凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計

1、第三章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計§3-1 概述1 凸輪機(jī)構(gòu)的基本組成及應(yīng)用特點(diǎn)組成：凸輪、從動件、機(jī)架運(yùn)動特征：主動件（凸輪）作勻角速回轉(zhuǎn)，或作勻速直線運(yùn)動，從動件能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的預(yù)期運(yùn)動規(guī)律。尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)、尖底擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)滾子直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)、滾子擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)、移動凸輪機(jī)構(gòu)、平底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)端面圓柱凸輪機(jī)構(gòu)、內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：（1）從動件易于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的預(yù)期運(yùn)動規(guī)律。（2）結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。（3）便于設(shè)計。缺點(diǎn)：（1）高副機(jī)構(gòu)，點(diǎn)或線接觸，壓強(qiáng)大、易磨損，傳力小。（2）加工制造比低副機(jī)構(gòu)困難。應(yīng)用：主要用于自動機(jī)械、自動控

2、制中（如輕紡、印刷機(jī)械）。2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類1按凸輪形狀分：盤型、移動、圓柱2按從動件運(yùn)動副元素分：尖底、滾子、平底、球面（P197）3按從動件運(yùn)動形式分：直動、擺動4按從動件與凸輪維持接觸的形式分：力封閉、形封閉3 凸輪機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)與運(yùn)動學(xué)設(shè)計參數(shù)§3-2凸輪機(jī)構(gòu)基本運(yùn)動參數(shù)設(shè)計一有關(guān)名詞行程從動件最大位移h。推程S的過程?；爻蘏的過程。推程運(yùn)動角從動件上升h，對應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)過的角度。遠(yuǎn)休止角從動件停留在最遠(yuǎn)位置，對應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)過的角度?；爻踢\(yùn)動角從動件下降h，對應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)過的角度。近休止角從動件停留在低遠(yuǎn)位置，對應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)過的角度。一個運(yùn)動循環(huán) 凸輪：轉(zhuǎn)過2，從動件：升停降?；鶊A以理論廓線

3、最小向徑r0作的圓。尖底從動件：理論廓線即是實(shí)際廓線。滾子從動件：以理論廓線上任意點(diǎn)為圓心，作一系列滾子圓，其內(nèi)包絡(luò)線為實(shí)際廓線。從動件位移線圖從動件位移S與凸輪轉(zhuǎn)角（或時間t）之間的對應(yīng)關(guān)系曲線。從動件速度線圖位移對時間的一次導(dǎo)數(shù)加速度線圖位移對時間的二次導(dǎo)數(shù)統(tǒng)稱從動件運(yùn)動線圖度量基準(zhǔn)（在理論廓線上）1）從動件位移S：推程、回程均從最低位置度量。2）凸輪轉(zhuǎn)角：從行程開始對應(yīng)的向徑度量（以O(shè)為圓心，O至行程起始點(diǎn)為半徑作弧與導(dǎo)路中心線相交得P點(diǎn)，POX=）。舉例：1對心尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)：推程、回程2偏置尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)：推程、回程二、從動件運(yùn)動規(guī)律設(shè)計1 工作循環(huán)圖與凸輪工

4、作轉(zhuǎn)角的確定(發(fā)動機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu))2 2從動件運(yùn)動規(guī)律1）等速運(yùn)動位移： 速度加速度理論上，行程開始和行程結(jié)束處，速度有突變，加速度,慣性力,稱剛性沖擊。由于材料有彈性變形，不可能達(dá)到，但仍然有強(qiáng)烈的沖擊。只適用于低速輕載。2）等加速度、等減速度運(yùn)動等加速度 等減速度 加速度有突變，慣性力有突變,產(chǎn)生柔性沖擊，適用于中速輕載。3）余弦加速度運(yùn)動規(guī)律加速度有突變，存在柔性沖擊, 適用于中速。4）擺線運(yùn)動規(guī)律（正弦加速度）加速度無突變，既無剛性沖擊，又無柔性沖擊，適用于高速。5）多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律3-4-5次多項(xiàng)式 P142 組合運(yùn)動規(guī)律：8段曲線組合的發(fā)動機(jī)高速凸輪運(yùn)動規(guī)律§3-3凸輪機(jī)構(gòu)

5、基本運(yùn)動參數(shù)設(shè)計一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和自鎖Q工作阻力，R1、R2總反力F驅(qū)動力取從動件（構(gòu)件2）為脫離體：大?。?？方向： 不能作出力多邊形，將、合成為一個力，有： 大小： ？ ？方向： 作出力多邊形如左圖，知Q不變，R方向亦不變，當(dāng)，F(xiàn)，增大至使F與R平行，F(xiàn)，說明：在外載荷Q作用下，為維持平衡，F(xiàn)需無窮大，這顯然不可能，因而機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動，稱自鎖。進(jìn)一步說明：1. 結(jié)構(gòu)參數(shù)l，b，R1、R2交點(diǎn)q遠(yuǎn)，合力R趨向水平，而F方向不變，為克服相同的工作阻力Q，可使F。2. 即使不出現(xiàn)F，但F很大，高副壓強(qiáng)大，易磨損，且機(jī)械效率，機(jī)構(gòu)傳動不利，故壓力角不能太大。這種現(xiàn)象必須避免。為此，必須規(guī)定一個許

6、用壓力角。推程:擺動從動件：=40°50°直動從動件：=30°38°回程:=7080°凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計過程1) 根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式;凸輪：盤形凸輪、移動凸輪、圓柱凸輪等從動件：直動、擺動2) 選擇從動件運(yùn)動規(guī)律;運(yùn)動規(guī)律函數(shù)、行程h、推程運(yùn)動角1、遠(yuǎn)休止角2、回程運(yùn)動角3、近休止角4 。3) 合理確定機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸;基圓半徑、滾子半徑直動從動件：偏距e及方向。擺直動從動件：從動件長度、機(jī)架長度。驗(yàn)算：壓力角4) 設(shè)計凸輪輪廓曲線5) 凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計二移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的設(shè)計設(shè)計中除了要有良好的受力特性，還希望機(jī)構(gòu)盡量緊湊

7、。而凸輪大小取決于基圓半徑ro，而ro的大小又與直接有關(guān)系，作理論廓線的法線n-n，與過O點(diǎn)與導(dǎo)路相垂直的直線交于P點(diǎn)，由三心定理P點(diǎn)即為相對瞬心。OP=V/=(ds/dt)/(d/dt)=ds/d則由CDP可得其中：ds/d為位移曲線的斜率，推程為正，回程為負(fù)。在其它條件不變時，尺寸小。設(shè)計時，取為保證有較小的，偏距e應(yīng)取在瞬心同一側(cè)。三擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的設(shè)計基本概念逆向型（推程：從動件轉(zhuǎn)向與凸輪轉(zhuǎn)向相反）正向型（推程：從動件轉(zhuǎn)向與凸輪轉(zhuǎn)向相同）圖a和圖b所示分別為逆向型和同向型凸輪機(jī)構(gòu)(a) 逆向型 ( b) 同向型由圖知，凸輪理論輪廓上以O(shè)1為極點(diǎn)，極徑為的方程為 (1)由

8、圖中的幾何關(guān)系有: (2) (3) (4)對應(yīng)的極角為 逆向型 (5)同向型 (6)由上述公式知，即使在結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動規(guī)律完全相同的條件下，分別按逆向型設(shè)計和正向型設(shè)計所的到的兩個凸輪的形狀是不同的。§3-4 平面凸輪輪廓曲線的設(shè)計反轉(zhuǎn)法 對整個機(jī)構(gòu)加上一公共角速度（-），而獲得從動件相對凸輪的一系列位置。對心尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計已知：基圓半徑r0，偏距e，運(yùn)動規(guī)律，凸輪轉(zhuǎn)向滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)在理論輪廓上作一系列滾子圓，其內(nèi)包絡(luò)線為凸輪實(shí)際廓線。凸輪的基圓半徑在理論廓線上。偏置尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計問題：CG系列

9、發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣搖臂均由同一凸輪驅(qū)動，進(jìn)氣機(jī)構(gòu)為逆向設(shè)計，排氣機(jī)構(gòu)為正向設(shè)計。在運(yùn)動規(guī)律、基圓半徑、搖臂長度、中心距等參數(shù)完全相同的條件下，按逆向設(shè)計和正向設(shè)計所獲得的凸輪型線是不同的，而CG發(fā)動機(jī)又是同一凸輪驅(qū)動，我國CG發(fā)動機(jī)源于日本，日本人是怎么進(jìn)行設(shè)計的？§3-5 凸輪機(jī)構(gòu)從動件的設(shè)計1從動件高副元素的選擇尖底、滾子、平底2 滾子半徑及平底寬度的確定1）滾子半徑的確定滾子從動件凸輪的實(shí)際輪廓曲線，是以理論輪廓上各點(diǎn)為圓心作一系列滾子圓的包絡(luò)線而形成，滾子選擇不當(dāng)，則無法滿足運(yùn)動規(guī)律。a）內(nèi)凹的凸輪輪廓曲線a實(shí)際輪廓 b理論輪廓理論輪廓曲率半徑 實(shí)際輪廓曲率半徑,無論滾子半徑大小如何，則總能作出實(shí)際輪廓曲線b）外凸的凸輪輪廓曲線由于 當(dāng)時，,實(shí)際輪廓可作出。 若，,實(shí)際輪廓出現(xiàn)尖點(diǎn)，易磨損，可能使用。若，則,實(shí)際輪廓出現(xiàn)交叉，加工時，交叉部分被切除，出現(xiàn)運(yùn)動失真，這一現(xiàn)象需避免。綜上所述，理論輪廓的最小曲率半徑，即:，為避免產(chǎn)生過度切割，可，或使曲線平坦，即增大。因此可規(guī)定一許用曲率半徑即：， 一旦給出，求出，即可求出滾子半徑最大值。即曲率