第3章凸輪機構(gòu)

1、第第3章章 凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)I凸輪：具有曲線輪廓的構(gòu)件凸輪：具有曲線輪廓的構(gòu)件I通過高副帶動從動件實現(xiàn)預(yù)期運動通過高副帶動從動件實現(xiàn)預(yù)期運動3.13.1凸輪機構(gòu)的組成和類型凸輪機構(gòu)的組成和類型3.23.2凸輪機構(gòu)的特點和功能凸輪機構(gòu)的特點和功能3.33.3從動件運動規(guī)律設(shè)計從動件運動規(guī)律設(shè)計3.43.4凸輪輪廓的設(shè)計凸輪輪廓的設(shè)計3.53.5凸輪機構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計凸輪機構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計3.63.6凸輪機構(gòu)的計算機輔助設(shè)計凸輪機構(gòu)的計算機輔助設(shè)計第第3 3章章 凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)3.13.1凸輪機構(gòu)的組成與類型凸輪機構(gòu)的組成與類型u3.1.1 凸輪機構(gòu)的組成凸輪機構(gòu)的組成u3.1.2 凸輪機構(gòu)的類型凸

2、輪機構(gòu)的類型3.1.1 3.1.1 凸輪機構(gòu)的組成凸輪機構(gòu)的組成高副機構(gòu)高副機構(gòu)3.13.1凸輪機構(gòu)的組成和類型凸輪機構(gòu)的組成和類型從動件從動件凸輪凸輪機架機架3.1.2 3.1.2 凸輪機構(gòu)的類型凸輪機構(gòu)的類型盤形凸輪盤形凸輪：最基本的形式，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最為廣泛最基本的形式，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最為廣泛移動凸輪移動凸輪：凸輪相對機架做直線運動：凸輪相對機架做直線運動圓柱凸輪圓柱凸輪：空間凸輪機構(gòu)：空間凸輪機構(gòu)盤形凸輪盤形凸輪按凸輪的形狀分類按凸輪的形狀分類移動凸輪移動凸輪圓柱凸輪圓柱凸輪3.13.1凸輪機構(gòu)的組成和類型凸輪機構(gòu)的組成和類型按從動件的形狀分類按從動件的形狀分類尖端從動件尖端從動件曲

3、面從動件曲面從動件u能與任意形狀的凸輪輪廓保能與任意形狀的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動件實現(xiàn)任持接觸，從而使從動件實現(xiàn)任意的運動規(guī)律。意的運動規(guī)律。u尖端處極易磨損，只適尖端處極易磨損，只適用于低速場合。用于低速場合。u磨損比尖端從動件小磨損比尖端從動件小3.13.1凸輪機構(gòu)的組成和類型凸輪機構(gòu)的組成和類型 滾子從動件滾子從動件 平底從動件平底從動件l滾動摩擦，磨損小滾動摩擦，磨損小l用于傳遞較大的動力用于傳遞較大的動力u從動件與凸輪之間易形從動件與凸輪之間易形成油膜，潤滑好，受力平成油膜，潤滑好，受力平穩(wěn)，傳動效率高穩(wěn)，傳動效率高u高速場合；但凸輪輪廓高速場合；但凸輪輪廓須全部外凸須全部外凸

4、按從動件的形狀分類按從動件的形狀分類3.13.1凸輪機構(gòu)的組成和類型凸輪機構(gòu)的組成和類型按從動件的運動形式分類按從動件的運動形式分類移動從動件移動從動件u移動從動件移動從動件：從動件往復(fù)移動，運動軌跡為一段直線；：從動件往復(fù)移動，運動軌跡為一段直線；u擺動從動件擺動從動件：從動件往復(fù)擺動，運動軌跡為一段圓弧。：從動件往復(fù)擺動，運動軌跡為一段圓弧。擺動從動件擺動從動件3.13.1凸輪機構(gòu)的組成和類型凸輪機構(gòu)的組成和類型按凸輪與從動件維持高副接觸的方法分類按凸輪與從動件維持高副接觸的方法分類力封閉：彈簧力、從動力封閉：彈簧力、從動件重力或其它外力件重力或其它外力形封閉形封閉利用高副元素利用高副元素

5、本身的幾何形狀本身的幾何形狀u槽兩側(cè)面的距離等于滾子直徑；槽兩側(cè)面的距離等于滾子直徑；u優(yōu)點：封閉方式結(jié)構(gòu)簡單優(yōu)點：封閉方式結(jié)構(gòu)簡單u缺點：加大了凸輪的尺寸和重量缺點：加大了凸輪的尺寸和重量槽凸輪機構(gòu)槽凸輪機構(gòu)3.13.1凸輪機構(gòu)的組成和類型凸輪機構(gòu)的組成和類型u凸輪廓線上任意兩條平行切線間凸輪廓線上任意兩條平行切線間的距離都等于框架內(nèi)側(cè)的寬度的距離都等于框架內(nèi)側(cè)的寬度u缺點：從動件的運動規(guī)律的選擇缺點：從動件的運動規(guī)律的選擇受到一定的限制受到一定的限制形封閉凸輪形封閉凸輪等寬凸輪機構(gòu)等寬凸輪機構(gòu)等徑凸輪機構(gòu)等徑凸輪機構(gòu)u兩滾子中心間的距離始終保持兩滾子中心間的距離始終保持不變不變u缺點：從動

6、件運動規(guī)律的選擇缺點：從動件運動規(guī)律的選擇受到一定的限制受到一定的限制3.13.1凸輪機構(gòu)的組成和類型凸輪機構(gòu)的組成和類型主回凸輪機構(gòu)主回凸輪機構(gòu)( (共軛凸輪機構(gòu)共軛凸輪機構(gòu)) )u優(yōu)點：克服了等寬、等徑凸輪的缺點優(yōu)點：克服了等寬、等徑凸輪的缺點u缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高一個凸輪推動從動件完一個凸輪推動從動件完成正行程運動，另一個成正行程運動，另一個凸輪推動從動件完成反凸輪推動從動件完成反行程的運動行程的運動形封閉凸輪形封閉凸輪3.13.1凸輪機構(gòu)的組成和類型凸輪機構(gòu)的組成和類型形封閉凸輪形封閉凸輪擺桿為主動件，凸輪為從動件擺桿為主動件，凸輪為從動件反凸輪

7、機構(gòu)反凸輪機構(gòu)3.13.1凸輪機構(gòu)的組成和類型凸輪機構(gòu)的組成和類型3.13.1凸輪機構(gòu)的組成和類型凸輪機構(gòu)的組成和類型3.1.2 3.1.2 凸輪機構(gòu)的類型凸輪機構(gòu)的類型按凸輪的形狀分類按凸輪的形狀分類按從動件的形狀分類按從動件的形狀分類按從動件的形狀分類按從動件的形狀分類按凸輪與從動件維持高副接觸的方法分類按凸輪與從動件維持高副接觸的方法分類凸輪機構(gòu)的特點凸輪機構(gòu)的特點u優(yōu)點：優(yōu)點：l構(gòu)件少；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊構(gòu)件少；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊l可方便地設(shè)計出任意要求的從動件運動規(guī)律可方便地設(shè)計出任意要求的從動件運動規(guī)律u缺點：缺點：l高副接觸，易磨損，用于受力不大的場合高副接觸，易磨損，用于受力不大的場合

8、3.23.2凸輪機構(gòu)的特點和功能凸輪機構(gòu)的特點和功能 凸輪機構(gòu)的功能凸輪機構(gòu)的功能u實現(xiàn)無特定運動規(guī)律要求的工作行程實現(xiàn)無特定運動規(guī)律要求的工作行程u實現(xiàn)有特定運動規(guī)律要求的工作行程實現(xiàn)有特定運動規(guī)律要求的工作行程u實現(xiàn)對運動和動力特性有特殊要求的工作行程實現(xiàn)對運動和動力特性有特殊要求的工作行程u實現(xiàn)復(fù)雜的運動軌跡實現(xiàn)復(fù)雜的運動軌跡3.23.2凸輪機構(gòu)的特點和功能凸輪機構(gòu)的特點和功能3.3 3.3 從動件運動規(guī)律設(shè)計從動件運動規(guī)律設(shè)計3.3.1 基礎(chǔ)知識：凸輪機構(gòu)的工作情況基礎(chǔ)知識：凸輪機構(gòu)的工作情況3.3.2從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律3.3.3從動件運動規(guī)律的選擇從動件運動規(guī)律的選

9、擇3.3.4從動件運動規(guī)律的組合從動件運動規(guī)律的組合3.3.1 3.3.1 凸輪機構(gòu)的工作情況凸輪機構(gòu)的工作情況u回程運動角回程運動角u從動件運動規(guī)律（從動件位移線圖）從動件運動規(guī)律（從動件位移線圖） u基圓基圓以凸輪輪廓的最以凸輪輪廓的最小向徑小向徑r rb b所作的圓所作的圓u升程升程從動件上升的最從動件上升的最大距離大距離h hu推程運動角推程運動角1.等速運動等速運動2.等加速等減速等加速等減速(拋物線拋物線)運動運動3.簡諧運動簡諧運動(余弦加速度運動余弦加速度運動)4.擺線運動擺線運動5. 3-4-5多項式運動多項式運動3.3.2 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律3.3.2 3

10、.3.2 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律u特點特點：速度有突變，加：速度有突變，加速度理論上由零至無窮大，速度理論上由零至無窮大，從而使從動件產(chǎn)生巨大的從而使從動件產(chǎn)生巨大的慣性力，機構(gòu)受到強烈沖慣性力，機構(gòu)受到強烈沖擊擊剛性沖擊剛性沖擊u適應(yīng)場合適應(yīng)場合：低速輕載低速輕載1.等速運動等速運動2.等加速等減速等加速等減速(拋物線拋物線)運動運動u特點特點：加速度曲線有突變，加：加速度曲線有突變，加速度的變化率速度的變化率(即躍度即躍度j)在這些在這些位置為無窮大位置為無窮大柔性沖擊柔性沖擊u適應(yīng)場合適應(yīng)場合：中速輕載中速輕載3.3.2 3.3.2 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律22

11、222442hahvhs等加速階段3.簡諧運動簡諧運動(余弦加速度運動余弦加速度運動)u 當(dāng)質(zhì)點在圓周上作勻速運動時，它當(dāng)質(zhì)點在圓周上作勻速運動時，它在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運動規(guī)在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運動規(guī)律律簡諧運動簡諧運動 cos12hsu特點特點：有：有柔性沖擊柔性沖擊u適用場合：適用場合：中速輕載中速輕載(當(dāng)從動件作當(dāng)從動件作連續(xù)運動時，可用于高速連續(xù)運動時，可用于高速)3.3.2 3.3.2 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律4.擺線運動規(guī)律擺線運動規(guī)律u半徑半徑R=h/2的圓沿縱座標(biāo)作純滾動，的圓沿縱座標(biāo)作純滾動，圓上最初位于座標(biāo)原點的點其位移隨圓上最初位于座標(biāo)原點的點其

12、位移隨時間變化的規(guī)律時間變化的規(guī)律擺線運動擺線運動特點：特點：無剛性、柔性沖擊無剛性、柔性沖擊適用場合：適用場合：適于高速適于高速3.3.2 3.3.2 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律5. 3-4-5次多項式運動規(guī)律次多項式運動規(guī)律 54361510hs特點：特點：無剛性沖擊、柔性沖擊無剛性沖擊、柔性沖擊適用場合：適用場合：高速、中載高速、中載3.3.2 3.3.2 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律3.3.3 3.3.3 從動件運動規(guī)律的選擇從動件運動規(guī)律的選擇1. 從動件常用運動規(guī)律性能比較從動件常用運動規(guī)律性能比較2.從動件運動規(guī)律的選擇原則從動件運動規(guī)律的選擇原則u對運動規(guī)律的

13、要求對運動規(guī)律的要求u凸輪的轉(zhuǎn)速和荷載（動力特性和便于加工）凸輪的轉(zhuǎn)速和荷載（動力特性和便于加工）3.3.3 3.3.3 從動件運動規(guī)律的選擇從動件運動規(guī)律的選擇3.3.4 從動件運動規(guī)律的組合從動件運動規(guī)律的組合u1.滿足工作對運動規(guī)律的特殊要求；滿足工作對運動規(guī)律的特殊要求；u2.為避免剛性沖擊，位移曲線和速度為避免剛性沖擊，位移曲線和速度曲線必須連續(xù)；而為避免柔性沖擊，加曲線必須連續(xù)；而為避免柔性沖擊，加速度曲線也必須連續(xù)。速度曲線也必須連續(xù)。u3. 盡量減小速度和加速度的最大值。盡量減小速度和加速度的最大值。3.4 凸輪輪廓的設(shè)計凸輪輪廓的設(shè)計u3.4.1 3.4.1 基本原理（反轉(zhuǎn)法

14、）基本原理（反轉(zhuǎn)法）u3.4.2 3.4.2 圖解法設(shè)計凸輪廓線圖解法設(shè)計凸輪廓線1.1.移動從動件盤形凸輪移動從動件盤形凸輪l尖底從動件尖底從動件l滾子從動件滾子從動件l平底從動件平底從動件2.2.擺動從動件盤形凸輪擺動從動件盤形凸輪u設(shè)計總結(jié)設(shè)計總結(jié)u3.4.3 3.4.3 解析法設(shè)計凸輪廓線解析法設(shè)計凸輪廓線3.4.1 3.4.1 基本原理（反轉(zhuǎn)法）基本原理（反轉(zhuǎn)法）3.4 凸輪輪廓的設(shè)計反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法某一時刻某一時刻反轉(zhuǎn)后從動件尖端的運動軌跡就是凸輪的輪廓曲線反轉(zhuǎn)后從動件尖端的運動軌跡就是凸輪的輪廓曲線s1思考：如果從動件有偏置，反轉(zhuǎn)后其位置？思考：如果從動件有偏置，反轉(zhuǎn)后其位置？注意：

15、凸輪轉(zhuǎn)角S凸輪轉(zhuǎn)角3.4.2 3.4.2 圖解法設(shè)計凸輪輪廓圖解法設(shè)計凸輪輪廓旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。逆時針逆時針，等角速度，等角速度偏距為偏距為置于凸輪軸心右側(cè)，置于凸輪軸心右側(cè)，曲線，從動件偏曲線，從動件偏，已知：基圓半徑已知：基圓半徑)(e-srb 1. 移動從動件盤形凸輪移動從動件盤形凸輪(1)尖底從動件尖底從動件3.4 凸輪輪廓的設(shè)計1.切分偏心圓切分偏心圓2. 找反轉(zhuǎn)后從動件找反轉(zhuǎn)后從動件所在的位置線所在的位置線3.截取相應(yīng)位移，截取相應(yīng)位移，求凸輪廓線求凸輪廓線凸輪轉(zhuǎn)角 ？1. 移動從動件盤形凸輪移動從動件盤形凸輪（2 2）滾子從動件）滾子從動件曲線。曲線。，滾子半徑滾子半徑，已知：已知：

16、-sr, e,rrb滾子滾子中心中心將描繪將描繪- -條與凸輪廓線法向等條與凸輪廓線法向等距的曲線距的曲線-理論廓線理論廓線。反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法r rb b指的是指的是理論廓線理論廓線的基圓。的基圓。 u作內(nèi)包絡(luò)線，得到凸輪的實際廓線；作內(nèi)包絡(luò)線，得到凸輪的實際廓線；u若同時作外包絡(luò)線，形成槽凸輪廓線若同時作外包絡(luò)線，形成槽凸輪廓線取平底從動件表面上的點取平底從動件表面上的點B B0 0作作為假想的尖端從動件的尖端。為假想的尖端從動件的尖端。1. 移動從動件盤形凸輪移動從動件盤形凸輪（3 3）平底從動件）平底從動件包絡(luò)線包絡(luò)線 為了保證在所有位置從動件平為了保證在所有位置從動件平底都能與凸輪輪廓曲線

17、相切，底都能與凸輪輪廓曲線相切，凸輪廓線必須是外凸的。凸輪廓線必須是外凸的。2. 擺動從動件盤形凸輪擺動從動件盤形凸輪凸輪輪廓設(shè)計總結(jié)：凸輪輪廓設(shè)計總結(jié)： 基本概念：從動件位移、凸輪轉(zhuǎn)角、基本概念：從動件位移、凸輪轉(zhuǎn)角、 理論輪廓和實際輪廓理論輪廓和實際輪廓找反轉(zhuǎn)后從動件所在的位置線關(guān)鍵：3.4.3 3.4.3 解析法設(shè)計凸輪廓線解析法設(shè)計凸輪廓線u1 移動滾子從動移動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)件盤形凸輪機構(gòu)If in-line, e=0，s0=rbPosition of point BPosition of point B22000sincoscossinerses)(sMNBNyes)(sKH

18、KNxbcos)(sin)(srysrxbbcoscosrrryyrxx3.4.3 3.4.3 解析法設(shè)計凸輪廓線解析法設(shè)計凸輪廓線u刀具中心軌跡：刀具中心軌跡：3.5 3.5 凸輪機構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計凸輪機構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計3.5.1移動滾子從動件盤形凸輪：移動滾子從動件盤形凸輪： 基圓半徑基圓半徑 偏置方向偏置方向 滾子半徑滾子半徑1、壓力角及其許用值、壓力角及其許用值sincos FFFFF80)(45)(30回程：擺動，移動推程：22tanerseddsancb2、 凸輪基圓半徑的確定凸輪基圓半徑的確定基圓半徑越大，壓力角越小，基圓半徑越大，壓力角越小， 但結(jié)構(gòu)尺寸較大但結(jié)構(gòu)尺寸較大22ber

19、seddstg u方法方法1 1：l根據(jù)滿足最大壓力角根據(jù)滿足最大壓力角a a的要求確定的要求確定u方法方法2 2：l令基圓半徑大于令基圓半徑大于1.61.62 2倍的凸輪軸徑，倍的凸輪軸徑，校驗壓力角校驗壓力角a a2、 凸輪基圓半徑的確定凸輪基圓半徑的確定3、 從動件偏置方向的選擇從動件偏置方向的選擇3、 從動件偏置方向的選擇從動件偏置方向的選擇22berseddstgl凸輪逆時針回轉(zhuǎn)，從動凸輪逆時針回轉(zhuǎn)，從動件右偏置，取件右偏置，取l凸輪順時針回轉(zhuǎn)，從動凸輪順時針回轉(zhuǎn)，從動件左偏置，取件左偏置，取l其他情況其他情況取取+BDP中中3、 從動件偏置方向的選擇從動件偏置方向的選擇22bers

20、eddstgn合理選擇偏置方向合理選擇偏置方向n偏置的目的是為了減小從動件偏置的目的是為了減小從動件在推程階段所受的壓力角在推程階段所受的壓力角。4、滾子半徑的選擇、滾子半徑的選擇4 4、滾子半徑的選擇、滾子半徑的選擇u外凸凸輪廓線外凸凸輪廓線0rr0minmin0min 0rr0minmin0min實際廓線出現(xiàn)尖點實際廓線出現(xiàn)尖點 0rr0minmin0min實際廓線出現(xiàn)交叉，從動件實際廓線出現(xiàn)交叉，從動件不能準(zhǔn)確地實現(xiàn)預(yù)期的運動不能準(zhǔn)確地實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律規(guī)律運動失真運動失真u運動失真運動失真 原因：原因： u避免方法：避免方法：rmin0min0min0)8 . 0(減小滾子半徑增大增大

21、brrr設(shè)計要求：設(shè)計要求：ararminminu內(nèi)凹凸輪廓線內(nèi)凹凸輪廓線無論滾子半徑多大，總能由理論輪廓求出實際無論滾子半徑多大，總能由理論輪廓求出實際輪廓。輪廓。滾子半徑的選擇：滾子半徑的選擇：考慮結(jié)構(gòu)、強度等因素考慮結(jié)構(gòu)、強度等因素ararminmin3.5.2 3.5.2 移動平底從動件盤形凸輪移動平底從動件盤形凸輪 凸輪出現(xiàn)過度切割的現(xiàn)象，凸輪出現(xiàn)過度切割的現(xiàn)象，從動件無法完全實現(xiàn)預(yù)期的運從動件無法完全實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律。動規(guī)律。 原因？減小升程h或：增大相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角增大基圓rb增大偏心e？u運動失真運動失真u基圓半徑與哪些參數(shù)相關(guān)？基圓半徑與哪些參數(shù)相關(guān)？u如何確定合理的基圓半徑避免運動失真如何確定合理的基圓半徑避免運動失真基圓半徑過小基圓半徑過小從動件升程過大從動件升程過大 min22min22mindsdsrdsdsrbbu從動件偏置方向的選擇從動件偏置方向的選擇從動件偏置并不影響凸輪廓線的形狀從動件偏置并不影響凸輪廓線的形狀選擇偏置的主要目的是為了減小從動件在推程選擇偏置的主要目的是為了減小從動件在推程階段所受的彎曲應(yīng)力。階段所受的彎曲應(yīng)力。凸輪上某點的坐標(biāo)：凸輪上某點的坐標(biāo)：sincos)(cossin)(ddssryddssrxbbu平地寬度的確定平地寬度的確定minmaxBddsdds3.6 凸輪機構(gòu)的計算機輔助設(shè)計凸輪機構(gòu)的計算機輔助設(shè)計設(shè)計過程設(shè)計