第4章凸輪機構(gòu)及簡諧運動機構(gòu)

1、4-1 4-1 的應(yīng)用和分類的應(yīng)用和分類4-2 4-2 從動件常用的運動規(guī)律從動件常用的運動規(guī)律4-3 4-3 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計4-4 4-4 凸輪機構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題凸輪機構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題4-5 4-5 間歇運動機構(gòu)間歇運動機構(gòu)凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu) 一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用 內(nèi)燃機內(nèi)燃機 凸輪配氣機構(gòu)凸輪配氣機構(gòu) 靠模車削機構(gòu)靠模車削機構(gòu) 凸輪機構(gòu)組成：凸輪機構(gòu)組成：凸輪、從動件、機架。凸輪、從動件、機架。凸輪機構(gòu)的優(yōu)點凸輪機構(gòu)的優(yōu)點: 1 1）只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞┲恍柙O(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?/p>

2、 2 2）結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，設(shè)計方便）結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，設(shè)計方便 凸輪機構(gòu)的缺點凸輪機構(gòu)的缺點: 高副機構(gòu)，易磨損高副機構(gòu)，易磨損 圓柱凸輪圓柱凸輪： a.a.在圓柱面上開有曲線凹槽在圓柱面上開有曲線凹槽 b.b.圓柱體端面上做出圓柱體端面上做出曲線輪廓曲線輪廓1.按凸輪形狀分類：按凸輪形狀分類： 移動凸輪移動凸輪：回轉(zhuǎn)中心無窮遠(yuǎn)：回轉(zhuǎn)中心無窮遠(yuǎn)盤狀凸輪盤狀凸輪：（：（簡單，簡單，廣泛，行程較?。V泛，行程較?。┒?、分類：二、分類：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)(4)(4)其他其他凸輪凸輪：（：（凹槽凸輪凹槽凸輪，等寬凸輪等寬凸輪，等徑凸輪等徑凸輪）滾子從動件滾子從動件： （移動移動，擺動擺

3、動） 滾動摩擦，磨損小，傳力大，復(fù)雜。有噪音。滾動摩擦，磨損小，傳力大，復(fù)雜。有噪音。平底從動件平底從動件：（：（移動移動，擺動擺動） 潤滑好，磨損小，受力平穩(wěn)，效率高。潤滑好，磨損小，受力平穩(wěn)，效率高。2.按從動件類型分按從動件類型分尖頂從動件尖頂從動件：（：（移動移動，擺動擺動） 簡單、能實現(xiàn)復(fù)雜運動。易磨損，受力小低速簡單、能實現(xiàn)復(fù)雜運動。易磨損，受力小低速機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)33ots2凸輪機構(gòu)設(shè)計的基本任務(wù)凸輪機構(gòu)設(shè)計的基本任務(wù): : 1) 1)根據(jù)工作要求選定凸輪機構(gòu)的形式根據(jù)工作要求選定凸輪機構(gòu)的形式; ;名詞術(shù)語：名詞術(shù)語：基圓、基圓、推程運動角、推程運動角、基

4、圓半徑、基圓半徑、推程、推程、遠(yuǎn)休止角、遠(yuǎn)休止角、回程運動角、回程運動角、回程、回程、近休止角、近休止角、行程。行程。一個循環(huán)rminh 1A而根據(jù)工作要求選定推桿運動規(guī)律，是設(shè)計而根據(jù)工作要求選定推桿運動規(guī)律，是設(shè)計凸輪輪廓曲線的前提。凸輪輪廓曲線的前提。2)2)推桿運動規(guī)律推桿運動規(guī)律; ;3)3)合理確定結(jié)構(gòu)尺寸合理確定結(jié)構(gòu)尺寸; ;4)4)設(shè)計輪廓曲線。設(shè)計輪廓曲線。2244DBCB11從動件常用的運動規(guī)律從動件常用的運動規(guī)律機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)33ots2rminh 1A2244DBCB11運動規(guī)律：運動規(guī)律：推桿在推程或回程時，其位移推桿在推程或回程時，其位移s2、

5、速度速度v2、 和加速度和加速度a2 隨時間隨時間t 的變化規(guī)律。的變化規(guī)律。s2=s2(t)v2=v2(t)a2=a2(t)機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu) s2 =h/1 v2 =h1 /1s2,t,t1 1v2,t,ta2,t,th+a2 0d/dt=1凸輪角速度凸輪角速度機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)剛性沖擊：剛性沖擊：由于加速度發(fā)生無窮大突由于加速度發(fā)生無窮大突度而引起的沖擊稱為剛性度而引起的沖擊稱為剛性沖擊。沖擊。位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半。加速段推程運動方程為：加速段推程運動方程為：s2 2h(/1)2v2 4h1 /21a

6、2 4h(1 /1)2機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)減速段推程運動方程為：減速段推程運動方程為：s2 h-2h(t 1)2/2tv2 -4h1(t-1)/2ta2 -4h21 /2ta2h/21 1h/21s22 35462h2h1 1/1 1柔性沖擊柔性沖擊4h(4h(1 1/1 1) )2 23v2cos12hssin2hvcos2222ha s a123 456 v123456h柔性沖擊：柔性沖擊：在起始和終止處理論上在起始和終止處理論上a為為有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計盤形

7、凸輪輪廓曲線設(shè)計凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理反轉(zhuǎn)原理反轉(zhuǎn)原理：依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計凸輪的輪廓曲線，例如：設(shè)計凸輪的輪廓曲線，例如： 給整個凸輪機構(gòu)施以給整個凸輪機構(gòu)施以- -1時，不影響各構(gòu)件之間時，不影響各構(gòu)件之間的相對運動，此時，凸輪將靜止，而從動件尖頂復(fù)合的相對運動，此時，凸輪將靜止，而從動件尖頂復(fù)合運動的軌跡即凸輪的輪廓曲線運動的軌跡即凸輪的輪廓曲線。尖頂凸輪繪制動畫尖頂凸輪繪制動畫滾子凸輪繪制動畫滾子凸輪繪制動畫O O -13311223 33 31 11 12 22 21已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑rmin

8、，角速度角速度1和從動件和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計凸輪輪廓曲線。的運動規(guī)律，設(shè)計凸輪輪廓曲線。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 rminmin。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。一、一、對心對心直動尖頂直動尖頂從動件從動件盤形凸輪盤形凸輪60rmin120-111135782345 8910111213149090A1876543214131211109 6012090901 3 5 7 89

9、11 13 15s2 191113121410 67機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)r0 =40mm,1=1500,2 =300,3 =1200,4 =600，123d d4 4機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)s2 1911 13 151 3 5 7 8rminA120-11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 rminmin。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。1357891113121

10、42345 67 8910111213146090901876543214131211109理論輪廓理論輪廓實際輪廓實際輪廓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。包絡(luò)線。二、滾子直動從動件盤形凸輪二、滾子直動從動件盤形凸輪已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度角速度1和從動件和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。 6012090901機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)s2 1911 13 151 3 5 7 8已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度角速度1和從動件和從動件運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。運動規(guī)律

11、，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。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 rminmin。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動件平底直線在各等份點的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動件平底直線在各等份點的位置。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。三、對心直動平底三、對心直動平底從動件從動件盤形凸輪盤形凸輪13578911131214 601209090rmin8765432191011121314-11A123456781514131211109機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)120B11 1rmin 601209090s2 1已知凸輪

12、的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度角速度1，擺桿長度擺桿長度l以以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離回轉(zhuǎn)中心的距離d，擺擺桿桿角位移方程角位移方程，設(shè)計該凸設(shè)計該凸輪輪輪廓曲線輪廓曲線。四、擺動四、擺動從動件從動件盤形凸輪機構(gòu)盤形凸輪機構(gòu)12345 6 7 85678B1B2B3B4B5B6B7B860 90 1-1dABl1 2 3 4B22 2B33 3B44 4B55 5B66 6B77 7A1A2A3A4A5A6A7A8機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)受力分析受力分析（不計凸輪與從動件的摩擦）：不計凸輪與從動件的摩擦）： ，F(xiàn) Fy y , , F F

13、x x 運轉(zhuǎn)輕快運轉(zhuǎn)輕快 ，F(xiàn) Fy y , , F Fx x 運轉(zhuǎn)沉重運轉(zhuǎn)沉重一、壓力角與凸輪的基圓半徑一、壓力角與凸輪的基圓半徑壓力角壓力角：從動件上受力方向與運動方向所夾的銳角。：從動件上受力方向與運動方向所夾的銳角。R R0 0S S r rt tt tn nn nF Fn nF Fx xF Fy y機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)凸輪機構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題凸輪機構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題許用壓力角許用壓力角：推推程程擺動從動件擺動從動件45移動從動件移動從動件30max 80回程回程:max的位置：的位置：凸輪廓線較陡的地方。凸輪廓線較陡的地方。等加、等減、簡諧運動規(guī)律：等加、等減、簡

14、諧運動規(guī)律：0/2 處。處。等速運動規(guī)律：推程起始位置。等速運動規(guī)律：推程起始位置。機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)壓力角與凸輪尺寸的關(guān)系：壓力角與凸輪尺寸的關(guān)系： ，r ro o ，結(jié)構(gòu)尺寸大，結(jié)構(gòu)尺寸大va a= =ve etan = =( (r ro o+s+s2 2) )tanve e= =rr= =(r(ro o+s+s2 2) )srtanb（欲使凸輪結(jié)構(gòu)緊湊，欲使凸輪結(jié)構(gòu)緊湊， 就得大，傳力性能不好。就得大，傳力性能不好。 如果如果maxmax ，應(yīng)重新設(shè)計凸輪廓線，常用增，應(yīng)重新設(shè)計凸輪廓線，常用增大大r ro o 使推程的使推程的maxmax減小。減小。r ro oS S

15、 r rt tt tn nn nave ev vr rv v機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu) ro與與有關(guān)，有關(guān)， 設(shè)計時通常是在滿足設(shè)計時通常是在滿足max的條件下，的條件下，來考慮來考慮ro的取值。的取值。1.ro的一般選取方法：的一般選取方法： 先定一個先定一個r ro o的初值，后檢查的初值，后檢查與與minmin的關(guān)系，再的關(guān)系，再調(diào)整調(diào)整r ro o。2.2.根據(jù)凸輪的結(jié)構(gòu)確定（經(jīng)驗公式）：根據(jù)凸輪的結(jié)構(gòu)確定（經(jīng)驗公式）：rs軸半徑軸半徑, rk滾子半徑滾子半徑凸輪與軸裝配式的盤形凸輪：凸輪與軸裝配式的盤形凸輪：r ro o1.61.6r rs s+ +r rk k+(2+(2

16、5)5)mm 凸輪與軸一體的盤形凸輪：凸輪與軸一體的盤形凸輪：r ro or rs s+ +r rk k+(2+(25)5)mm基圓半徑的確定基圓半徑的確定機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)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， rk滾子半徑滾子半徑rkark rT 輪廓失真輪廓失真ark rk ark0輪廓正常輪廓正常輪廓變尖輪廓變尖內(nèi)凹內(nèi)凹arkrkrk rk ark 輪廓正常輪廓正常外凸外凸rka機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪機構(gòu)及間歇運動機構(gòu)間歇運動機構(gòu)間歇運動機構(gòu) 在機器工作時，當(dāng)主動件作連續(xù)運動時，常需要從動件產(chǎn)生周期性的運動和停歇，實現(xiàn)這種運動的機構(gòu)，稱為間歇運動機構(gòu)。最常見的間歇運動機構(gòu)有棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)和