第5章凸輪機(jī)構(gòu)

1、 第五章第五章 凸凸 輪輪 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu) 1 1 應(yīng)用與分類應(yīng)用與分類2 2 從動件常用運(yùn)動規(guī)律從動件常用運(yùn)動規(guī)律 3 3 圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 4 4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定基本要求基本要求: :了解凸輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)了解凸輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)掌握從動件常用運(yùn)動規(guī)律的特點(diǎn)掌握從動件常用運(yùn)動規(guī)律的特點(diǎn)掌握凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸確定的原則掌握凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸確定的原則熟練掌握反轉(zhuǎn)法原理并進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)熟練掌握反轉(zhuǎn)法原理并進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的組成凸輪機(jī)構(gòu)的組成1-1-凸輪凸輪 2-2-氣閥氣閥 3-3-內(nèi)燃機(jī)殼體內(nèi)燃機(jī)殼體1-1-圓柱凸輪圓柱凸輪 2-2-直動

2、從動件直動從動件 3-3-毛坯毛坯1-1-凸輪凸輪 2-2-擺動從動件擺動從動件 3-3-線軸線軸內(nèi)燃機(jī)中的配氣凸輪機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)中的配氣凸輪機(jī)構(gòu)自動送料凸輪機(jī)構(gòu)自動送料凸輪機(jī)構(gòu)繞線機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)繞線機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)一、組成一、組成由三個構(gòu)件組成的一種高副機(jī)構(gòu)由三個構(gòu)件組成的一種高副機(jī)構(gòu) 凸輪：凸輪：具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件 從動件從動件: : 機(jī)架機(jī)架從動件從動件 凸輪凸輪 二、特點(diǎn)二、特點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動要求實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動要求優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): : 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊結(jié)構(gòu)簡單、緊湊 設(shè)計(jì)方便設(shè)計(jì)方便缺點(diǎn)缺點(diǎn): : 點(diǎn)、線接觸，易磨損，點(diǎn)、線接觸，易磨損， 不適合高速、重載不適合高速、

3、重載 1 1 按凸輪的形狀分按凸輪的形狀分從動件從動件 凸輪凸輪 凸輪凸輪 從動件從動件 從動件從動件 凸輪凸輪 三、分類三、分類盤形凸輪盤形凸輪移動凸輪移動凸輪平面凸輪平面凸輪空間凸輪空間凸輪圓柱凸輪圓柱凸輪2 2 按從動件的形狀分按從動件的形狀分尖頂從動件尖頂從動件 尖頂始終能夠與凸輪輪廓尖頂始終能夠與凸輪輪廓保持接觸，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的保持接觸，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動規(guī)律 易磨損，只宜用于輕載、易磨損，只宜用于輕載、低速低速滾子滾子從動件從動件 耐磨、承載大，較常用耐磨、承載大，較常用平底從動件平底從動件 接觸面易形成油膜，利于接觸面易形成油膜，利于 潤滑，常用于高速運(yùn)動潤滑，常用于高速運(yùn)動

4、 配合的凸輪輪廓必須全部配合的凸輪輪廓必須全部 外凸外凸尖頂從動件尖頂從動件滾子從動件滾子從動件平底從動件平底從動件平底從動件平底從動件3 3 按從動件的運(yùn)動形式分按從動件的運(yùn)動形式分 直動從動件直動從動件 往復(fù)移動往復(fù)移動 軌跡為直線軌跡為直線 擺動擺動從動件從動件 往復(fù)擺動往復(fù)擺動 軌跡為圓弧軌跡為圓弧尖頂尖頂從動件從動件 滾子滾子從動從動件件 平底平底從動件從動件 擺動擺動從動件從動件直動直動從動件從動件 4 4 按從動件的布置形式分按從動件的布置形式分 對心直動從動件對心直動從動件 偏置偏置直動直動從動件從動件尖頂尖頂從動件從動件 滾子滾子從動件從動件 配氣機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)繞線機(jī)構(gòu)繞線機(jī)構(gòu)

5、四、應(yīng)用四、應(yīng)用靠模機(jī)構(gòu)靠模機(jī)構(gòu)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)一、基本概念一、基本概念1.基圓、基圓半徑基圓、基圓半徑 rb 2.向徑向徑 r 3. 推程、推程運(yùn)動角推程、推程運(yùn)動角 4. 遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休止角 s 5. 回程、回程運(yùn)動角回程、回程運(yùn)動角 6. 近休止角近休止角 s 7. 7.轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 、位移位移 S S 8. 行程行程 (升程升程) hrrbSh sswCABDB2 2 從動件常用運(yùn)動規(guī)律從動件常用運(yùn)動規(guī)律 從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律 在凸輪廓線的推動下，從動件的在凸輪廓線的推動下，從動件的位移、速度、位移、速度、加速度加速度隨時間變化的規(guī)律，常以圖線表示，又稱隨時間變化的規(guī)律，常以圖線

6、表示，又稱為從動件運(yùn)動曲線。為從動件運(yùn)動曲線。 一般假定凸輪軸作等速運(yùn)轉(zhuǎn)，故凸輪轉(zhuǎn)角與時一般假定凸輪軸作等速運(yùn)轉(zhuǎn)，故凸輪轉(zhuǎn)角與時間成正比，因此間成正比，因此凸輪機(jī)構(gòu)從動件的運(yùn)動規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)從動件的運(yùn)動規(guī)律通常通常又可以表示為又可以表示為凸輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)。凸輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)。尖底直動從動件的位移曲線尖底直動從動件的位移曲線 基圓基圓：凸輪上具有最小半徑凸輪上具有最小半徑r ro o的圓的圓 推程與推程角推程與推程角：當(dāng)凸輪廓線當(dāng)凸輪廓線上的曲線段與從動件接觸時，上的曲線段與從動件接觸時，推動從動件沿導(dǎo)路由起始位置推動從動件沿導(dǎo)路由起始位置運(yùn)動到離凸輪軸心最遠(yuǎn)的位置。運(yùn)動到離凸輪軸心最遠(yuǎn)的位置。從動件的

7、這一運(yùn)動行程稱為推從動件的這一運(yùn)動行程稱為推程。此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的程。此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為角度稱為推程角推程角，從動件沿導(dǎo)從動件沿導(dǎo)路移動的最大位移稱為路移動的最大位移稱為升距升距h h。 遠(yuǎn)休止與遠(yuǎn)休止角：遠(yuǎn)休止與遠(yuǎn)休止角： 當(dāng)凸輪廓線上對應(yīng)的圓弧段與當(dāng)凸輪廓線上對應(yīng)的圓弧段與從動件接觸時，從動件在距凸輪軸心的最遠(yuǎn)處靜止不動。從動件接觸時，從動件在距凸輪軸心的最遠(yuǎn)處靜止不動。這一過程稱為這一過程稱為遠(yuǎn)休止遠(yuǎn)休止，此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為，此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休止角s 。 近休止與近休止角近休止與近休止角: : 當(dāng)凸輪廓線上對應(yīng)的圓弧段當(dāng)凸輪廓線上對應(yīng)的

8、圓弧段與從動件接觸時，從動件處于位移的起始位置，靜止與從動件接觸時，從動件處于位移的起始位置，靜止不動，這一過程稱為不動，這一過程稱為近休止近休止。此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過。此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為的角度稱為近休止角近休止角/s 。 回程與回程角回程與回程角: : 當(dāng)凸輪廓線上的曲線段與從動件當(dāng)凸輪廓線上的曲線段與從動件接觸時，引導(dǎo)從動件由最遠(yuǎn)位置返回到位移的起始位置。接觸時，引導(dǎo)從動件由最遠(yuǎn)位置返回到位移的起始位置。從動件的這一運(yùn)動行程稱從動件的這一運(yùn)動行程稱回程回程，此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過，此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為的角度稱為回程角回程角/。等速運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動線圖推程運(yùn)動方程推程運(yùn)動方程

9、0avhsw二、等速運(yùn)動規(guī)律二、等速運(yùn)動規(guī)律二、等速運(yùn)動規(guī)律二、等速運(yùn)動規(guī)律ShVahw-特點(diǎn)：特點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡單、勻速進(jìn)給設(shè)計(jì)簡單、勻速進(jìn)給, ,始、末兩點(diǎn)有始、末兩點(diǎn)有剛性沖擊剛性沖擊. . 適于適于低速、輕載、低速、輕載、從動桿質(zhì)量不大，以及要求從動桿質(zhì)量不大，以及要求 勻速的情況勻速的情況. .凸輪作等速運(yùn)動凸輪作等速運(yùn)動從動件也作等速運(yùn)動從動件也作等速運(yùn)動V=CV=C啟動瞬間啟動瞬間: :終止瞬間終止瞬間: :速度由速度由0V,0V,速度由速度由V0 ,V0 , 剛性沖擊剛性沖擊（F=ma） 00vtva00va10mmS12012040401201208080作運(yùn)動線圖作運(yùn)動線圖: :

10、h例：例：已知從動件作等速運(yùn)動已知從動件作等速運(yùn)動, ,20mm20mm， 120120, , S S4040, , 120120, , ss8080, ,作位移線圖。作位移線圖。取作圖比例取作圖比例l l在啟動與終止段用其它運(yùn)動規(guī)律過渡在啟動與終止段用其它運(yùn)動規(guī)律過渡 適于低速、輕載、從動桿質(zhì)量不大，有勻速要求。適于低速、輕載、從動桿質(zhì)量不大，有勻速要求。三、等加速等減速運(yùn)動規(guī)律三、等加速等減速運(yùn)動規(guī)律ShVa2hw4hw2特點(diǎn)特點(diǎn): : a a為有限值的突變?yōu)橛邢拗档耐蛔?慣性力小，運(yùn)動的慣性力小，運(yùn)動的 始、中、末點(diǎn)始、中、末點(diǎn)有有柔性沖擊柔性沖擊，適于，適于中低速、輕載中低速、輕載。

11、ABCABC行程（推程或回程）的前半行程作等加速運(yùn)動，行程（推程或回程）的前半行程作等加速運(yùn)動，后半行程作等減速運(yùn)動后半行程作等減速運(yùn)動149S0h/2h當(dāng)時間為當(dāng)時間為 1 : 2 : 3 : 41 : 2 : 3 : 4位移為位移為 1 : 4 : 9 :161 : 4 : 9 :162221atS等加速等減速等加速等減速 V0=0, 作圖作圖: : ( (推程推程) ) 前半行程前半行程(h/2)(h/2)等加速等加速 后半行程后半行程(h/2)(h/2)等減速等減速 推程前半行程取推程前半行程取 =3 =3 位移位移1 : 4 : 91 : 4 : 9推程后半段等減速推程后半段等減速(

12、 (取取 =3) =3) 對應(yīng)的對應(yīng)的2 2為為9 : 4 : 19 : 4 : 1三、余弦加速度運(yùn)動規(guī)律三、余弦加速度運(yùn)動規(guī)律 ( (簡諧運(yùn)動位移運(yùn)動規(guī)律簡諧運(yùn)動位移運(yùn)動規(guī)律) )特點(diǎn)特點(diǎn): : 加速度變化連續(xù)平緩加速度變化連續(xù)平緩. . 始、末點(diǎn)有始、末點(diǎn)有柔性沖擊柔性沖擊. . 適于適于中低速、中輕載中低速、中輕載. .點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動, , 它在這個圓的直徑上的它在這個圓的直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動。投影所構(gòu)成的運(yùn)動。凸輪作勻速運(yùn)動凸輪作勻速運(yùn)動, ,S S2 2按余弦規(guī)律變化按余弦規(guī)律變化 , ,余弦加速度運(yùn)動余弦加速度運(yùn)動, ,始點(diǎn)與終點(diǎn)有柔性沖擊。始點(diǎn)與終點(diǎn)

13、有柔性沖擊。簡諧運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動線圖相對運(yùn)動原理相對運(yùn)動原理 （解析法、作圖法）（解析法、作圖法）反轉(zhuǎn)法：反轉(zhuǎn)法：給整個機(jī)構(gòu)加給整個機(jī)構(gòu)加 -運(yùn)動運(yùn)動凸輪不動，凸輪不動，機(jī)架反轉(zhuǎn)，機(jī)架反轉(zhuǎn)，推桿作復(fù)合運(yùn)動推桿作復(fù)合運(yùn)動3 3 按給定從動件運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓按給定從動件運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓一、設(shè)計(jì)原理一、設(shè)計(jì)原理 已知已知:r:rb b、h h、的方向、從動桿運(yùn)動規(guī)律和凸輪相應(yīng)轉(zhuǎn)角的方向、從動桿運(yùn)動規(guī)律和凸輪相應(yīng)轉(zhuǎn)角. . 凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角從動桿運(yùn)動規(guī)律從動桿運(yùn)動規(guī)律 0180 等速上升等速上升 h180 210 上停程上停程210 300 等速下降等速下降 h300 360 下停程下停程解解:

14、1.: 1.以已知規(guī)律以已知規(guī)律 作位移曲線作位移曲線. . S03600180021003000h1 2 3 4 5 6 7 8 9 102. 2. 作凸輪廓線作凸輪廓線 w012345678910-二、對心尖頂直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)二、對心尖頂直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)例例: :尖底從動件盤形凸輪尖底從動件盤形凸輪已知：凸輪以等角速度已知：凸輪以等角速度 順時針方向轉(zhuǎn)動，凸輪順時針方向轉(zhuǎn)動，凸輪基圓半徑基圓半徑r ro o，導(dǎo)路與凸輪回轉(zhuǎn)中心間的相對位置，導(dǎo)路與凸輪回轉(zhuǎn)中心間的相對位置及偏距及偏距e e, ,從動件的運(yùn)動規(guī)律。從動件的運(yùn)動規(guī)律。 直動從動件盤形凸輪廓線設(shè)計(jì)直動從動件盤形凸輪廓線

15、設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟、 作從動件的位移線圖作從動件的位移線圖、確定從動件尖底的初始位置、確定從動件尖底的初始位置 、確定導(dǎo)路在反轉(zhuǎn)過程中的一系列位置、確定導(dǎo)路在反轉(zhuǎn)過程中的一系列位置 、確定尖底在反轉(zhuǎn)過程中的一系列位置、確定尖底在反轉(zhuǎn)過程中的一系列位置 、繪制凸輪廓線、繪制凸輪廓線 w理論廓線理論廓線工作廓線工作廓線三、對心滾子直動從動件三、對心滾子直動從動件 已知已知: r: rb b、h h 、r rr r 、 、 從動桿運(yùn)動規(guī)律從動桿運(yùn)動規(guī)律. .滾子從動件盤形凸輪滾子從動件盤形凸輪已知：凸輪以等角速度已知：凸輪以等角速度 順時針方向轉(zhuǎn)動，凸輪順時針方向轉(zhuǎn)動，凸輪基圓半徑基圓半徑r ro

16、 o，導(dǎo)路與凸輪回轉(zhuǎn)中心間的相對位置，導(dǎo)路與凸輪回轉(zhuǎn)中心間的相對位置及偏距及偏距e e，滾子半徑為，滾子半徑為r,r,從動件的運(yùn)動規(guī)律。從動件的運(yùn)動規(guī)律。 w凸輪的理論廓線凸輪的理論廓線：根據(jù)滾子中心的運(yùn)動軌：根據(jù)滾子中心的運(yùn)動軌跡設(shè)計(jì)出的廓線跡設(shè)計(jì)出的廓線凸輪的實(shí)際廓線：凸輪的實(shí)際廓線：與滾子直接接觸的廓線與滾子直接接觸的廓線過程中的一系列位置過程中的一系列位置 注意：注意：n基圓是指凸輪理論廓線上由最小半徑所基圓是指凸輪理論廓線上由最小半徑所作的圓作的圓n從動件端部的滾子與凸輪實(shí)際廓線的接從動件端部的滾子與凸輪實(shí)際廓線的接觸點(diǎn)會隨凸輪的轉(zhuǎn)動而不斷變化。觸點(diǎn)會隨凸輪的轉(zhuǎn)動而不斷變化。按尖頂從

17、動件作理論輪廓線一系列點(diǎn)按尖頂從動件作理論輪廓線一系列點(diǎn)A A0 0,A,A1 1,A,A2 2,.,. 過各點(diǎn)作作各位置的平底過各點(diǎn)作作各位置的平底A A0 0B B0 0,A,A1 1B B1 1,A,A2 2B B2 2.作這些平底的包絡(luò)線作這些平底的包絡(luò)線實(shí)際輪廓實(shí)際輪廓實(shí)際廓線實(shí)際廓線 A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10w1四、平底（對心直動）從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)四、平底（對心直動）從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)平底從動件盤形凸輪平底從動件盤形凸輪與滾子從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì)方法與滾子從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì)方法相類似。相類似。n將將平底

18、與導(dǎo)路中心線的交點(diǎn)平底與導(dǎo)路中心線的交點(diǎn)作為作為假想的尖底從動件的尖端；假想的尖底從動件的尖端；n應(yīng)用反轉(zhuǎn)法，根據(jù)平底從動件的應(yīng)用反轉(zhuǎn)法，根據(jù)平底從動件的運(yùn)動規(guī)律，依次運(yùn)動規(guī)律，依次確定出假想的尖端確定出假想的尖端在反轉(zhuǎn)過程中所處的位置在反轉(zhuǎn)過程中所處的位置，并在這，并在這些位置點(diǎn)分別作出各平底的圖形；些位置點(diǎn)分別作出各平底的圖形；n作平底的作平底的內(nèi)包絡(luò)線內(nèi)包絡(luò)線，即為所要設(shè)計(jì)，即為所要設(shè)計(jì)的凸輪廓線的凸輪廓線 平面凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定平面凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪基園半徑的確定凸輪基園半徑的確定滾子半徑的選擇滾子半徑的選擇4 4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸凸輪機(jī)構(gòu)基

19、本尺寸F w wttnn F F 當(dāng) 大于一定值 自鎖.1壓力角壓力角的確定的確定 驅(qū)動力驅(qū)動力F F與壓力角與壓力角 原則原則 max max FF壓力角：壓力角：從動件與凸輪在接觸點(diǎn)從動件與凸輪在接觸點(diǎn)處的受力方向與其在該點(diǎn)絕對速處的受力方向與其在該點(diǎn)絕對速度方向之間所夾的銳角度方向之間所夾的銳角 許用壓力角：許用壓力角：為改善凸輪機(jī)構(gòu)的受力情況、提高機(jī)為改善凸輪機(jī)構(gòu)的受力情況、提高機(jī)械效率，規(guī)定了允許采用的最大壓力角。械效率，規(guī)定了允許采用的最大壓力角。推程推程（工作行程）推薦的許用壓力角為：（工作行程）推薦的許用壓力角為：直動從動件直動從動件擺動從動件擺動從動件回程回程（空回行程）（空回行程）max0080700045350040302.2.基圓半徑基圓半徑基圓基圓r rb b 越小越小 結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊 壓力角壓力角 效率效率 自鎖自鎖 一般一般： r rb b(0.8(0.81)1)d dz