將移動凸輪卷成圓柱。柱。142 2、按從動件的型式分、按從動件的型式分 1、尖頂從動件、尖頂從動件 2、滾子從動件、滾子從動件 3、平底從動件、平底從動件能與復(fù)雜凸輪輪廓保能與復(fù)雜凸輪輪廓保持接觸，能實(shí)現(xiàn)任意持接觸，能實(shí)現(xiàn)任意預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，但預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，但點(diǎn)接觸，磨損快。點(diǎn)接觸，磨損快。尖頂處安裝一滾子，尖頂處安裝一滾子，接觸處為滾動摩擦，接觸處為滾動摩擦，耐磨損。耐磨損。接觸處為一平面，接觸處為一平面，但不能與凹陷的凸但不能與凹

4、陷的凸輪輪廓接觸。輪輪廓接觸。15一、一、基本概念基本概念二、二、從動件常用運(yùn)動規(guī)律從動件常用運(yùn)動規(guī)律三、組合運(yùn)動規(guī)律簡介三、組合運(yùn)動規(guī)律簡介3232從動件常用運(yùn)動規(guī)律從動件常用運(yùn)動規(guī)律16尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)1、基圓：、基圓： 凸輪凸輪理論輪廓理論輪廓上最小向徑為半徑所畫的圓。上最小向徑為半徑所畫的圓。一、基本概念一、基本概念2、偏距、偏距e： 從動件導(dǎo)路從動件導(dǎo)路偏離偏離凸輪凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離回轉(zhuǎn)中心的距離。w wO Orminw wrminO Oe e173 3、推程：、推程： 4 4、升程：、升程： 從動件尖頂被凸輪輪廓推動，以一定的從動件尖頂被凸輪輪廓

5、推動，以一定的運(yùn)動規(guī)律由離回轉(zhuǎn)中心最近位置運(yùn)動規(guī)律由離回轉(zhuǎn)中心最近位置A到達(dá)到達(dá)最遠(yuǎn)位置最遠(yuǎn)位置B的過程。的過程。從動件在推程中所走過的距離從動件在推程中所走過的距離h。5、推程運(yùn)動角：、推程運(yùn)動角：6、遠(yuǎn)休止角：、遠(yuǎn)休止角： t = AOB（升程角）（升程角）與推程相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角與推程相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角t。S = BOC從動件在最遠(yuǎn)位置停止不動所從動件在最遠(yuǎn)位置停止不動所對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角s。w wA AB B rminO OB BC CD Dtsh189、近休止角：、近休止角：8、回程運(yùn)動角：、回程運(yùn)動角：h =CODs =AOD7 7、回程：、回程：從動件在彈簧力或重力作用下，以一

6、從動件在彈簧力或重力作用下，以一定的運(yùn)動規(guī)律回到起始位置的過程。定的運(yùn)動規(guī)律回到起始位置的過程。與回程相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角與回程相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角h。從動件在最近位置停止不從動件在最近位置停止不動所對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角動所對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角s。hsw wA ABBrminO OB BC CD Dtsh19 以縱坐標(biāo)代表從動件位移以縱坐標(biāo)代表從動件位移s2 ，橫坐標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角，橫坐標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角1或或t，所畫出的位移與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線。，所畫出的位移與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線。上升上升停停降降停停t1s2ABCDh2p2phstsAhsw wA ABBrminO OB BC CD Dtsh 從動件位移線圖決定于從動件

7、位移線圖決定于凸輪輪廓曲線的形狀。凸輪輪廓曲線的形狀。201 1、推程：、推程： 2 2、升程：、升程： 3、推程運(yùn)動角：、推程運(yùn)動角： 4、遠(yuǎn)休止角：、遠(yuǎn)休止角： 7、近休止角：、近休止角： 6、回程運(yùn)動角：、回程運(yùn)動角： 5、回程：、回程：ABAB偏置尖頂直動從動件盤形凸輪偏置尖頂直動從動件盤形凸輪 t s h sw wA ABBO OB BC CD DhCDCDht s h s21二、從動件常用運(yùn)動規(guī)二、從動件常用運(yùn)動規(guī)律律s2h11tOv2tv0O1a2-O1t剛性沖擊：剛性沖擊：由于加速度發(fā)生無窮大由于加速度發(fā)生無窮大突度而引起的沖擊稱為突度而引起的沖擊稱為剛性沖擊。剛性沖擊。222

8、 2、等加速等減速運(yùn)動規(guī)律、等加速等減速運(yùn)動規(guī)律ajvO12j,tj,tj,tsh3456194104A0aBC柔性沖擊柔性沖擊 ：加速度發(fā)生有限值的突加速度發(fā)生有限值的突變變 （適用于中速場合）（適用于中速場合） 233 3、簡諧運(yùn)動、簡諧運(yùn)動avjj,tj,tj,tsh1O2345612345qs運(yùn)動特征：運(yùn)動特征：若若s 、s 為零，無沖擊。為零，無沖擊。若若s 、s 不為零，有沖擊。不為零，有沖擊。 24v2s 2a 2111hooot t正弦改進(jìn)等速正弦改進(jìn)等速+-v 2s 2a 2111hooot t三、組合運(yùn)動規(guī)律簡介三、組合運(yùn)動規(guī)律簡介 為了獲得更好的運(yùn)動特征，可為了獲得更好的

9、運(yùn)動特征，可以把上述幾種運(yùn)動規(guī)律組合起來以把上述幾種運(yùn)動規(guī)律組合起來應(yīng)用，組合時，兩條曲線在拼接應(yīng)用，組合時，兩條曲線在拼接處必須保持連續(xù)，處必須保持連續(xù)，以改善運(yùn)動特以改善運(yùn)動特性。性。2533 33 凸輪機(jī)構(gòu)壓力角凸輪機(jī)構(gòu)壓力角一、一、壓力角與作用力的關(guān)系壓力角與作用力的關(guān)系二、二、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系26一、壓力角與作用力的關(guān)系一、壓力角與作用力的關(guān)系壓力角壓力角: 從動件上的驅(qū)動力與從動件上的驅(qū)動力與該力作用點(diǎn)絕對速度之間該力作用點(diǎn)絕對速度之間所夾的銳角。所夾的銳角。凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角：凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角： 接觸點(diǎn)法線與從接觸點(diǎn)法線與從動件上作用點(diǎn)速度方動件

10、上作用點(diǎn)速度方向所夾的銳角。向所夾的銳角。 CBS2eOvrminw w1 1213nnF P27 CBS2eOvrmin1 1213nnFFF P 力力 F 分解為沿從動件運(yùn)動分解為沿從動件運(yùn)動方向的有用分力方向的有用分力 F 和使從動件和使從動件緊壓導(dǎo)路的有害分力緊壓導(dǎo)路的有害分力 F 。F F tg 1、 F一定時，一定時， 壓力角壓力角越越大大 ，有害分力，有害分力 F越大，機(jī)構(gòu)越大，機(jī)構(gòu)的效率越低。的效率越低。 上式表明：上式表明：2、 自鎖：自鎖：當(dāng)當(dāng)增大到一定程度，增大到一定程度，使有害分力使有害分力F在導(dǎo)路中所引起在導(dǎo)路中所引起的摩擦阻力大于的摩擦阻力大于F 時，時， 無論凸輪

11、加給從動件的作用力無論凸輪加給從動件的作用力有多大有多大 ，從動件都不能運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為，從動件都不能運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為自鎖自鎖。 28 壓力角壓力角的大小反映了機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞，是的大小反映了機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞，是機(jī)構(gòu)設(shè)計的重要參數(shù)。為使凸輪機(jī)構(gòu)工作可靠，受機(jī)構(gòu)設(shè)計的重要參數(shù)。為使凸輪機(jī)構(gòu)工作可靠，受力情況良好，必須對壓力角加以限制。力情況良好，必須對壓力角加以限制。 在設(shè)計凸輪在設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時，機(jī)構(gòu)時，應(yīng)使最大壓力角應(yīng)使最大壓力角max不超過許用值不超過許用值。根據(jù)工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，許用壓力角根據(jù)工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，許用壓力角的數(shù)值推的數(shù)值推薦如下：薦如下： 推程時，對移動從動件推程時，對移

12、動從動件，=3038；對擺動從動件對擺動從動件，=4550。回程時，由于。回程時，由于通常受力較小且一般無自鎖問題，故許用壓力角可通常受力較小且一般無自鎖問題，故許用壓力角可取的大一些，通常取取的大一些，通常取=7080。293031jjddsdtddtdsvOPOPv/22BDODOPBDPDtan220ersb22|/|tanerseddsbj3222|/|tanerseddsbj33二、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系二、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系 CBS2eOvrmin1 1213nnFFF P 直動從動件盤形凸輪壓力角為：直動從動件盤形凸輪壓力角為：公式說明：公式說明：22min|/|ta

13、nerseddsj34e e為從動件導(dǎo)路偏離凸輪回轉(zhuǎn)中為從動件導(dǎo)路偏離凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離，稱為偏距。心的距離，稱為偏距。當(dāng)導(dǎo)路當(dāng)導(dǎo)路和瞬心和瞬心p p在凸輪軸心在凸輪軸心o o的同側(cè)時，的同側(cè)時，式中式中“-”-”號，號，可使壓力角減??；可使壓力角減??；反之，反之，當(dāng)導(dǎo)路和瞬心當(dāng)導(dǎo)路和瞬心p p在凸輪軸在凸輪軸心心o o的異側(cè)時，取的異側(cè)時，取“+”+”號號，壓，壓力角增大。為了減小推程壓力力角增大。為了減小推程壓力角，應(yīng)將從動件導(dǎo)路向推程相角，應(yīng)將從動件導(dǎo)路向推程相對速度瞬心的同側(cè)偏置，即對速度瞬心的同側(cè)偏置，即e e為為負(fù)值。但同時會產(chǎn)生使回程壓負(fù)值。但同時會產(chǎn)生使回程壓力角增大的現(xiàn)象，所

14、以力角增大的現(xiàn)象，所以e e不能過不能過大。大。 CBS2eOvrmin1 1213nnFFF P35一、一、直動從動件盤形凸輪輪廓繪制直動從動件盤形凸輪輪廓繪制二、二、擺動從動件盤形凸輪輪廓繪制擺動從動件盤形凸輪輪廓繪制34 圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線36 凸輪設(shè)計的凸輪設(shè)計的基本原理基本原理采用的是采用的是“反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法”，即，即凸輪輪廓設(shè)計中，是認(rèn)為凸輪輪廓設(shè)計中，是認(rèn)為凸輪靜止不動，從動件相凸輪靜止不動，從動件相對于凸輪軸心做反方向?qū)τ谕馆嗇S心做反方向（反轉(zhuǎn)）運(yùn)動，并令從動（反轉(zhuǎn)）運(yùn)動，并令從動件相對其導(dǎo)路按給定的運(yùn)件相對其導(dǎo)路按給定的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動。動規(guī)律運(yùn)動。一、直

15、動從動件盤形凸輪輪廓繪制一、直動從動件盤形凸輪輪廓繪制372、再按空間尺寸要求決定凸輪的基圓半徑。、再按空間尺寸要求決定凸輪的基圓半徑。3860r0120-1設(shè)計步驟小結(jié)：設(shè)計步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r r0 0。反向等分各運(yùn)動角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運(yùn)動角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109 6012090901 3 5 7 8911 13 15s

16、91113121410392)2)對心直動滾子推桿盤形凸輪對心直動滾子推桿盤形凸輪s 911 13 151 3 5 7 8r0A120-1設(shè)計步驟小結(jié)：設(shè)計步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r r0 0。反向等分各運(yùn)動角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運(yùn)動角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。135789111312142345 67 8910111213146090901876543214131211109理論輪廓理論輪廓實(shí)際輪廓實(shí)際輪廓作各位置滾子圓的內(nèi)作各位置滾

17、子圓的內(nèi)( (外外) )包絡(luò)線。包絡(luò)線。已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度和從動件的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計該凸輪和從動件的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。輪廓曲線。 601209090403)3)對心直動平底推桿盤形凸輪對心直動平底推桿盤形凸輪s 911 13 151 3 5 7 8r0已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度和從動件的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計和從動件的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。該凸輪輪廓曲線。設(shè)計步驟：設(shè)計步驟：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r r0 0。反向等分各運(yùn)動角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運(yùn)動角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動件平底直線在

18、各等份點(diǎn)的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動件平底直線在各等份點(diǎn)的位置。作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。8765432191011121314-A13578911131214123456781514131211109 60120909041911 13 151 3 5 7 8O OeA A已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度和從動件的運(yùn)動規(guī)律和偏心距和從動件的運(yùn)動規(guī)律和偏心距e，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。設(shè)計該凸輪輪廓曲線。4)4)偏置直動尖頂偏置直動尖頂從動件從動件盤形凸輪盤形凸輪13578911131214-612345781514131211109設(shè)計步驟小結(jié)：設(shè)計步驟

19、小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r r0 0; ; 反向等分各運(yùn)動角反向等分各運(yùn)動角; ; 確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點(diǎn)的位置確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點(diǎn)的位置; ; 將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8 601209090s2 42設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時應(yīng)注意設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時應(yīng)注意滾子半徑滾子半徑的問題：的問題：1. 當(dāng)當(dāng) minrT時，時， 0，實(shí)際輪廓為平滑曲線；實(shí)際輪廓為平滑曲線； 設(shè)理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑用設(shè)理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑

20、用 min表表示，滾子半徑用示，滾子半徑用rT表示表示，則相應(yīng)位置實(shí)際輪廓的曲，則相應(yīng)位置實(shí)際輪廓的曲率半徑率半徑 minrT。432. 2. min=rTmin=rT時，時， =0=0，實(shí)際輪廓為一個尖點(diǎn)實(shí)際輪廓為一個尖點(diǎn)；3. 3. minminrrT T時，時， 00，實(shí)際輪，實(shí)際輪廓發(fā)生相交，無法實(shí)現(xiàn)該廓發(fā)生相交，無法實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動規(guī)律。運(yùn)動規(guī)律。44 為了使凸輪輪廓既不變尖，為了使凸輪輪廓既不變尖，又不相交，滾子半徑必須又不相交，滾子半徑必須小于小于理論輪廓外凸部分的最小曲率理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑半徑 min。45BB0OS0S35 解析法設(shè)計凸輪的輪廓解析法設(shè)計凸輪的輪廓結(jié)果：求出輪廓曲線的解析表達(dá)式結(jié)果：求出輪廓曲線的解析表達(dá)式-已知條件：已知條件：e e、r rminmin、r rT T、S=S()S=S()、及其方向。及其方向。理論輪廓的極坐標(biāo)參數(shù)方程：理論輪廓的極坐標(biāo)參數(shù)方程：= (S+S= (S+S0 0) )2 2 + e + e2 2原理：原理：反轉(zhuǎn)法。反轉(zhuǎn)法。=+=+0其中：其中： S S0 0 = r = r2 2minmin e e2tgtg0 = e/ S= e/