CH3-凸輪機構(gòu)

1、機械原理第三章 凸輪機構(gòu)目錄3-1 3-1 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類3-2 3-2 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律3-3 3-3 盤形凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定盤形凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定3-4 3-4 根據(jù)預(yù)定運動規(guī)律設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線根據(jù)預(yù)定運動規(guī)律設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線3-5 3-5 空間凸輪機構(gòu)空間凸輪機構(gòu) 是一個具有曲線輪廓的構(gòu)件。含有凸輪的機構(gòu)稱為。它由凸輪凸輪、從動件從動件和機架機架組成。3.1 3.1 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)的應(yīng)用凸輪機構(gòu)的應(yīng)用打標(biāo)機打標(biāo)機進刀凸輪機構(gòu)進刀凸輪機構(gòu)內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)內(nèi)燃

2、機配氣凸輪機構(gòu)多缸內(nèi)燃機-配氣機構(gòu)沖壓機沖壓機凸輪機構(gòu)的優(yōu)缺點凸輪機構(gòu)的優(yōu)缺點只需確定適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，即可實現(xiàn)從動件；結(jié)構(gòu)簡單，運動可靠。 從動件與凸輪,易磨損載荷較小的運動控制一）按凸輪的形狀分一）按凸輪的形狀分二、凸輪機構(gòu)的分類二、凸輪機構(gòu)的分類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4、圓錐凸輪、圓錐凸輪 1、尖頂從動件、尖頂從動件二）按從動件上高副元素的幾何形狀分二）按從動件上高副元素的幾何形狀分2、滾子從動件、滾子從動件3、平底從動件、平底從動件三）按凸輪與從動件的鎖合方式分三）按凸輪與從動件的鎖合方式分 力鎖合的凸輪機構(gòu) 形鎖合的凸輪機構(gòu)2、形鎖合的凸

3、輪機構(gòu)1）凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)2）凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)3）凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)4）凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu) （對心、偏置）凸輪機構(gòu)四）根據(jù)從動件的運動形式分四）根據(jù)從動件的運動形式分有趣的凸輪機構(gòu)名稱 偏置滾子移動從動件盤形凸輪機構(gòu) 對心尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu) sh偏心距偏心距 s (從動件從動件)02e回程運動角回程運動角推程運動角推程運動角遠休止角遠休止角近休止角近休止角AD( ,s)CBO rb三、凸輪機構(gòu)的工作原理三、凸輪機構(gòu)的工作原理基圓基圓行程行程ABCDB h s s?ABCDABCDABCDO ABCD B導(dǎo)致BOA的原因是什么？或： 什么條件下=BOA？考慮到： 推程運動角 =BOB

4、 近休止角s =DOA 遠休止角s =COB 回程運動角 =DOC 那么凸輪旋轉(zhuǎn)一周，4個角的和豈不是360 DABCDO現(xiàn)象現(xiàn)象: 只要偏心距偏心距e不為0, 即使AB與CD形狀相同, 比快。如果從動件從動件偏向O點左側(cè), 問問1：和哪個快？問問2：這樣布置是否合理？rba擺動從動件凸輪機構(gòu)擺動從動件凸輪機構(gòu)中心距中心距a桿長桿長l擺桿初始位置角擺桿初始位置角 0角位移角位移 擺幅擺幅 maxABCDO1O2 max 0B 基圓基圓)2/()(arccos2220alrlabl?bbBOrrlaL221:的條件BOA推程角23)-3-出(20100810班同學(xué)給能源船海船海1105 聶小云的

5、答案聶小云的答案(2013-3-19)S SS2h( )( max)3）凸輪機構(gòu)曲線輪廓的設(shè)計）凸輪機構(gòu)曲線輪廓的設(shè)計4）繪制凸輪機構(gòu)工作圖）繪制凸輪機構(gòu)工作圖1）從動件運動規(guī)律的設(shè)計）從動件運動規(guī)律的設(shè)計2）凸輪機構(gòu)基本尺寸的設(shè)計）凸輪機構(gòu)基本尺寸的設(shè)計移動從動件：基圓半徑移動從動件：基圓半徑rb，偏心距，偏心距e;擺動從動件：基圓半徑擺動從動件：基圓半徑rb，凸輪轉(zhuǎn)動中心到從動件，凸輪轉(zhuǎn)動中心到從動件擺動中心的距離擺動中心的距離a及擺桿的長度及擺桿的長度l;滾子從動件：除上述外，還有滾子半徑滾子從動件：除上述外，還有滾子半徑rr。平底從動件：除上述外，平底長度平底從動件：除上述外，平底長度

6、L。O1O2a lO1 erbrb四、凸輪機構(gòu)的設(shè)計任務(wù)四、凸輪機構(gòu)的設(shè)計任務(wù)3-2 3-2 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律 一、一、二、二、簡介簡介三、從動件運動規(guī)律設(shè)計三、從動件運動規(guī)律設(shè)計 升升-停停-回回-停型停型(RDRD)升升-回回-停型停型(RRD)升升-停停-回型回型(RDR)升升-回型回型(RR)S S2( )S SS2( )S S2( )S 2( )運動循環(huán)的類型運動循環(huán)的類型從動件運動規(guī)律的數(shù)學(xué)方程式從動件運動規(guī)律的數(shù)學(xué)方程式類速度類速度類加速度類加速度類躍動度類躍動度位移位移)( fS 速度速度 ddSdtdddSdtdSv加速度加速度222 dSddtdddvd

7、tdva躍動度躍動度333 dSddtdddadtdaja = 2(2c2 + 6c3 +12c4 2 + +n(n-1)cn n-2)s = c0 + c1 + c2 2 + c3 3 + + cn nv = ( c1 + 2c2 + 3c3 2 + +ncn n-1)式中，式中， 為凸輪的轉(zhuǎn)角（為凸輪的轉(zhuǎn)角（）；）； 0，1，2， ，為為 + 個待定系數(shù)。個待定系數(shù)。j = 3(6c3 + 24c4 + +n(n-1)(n-2)cn n-3)0110acvccs等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律 0aa=0 0sh 0vv剛性沖擊剛性沖擊 =0，s=0; = ，s=h0ahvhs的方程式呢？的方程式

8、呢？0,2, 2vhshs222224)(4)(2hahvhhs2221221022caccvcccs2, 20, 0, 0hsvs22222442hahvhs等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律2）n = 2的運動規(guī)律的運動規(guī)律3222212111)cos()sin()cos(coscccvdtsccadtvctca hsvs,0,0,0 )cos(2)sin(2)cos(12222 hahvhss o voa oj oh3222212111)2sin(4)2cos(2)2sin()sin(cccvdtsccadtvctcahss,0,0)2sin(2)2cos(1)2sin(2122h

9、ahvhss o voa oj o h二、組合運動規(guī)律簡介1、對于運動的 凸輪機構(gòu)，要求從動件的 位移曲線在銜接處相切，以。2、對于的凸輪機構(gòu)，則還要求從動件的 速度曲線在銜接處相切，以保證。 a O ABCDEFO梯形加速度運動規(guī)律梯形加速度運動規(guī)律a 改進型等速運動規(guī)律改進型等速運動規(guī)律 0 0aa=0 v 0sh三、從動件運動規(guī)律設(shè)計三、從動件運動規(guī)律設(shè)計1、從動件的 要盡量??；2、從動件的 要盡量小；3、從動件的 要盡量小。運動規(guī)律運動規(guī)律Vmax(h / / amax (h 2 2/2 2) 沖擊特性沖擊特性適用范圍適用范圍等速1.0 剛性剛性低速輕載低速輕載等加速等減速2.04.0

10、0柔性柔性中速輕載中速輕載余弦加速度1.574.93柔性柔性中速中載中速中載正弦加速度2.006.28無無高速輕載高速輕載從動件常用基本運動規(guī)律特性從動件常用基本運動規(guī)律特性33 33 盤形凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定盤形凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定 一、移動從動件盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸 二、擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸 tt一、移動從動件移動從動件盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸設(shè)計SSOCOPCACP0tan1221,vOPvOP即 1es0srbP13COP23nnP Av2 tteCOnnPASSOCOPCACP0tan113)/(tan2212Serevb123)(/tan1212srvsrvbb對于

11、移動從動件盤形凸移動從動件盤形凸輪機構(gòu)輪機構(gòu)，e=0，則有：思考：某對心尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律如下圖，確定壓力角最大點。Serevb2212)/(tan 1、偏距、偏距e的大小和偏置方位的選擇原則的大小和偏置方位的選擇原則brvve1minmax)(21 應(yīng)有利于減小從動件工作行程時的最大壓應(yīng)有利于減小從動件工作行程時的最大壓力角力角。 為此應(yīng)使從動件在工作行程中，位于凸輪回轉(zhuǎn)中心O的，此時凸輪上C點的線速度指向與從動件工作行程的線速度指向相同。 偏距不宜取得太大，可近似取為：2、凸輪基圓半徑的確定、凸輪基圓半徑的確定加大基圓半徑，可減小壓力角，有利于傳力;不足是：同時加大了機構(gòu)

12、尺寸。因此，原則如下：222212)/()/(estgeddsestgevrb這時，若從動件運動規(guī)律s = s()已知，代入下式，可求得一系列rb，取最大者為基圓半徑取較小的基圓半徑，按許用壓力角( =30度)求mmrrmmrrhmsh3)107(75. 1根據(jù)實際輪廓的最小向徑根據(jù)實際輪廓的最小向徑rm確定基圓半徑確定基圓半徑rb，校核壓力角校核壓力角根據(jù)結(jié)構(gòu)和強度確定基圓半徑根據(jù)結(jié)構(gòu)和強度確定基圓半徑如考慮到安裝在軸上，必須有大的輪轂如考慮到安裝在軸上，必須有大的輪轂rsrhrm二、二、擺動從動件擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸整理后，得：整理后，得：情況情況1：凸輪

13、的轉(zhuǎn)向凸輪的轉(zhuǎn)向 1 與從動件的轉(zhuǎn)向與從動件的轉(zhuǎn)向 2)2/()(arccos2220alrlab)tan(1)sin() 1/(tan0012al)cos(cos02POllPOPOPOPOllall222112其中：其中： nn 1 2rbKv2la 0+ BPO1O2 情況情況2： 1 與與 2)tan(1)sin() 1/(tan0012al)tan(1)sin() 1/(tan0012al與時的情況對比： nn 1 2rbKv2la 0+ BO1O2 P)cos()(cos01allPOPOPOlal1112整理后,得：擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的與從動件的運動規(guī)律、擺桿長度、基圓半徑及

14、中心距有關(guān)。在運動規(guī)律和 基本尺寸相同的情況下，可擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的。一、圖解法設(shè)計盤形凸輪機構(gòu)一、圖解法設(shè)計盤形凸輪機構(gòu)二、解析法設(shè)計盤形凸輪機構(gòu)二、解析法設(shè)計盤形凸輪機構(gòu)3-4 根據(jù)預(yù)定運動規(guī)律設(shè)計盤根據(jù)預(yù)定運動規(guī)律設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線形凸輪輪廓曲線一、盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計一、盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計圖解法圖解法1、從動件盤形凸輪機構(gòu)從動件盤形凸輪機構(gòu)2、從動件盤形凸輪機構(gòu)從動件盤形凸輪機構(gòu)3、從動件盤形凸輪機構(gòu)從動件盤形凸輪機構(gòu)4、從動件盤形凸輪機構(gòu)從動件盤形凸輪機構(gòu) 2 S 1123s1s2hOrb- 1 1s11 1s12s2s23hh32凸輪輪廓曲線設(shè)計的基本原理凸輪輪廓曲線設(shè)計的基

15、本原理（反轉(zhuǎn)法）（反轉(zhuǎn)法） ss113h- rb e1、從動件凸輪輪廓設(shè)計O3 1 1hs1s1131找出圖中所有的線對？ 12 1）在偏距圓上旋轉(zhuǎn)2）以基圓為基點量 1 2 S 1123s1s2h- 11 11s1Orb es22h3Fv s1 1已知：已知：S=S（ ），），rb，e， 從動件凸輪輪廓設(shè)計 2 S 1123s1s2h- 11 11s1Orb es22h3已知：已知：S=S( ), rb, e, , rr理論輪廓理論輪廓實際輪廓實際輪廓Fv 2、偏置滾子移動偏置滾子移動從動件凸輪輪廓設(shè)計從動件凸輪輪廓設(shè)計3、平底移動平底移動從動件凸輪輪廓設(shè)計從動件凸輪輪廓設(shè)計 與滾子移動從動

16、件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計基本相似。 先以B0點為基準(zhǔn)作出理論輪廓線； 而后畫出平底； 作平底的包絡(luò)線。OALmaxP S S 91122334455667788 3- B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C7 1 0已知：已知： = f( )，rb，L(桿長桿長)，a(中心距中心距)， A0B0 0O S S A1A2A3A4A5A9A8A7A6B1 1C9B9Fv 34、從動件盤形凸輪機構(gòu)從動件盤形凸輪機構(gòu)1二、盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計二、盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計解析法解析法1、從動件盤形凸輪機構(gòu)從動件盤形凸輪機構(gòu)2、從動件盤形凸輪機構(gòu)從動件盤形凸輪機構(gòu)3、從動件盤形凸輪機構(gòu)從動件盤

17、形凸輪機構(gòu)4、從動件盤形凸輪機構(gòu)從動件盤形凸輪機構(gòu)yxO cos)cos(1xxsin)sin(1yysincossintancossinsincoscos)cos(cos11yxxxxxxxxxy/tansincostan/sincossincoscossin)sin(sin11xyyyyyyyycossinsincos11yxyyxx )cos()sin()sin()cos(1111yxyyxx于是于是:坐標(biāo)轉(zhuǎn)動 ？坐標(biāo)轉(zhuǎn)動 1111)cos()sin()sin()cos(BBBBBByxyyxx1、從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計 yerbxC0OB1B0BC- 2 ss

18、 B從動件盤形凸輪機構(gòu)從動件盤形凸輪機構(gòu)seresseyxbBB221011cossinsincos)cos()sin()sin()cos(R11BBBByxRyxcos)(sinsin)(coscossinsincos000ssessesseyxBB yerbxC0OB1B0BC- 若從動件相對于凸輪回轉(zhuǎn)中心的偏置方向與x方向同向，則e0, 反之e0，反之 0，反之，反之 0aL yrbx- AB0B1BO 0 3、從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計是過接觸點的法線夾角。而與互為負(fù)倒數(shù)(高等數(shù)學(xué)) ，所以：OnnB0Brb yx rrCCrm（a）理論輪廓曲線的設(shè)計）理論輪廓曲線的設(shè)計（b）實際輪廓）

19、實際輪廓ddyddxdydxBBBB/tansincosrBCrBCryyrxxCBCrrrr2種計算方法 求tan ; 根據(jù)tan的分子/分母確定的值 求sin 、cos 依據(jù)公式： 此法無須考慮22/sinddyddxddxBBB22/cosddyddxddyBBB(c)刀具中心軌跡方程刀具中心軌跡方程砂輪砂輪滾子滾子rrrcrc-rr c鉬絲鉬絲滾子滾子rrrcrr-rc c上式中用上式中用|rc- rr |代替代替rr即得刀具中心軌跡方程即得刀具中心軌跡方程sincosrBCrBCryyrxx(d)滾子半徑的確定滾子半徑的確定rr bmin minrr 0rr= min min bmi

20、n = min - rr= 0 當(dāng)當(dāng)時，實際輪廓為一光滑曲線。時，實際輪廓為一光滑曲線。 當(dāng)當(dāng)時，實際輪廓將出現(xiàn)尖點，極易磨時，實際輪廓將出現(xiàn)尖點，極易磨損，會引起運動失真。損，會引起運動失真。當(dāng)當(dāng)rr min時，實際輪廓將出時，實際輪廓將出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，會引起運動失現(xiàn)交叉現(xiàn)象，會引起運動失真。真。rr bmin min bmin = min + rr 0內(nèi)凹的輪廓曲線不內(nèi)凹的輪廓曲線不存在失真。存在失真。 minrrrr min bmin = min - rr 022222222232,)(1dxddydxdydddxddydxdyxdyddxdy bmin = min rr3mm rr mi

21、n - 3 mm rr 0.8 min rr 0.4rb 或或一般一般cos)(sinsin)(cossrddssrddsyxbbBB4 4、從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計1、輪廓曲線的設(shè)計、輪廓曲線的設(shè)計ddsdtddtdsvOP/1211BBBByxRyxsrddssrOPyxbbBB/11(1) 基本尺寸的確定基本尺寸的確定L = Lmax+ Lmax+(410)mmLmax=(OP) max=(ds/d ) maxL為平底總長，為平底總長， L max和和L max為平為平底與凸輪接觸點到從動件導(dǎo)路中底與凸輪接觸點到從動件導(dǎo)路中心線的左、右兩側(cè)心線的左、右兩側(cè) 的最遠

22、距離。的最遠距離。5432112345rbrb（2） 凸輪輪廓的向徑凸輪輪廓的向徑不能變化太快。不能變化太快。OA LmaxP2.平底長度的確定平底長度的確定凸輪機構(gòu)的特殊情況 對于平底凸輪機構(gòu)，其運動規(guī)律不可隨意選擇，實驗證明，在已講過的4種運動規(guī)律中，等速運動規(guī)律必定導(dǎo)致輪廓失真。 下面是不同參數(shù)下的設(shè)計輪廓。凸輪凸輪機構(gòu)機構(gòu)的計的計算機算機輔助輔助設(shè)計設(shè)計使用要求使用要求選擇凸輪機構(gòu)的類型選擇凸輪機構(gòu)的類型設(shè)計從動件的運動規(guī)律設(shè)計從動件的運動規(guī)律確定基本尺寸確定基本尺寸建立凸輪廓線方程建立凸輪廓線方程計算機仿真計算機仿真評價評價決策決策 建立直角坐標(biāo)系，以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點，建立直角坐標(biāo)

23、系，以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點，y y軸與軸與從動件導(dǎo)路平行，凸輪理論廓線方程為：從動件導(dǎo)路平行，凸輪理論廓線方程為：例：一直動偏置滾子從動件凸輪機構(gòu)，已知rb=50mm，rr=3mm，e=12mm，凸輪以等角速度逆時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過=1800，從動件以等加速等減速運動規(guī)律上升h=40mm，凸輪再轉(zhuǎn)過=1500，從動件以余弦加速度運動規(guī)律下降回原處，其余s=300，從動件靜止不動。試用解析法計算1= 600， 2= 2400時凸輪實際廓線上點的坐標(biāo)值。解：解：sincos)(cossin)(00essyessxBB從動件運動規(guī)律：從動件運動規(guī)律：,2,)(8040)(22, 0,8022222222