凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算

1、第四章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 4-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類 盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)一、應(yīng)用：二、組成：凸輪一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通過(guò)高副接觸從動(dòng)件：平動(dòng)，擺動(dòng)機(jī)架三、分類：1、按凸輪的形狀：當(dāng)從動(dòng)件的位移、速度、加速度必須嚴(yán)格按照預(yù)定規(guī)律變化時(shí)，常用凸輪機(jī)構(gòu)。五、要求2、按從動(dòng)件的型式：尖底從動(dòng)件：用于低速；滾子從動(dòng)件：應(yīng)用最普遍；平底從動(dòng)件：用于高速。3、按鎖合的方式：力鎖合（重力、彈簧力）、幾何鎖合四、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、能夠?qū)崿F(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；2、設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：1、承載能力低，主要用于控制機(jī)構(gòu)；2、凸輪輪廓加工困難。1、分析從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)

2、規(guī)律2、按照運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓4-2 常用從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2、偏距e：偏距圓BAOr0wCDe一、幾個(gè)概念尖底偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)1、基圓： 凸輪輪廓上最小矢徑為半徑的圓DCBBAhssr0C1B1eO推程運(yùn)動(dòng)角：=BOB=AOB1運(yùn)休止角：S=BOC=B1OC1回程運(yùn)動(dòng)角：=C1OD 近休止角：S=AODsABCDAh,tss(b)從動(dòng)件位移線圖：從動(dòng)件速度線圖，加速度線圖二、分析從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)行程：h(最大位移)上升停降停三、常用從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律svah,t,t,t-0v剛性沖擊：由于加速度發(fā)生無(wú)窮大突度而引起的沖擊稱為剛性沖擊。1、勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（推程段）000actvSvv邊界條件

3、：當(dāng) t=0時(shí)，S=0；當(dāng) 時(shí)，S=ht所以：c=0，hv0勻速運(yùn)動(dòng)在升程中的運(yùn)動(dòng)方程00ahvvhhS回程中的運(yùn)動(dòng)方程00avvhS2、等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律avO12,t,t,tsh3456194104A0aBC柔性沖擊 ：加速度發(fā)生有限值的突變 （適用于中速場(chǎng)合） 221atStaV0212010021ctctaSctavaa等加速段邊界條件1000vSt所以0021cc邊界條件222hSt所以2204ha從動(dòng)件在勻加速上升過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)方程22222442hahvhS等減速段邊界條件1hvt22所以2202012ahcac邊界條件2hSvt0所以2204ha從動(dòng)件在勻加速上升過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)方

4、程222224)(4)(2hahvhhS212010021ctctaSctavaa3、加速度按余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化av,t,t,tsh1O2345612345s運(yùn)動(dòng)特征：若 為零，無(wú)沖擊，若 不為零，有沖擊 SS,SS,cos2sin2)cos1 (2222hahvhS2coshRRRS)cos1(2hS所以從動(dòng)件按余弦加速規(guī)律上升時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程為4、加速度按正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化（了解） ,tsva,t,th654321rsBAA0運(yùn)動(dòng)特征：沒(méi)有沖擊 5、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律為了獲得更好的運(yùn)動(dòng)特征，可以把上述幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合起來(lái)應(yīng)用，組合時(shí)，兩條曲線在拼接處必須保持連續(xù)。2sin2)2cos1 ()2sin21

5、(22hahvhS22sin0rhrBAS)2sin21( hS所以從動(dòng)件按余弦加速規(guī)律上升時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程為設(shè)計(jì)方法：作圖法，解析法已知 轉(zhuǎn)向。作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓,0Se一、直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)法 O87654321r04-3 凸輪輪廓的設(shè)計(jì)1、尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計(jì)：已知 轉(zhuǎn)向,0SesO1123456789087654321809060h30321K Oe0B1BC1B22CB3C3B4C45B5CB6C6B7C78BC8B9C90(C )0r180906030（3）在理論輪廓上畫(huà)出一系列滾子，畫(huà)出滾子的內(nèi)包絡(luò)線實(shí)際輪廓曲線。r0eB0B1B2B34BB56BB78B9

6、BO設(shè)計(jì)滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，凸輪的基圓半徑是指理論輪廓曲線的基圓半徑。2、滾子從動(dòng)件（1）去掉滾子，以滾子中心為尖底。（2）按照上述方法作出輪廓曲線理論輪廓曲線r0eB0B1B2B34BB56BB78B9BO（3）過(guò)B1、B2點(diǎn)作出一系列平底，得到一直線族。作出直線族的包絡(luò)線，便得到凸輪實(shí)際輪廓曲線。B0B1B2B3B45BB6B7B80rObb3、平底從動(dòng)件（1）取平底與導(dǎo)路的交點(diǎn)B0為參考點(diǎn)（2）把B0看作尖底，運(yùn)用上述方法找到B1、B2B0B1B2B3B45BB6B7B80rObb二、擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)OA89A7AA6A5A4A3A2A1B0B9B87B6B5B4BB32BB1D

7、1aC1C09CC8C7C65CC43CC2r0180609030D2D3321A0(a)180309060O123456789012345678max(b)已知：轉(zhuǎn)向，r0，a，l，max，-OA89A7AA6A5A4A3A2A1B0B9B87B6B5B4BB32BB1D1aC1C09CC8C7C65CC43CC2r0180609030D2D3321A0(a)180309060O123456789012345678max(b)OA89A7AA6A5A4A3A2A1B0B9B87B6B5B4BB32BB1D1aC1C09CC8C7C65CC43CC2r0180609030D2D3321A0(a

8、)180309060O123456789012345678max(b)44 用解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線 一、滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪 1理論輪廓曲線方程 （1）直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 圖示偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。求凸輪理論廓線的方程，反轉(zhuǎn)法給整個(gè)機(jī)構(gòu)一個(gè)繞凸輪軸心O的公共角速度-，這時(shí)凸輪將固定不動(dòng)，而從動(dòng)件將沿-方向轉(zhuǎn)過(guò)角度，滾子中心將位于B點(diǎn)。B點(diǎn)的坐標(biāo)，亦即理論廓線的方程為： sin)(cossincos)(00sseyessx220ersara為理論廓線的基圓半徑 式1s0seeODKCBYXrra對(duì)于對(duì)心從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，因e=0，所以s0=ra sin)(cos)(srysrxaa

9、（2）擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。仍用反轉(zhuǎn)法使凸輪固定不動(dòng)，而從動(dòng)件沿-方向轉(zhuǎn)過(guò)角度，滾子中心將位于B點(diǎn)。B點(diǎn)的坐標(biāo)，亦即理論廓線的方程為： )sin(sin)cos(cos00laylax0為從動(dòng)件的起始位置與軸心連線OA0之間的夾角。 alrrlaT2)(arccos20220式2式3在設(shè)計(jì)凸輪廓線時(shí)，通常e、r0、rT、a、l等是已知的尺寸，而s和是的函數(shù)，它們分別由已選定的位移方程s=s()和角位移方程=（）確定。 2實(shí)際廓線方程 滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪的實(shí)際廓線是圓心在理論廓線上的一族滾子圓的包絡(luò)線。由微分幾何可知，包絡(luò)線的方程為： 0),(0),(1111yxf

10、yxf式中x1、y1為凸輪實(shí)際廓線上點(diǎn)的直角坐標(biāo)。 對(duì)于滾子從動(dòng)件凸輪，由于產(chǎn)生包絡(luò)線（即實(shí)際廓線）的曲線族是一族滾子圓，其圓心在理論廓線上，圓心的坐標(biāo)由式13確定，所以由式4有： 式40)()(),(2212111Tryyxxyxf0)(2)(2),(1111ddyyyddxxxyxf聯(lián)立求解x1和y1，即得滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪的實(shí)際廓線參數(shù)方程： 221221/ddyddxddxryyddyddxddyrxxTT上面的一組加減號(hào)表示一根外包絡(luò)廓線，下面的一組加減號(hào)表示另一根內(nèi)包絡(luò)廓線。 4-5 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定擺動(dòng)從動(dòng)件：=4050直動(dòng)從動(dòng)件：=3038BQAFnPbrFsinFcosnBNBfNvdAfNANlableOlim一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和自鎖壓力角：接觸點(diǎn)法線與從動(dòng)件上作用點(diǎn)速度方向所夾的銳角。自鎖極限壓力角l2，l1，f，潤(rùn)滑二、按許用壓力角確定凸輪回轉(zhuǎn)中心位置和基圓半徑dddtddtdvlSSOP/2200erSeddarctgSSeddarctgSS轉(zhuǎn)