凸輪機構 - 副本

1、大連交通大學 張秀娟 凸輪機構：凸輪機構：是一種高副機構。是一種高副機構。廣泛應用于各種機械，尤其廣泛應用于各種機械，尤其是自動機械中。是自動機械中。 凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用和分類推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律凸輪機構的組成凸輪機構的組成凸輪機構的應用凸輪機構的應用凸輪機構的分類凸輪機構的分類6.1 凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用和分類 凸輪機構的組成凸輪機構的組成凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用和分類1-凸輪 2-氣閥 3-內(nèi)燃機殼體 如圖所示為內(nèi)燃機中的配氣如圖所示為內(nèi)燃機中的配氣凸輪機構。內(nèi)燃機在燃燒過程中，凸輪機構。內(nèi)燃機在燃燒過程中，驅動驅動凸輪軸凸輪軸及其上的凸輪轉

2、動，及其上的凸輪轉動，并通過凸輪的曲線輪廓推動氣閥并通過凸輪的曲線輪廓推動氣閥2 2按特定的規(guī)律往復移動，從而按特定的規(guī)律往復移動，從而達到控制燃燒室中進、排氣的功達到控制燃燒室中進、排氣的功能。能。凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用和分類1-圓柱凸輪 2-擺桿 3-滾子 如圖所示為如圖所示為自動機床中自動機床中的進刀凸輪機構的進刀凸輪機構。 當圓柱凸輪繞其軸線轉當圓柱凸輪繞其軸線轉動時，通過其溝槽與擺桿動時，通過其溝槽與擺桿一端的滾子接觸，并推動一端的滾子接觸，并推動擺桿繞固定軸按特定的規(guī)擺桿繞固定軸按特定的規(guī)律作往復擺動，同時通過律作往復擺動，同時通過擺桿另一端的扇形齒輪驅擺桿另一端的扇形

3、齒輪驅動刀架實現(xiàn)進刀或退刀運動刀架實現(xiàn)進刀或退刀運動。動。凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用和分類凸輪凸輪從動件從動件機架機架高副機構高副機構 凸輪：凸輪：具有特定曲線輪廓或溝槽的構件，通常在具有特定曲線輪廓或溝槽的構件，通常在 機構運動中作主動件。機構運動中作主動件。從動件：從動件：與凸輪接觸并被直接推動的構件。與凸輪接觸并被直接推動的構件。機架：機架：支撐凸輪和從動件的構件。支撐凸輪和從動件的構件。配氣機構配氣機構繞線機構繞線機構靠模機構靠模機構進刀機構進刀機構盤形凸輪盤形凸輪：結構簡單，易于加工。應用最為廣泛：結構簡單，易于加工。應用最為廣泛移動凸輪移動凸輪：可視為盤形凸輪的回轉軸心處于

4、無窮遠處時演化：可視為盤形凸輪的回轉軸心處于無窮遠處時演化而成的而成的圓柱凸輪圓柱凸輪：空間凸輪機構：空間凸輪機構 盤形凸輪 移動凸輪 圓柱凸輪凸輪機構的分類凸輪機構的分類凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用和分類1 1、按凸輪的形狀分類、按凸輪的形狀分類尖底從動件尖端能以任意復雜的凸輪輪廓尖端能以任意復雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動件實現(xiàn)保持接觸，從而使從動件實現(xiàn)任意的運動規(guī)律。但尖端處極任意的運動規(guī)律。但尖端處極易磨損，只適用于低速場合。易磨損，只適用于低速場合。凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用和分類 滾子從動件 凸輪與從動件之間為滾動摩凸輪與從動件之間為滾動摩擦，因此摩擦磨損較小，可擦

5、，因此摩擦磨損較小，可用于傳遞較大的動力。用于傳遞較大的動力。凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用和分類 平底從動件從動件與凸輪之間易形成從動件與凸輪之間易形成油膜，潤滑狀況好，受力油膜，潤滑狀況好，受力平穩(wěn)，傳動效率高，常用平穩(wěn)，傳動效率高，常用于高速場合。但與之相配于高速場合。但與之相配合的凸輪輪廓須全部外凸。合的凸輪輪廓須全部外凸。凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用和分類對心直動從動件 偏置直動從動件凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用和分類從動件作往復移從動件作往復移動，其運動軌跡動，其運動軌跡為一段直線為一段直線3 3、按從動件的運動形式分類、按從動件的運動形式分類直動從動件從動件作往復

6、擺動，從動件作往復擺動，其運動軌跡為一段其運動軌跡為一段圓弧。圓弧。凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用和分類擺動從動件基本概念基本概念從動件的常用運動規(guī)律從動件的常用運動規(guī)律運動規(guī)律特性分析運動規(guī)律特性分析 從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律 基本概念基本概念從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律 從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(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、躍度加速度、躍度（加速度對時間的導數(shù)）隨時間變（加速度對時間的導數(shù)）隨時間變化的規(guī)律，常以圖線表示，又稱為從動件運動曲化的規(guī)律，常以圖線表示，又稱為從動件運動曲線。線。 一般假定凸輪軸作

7、等速運轉，故凸輪轉角與時一般假定凸輪軸作等速運轉，故凸輪轉角與時間成正比，因此間成正比，因此凸輪機構從動件的運動規(guī)律凸輪機構從動件的運動規(guī)律通常通常又可以表示為又可以表示為凸輪轉角的函數(shù)。凸輪轉角的函數(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從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律基圓基圓：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：當凸輪廓線當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，推動從動件沿導路由起始位置推動從動件沿導路由起始位置運動到離凸輪軸心最遠的位置。運動到離凸輪軸心最遠的位置。從動件的這一

8、運動行程稱為推從動件的這一運動行程稱為推程。此過程對應凸輪所轉過的程。此過程對應凸輪所轉過的角度稱為角度稱為推程角推程角，從動件沿導從動件沿導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。 遠休止與遠休止角：遠休止與遠休止角： 當凸輪廓線上對應的圓弧段與當凸輪廓線上對應的圓弧段與從動件接觸時，從動件在距凸輪軸心的最遠處靜止不動。從動件接觸時，從動件在距凸輪軸心的最遠處靜止不動。這一過程稱為這一過程稱為遠休止遠休止，此過程對應凸輪所轉過的角度稱為，此過程對應凸輪所轉過的角度稱為遠休止角遠休止角s 。從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律 近休止與近休止角近休止與近休止角: : 當凸輪廓線上對

9、應的圓弧段當凸輪廓線上對應的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。此過程對應凸輪所轉過。此過程對應凸輪所轉過的角度稱為的角度稱為近休止角近休止角/s 。 從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律 回程與回程角回程與回程角: : 當凸輪廓線上的曲線段與從動件當凸輪廓線上的曲線段與從動件接觸時，引導從動件由最遠位置返回到位移的起始位置。接觸時，引導從動件由最遠位置返回到位移的起始位置。從動件的這一運動行程稱從動件的這一運動行程稱回程回程，此過程對應凸輪所轉過，此過程對應凸輪所轉過的角度稱為的角度稱

10、為回程角回程角/。凸輪作圖的逆向思維法凸輪作圖的逆向思維法反轉法反轉法平面凸輪廓線設計平面凸輪廓線設計為了便于畫出壓力角和為了便于畫出壓力角和推程推程, , 應使工作中轉動著的應使工作中轉動著的凸輪與不動的圖紙間保持相凸輪與不動的圖紙間保持相對靜止。對靜止。如果如果給整個凸輪機構加給整個凸輪機構加上一個與凸輪轉動角度上一個與凸輪轉動角度數(shù)數(shù)值相等、值相等、 方向相反的方向相反的“-”角速度角速度, , 則凸輪處于相對靜則凸輪處于相對靜止狀態(tài)。止狀態(tài)。從動件尖底的運從動件尖底的運動軌跡就是凸輪動軌跡就是凸輪的廓線的廓線 1. 等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律一一次多項式運動規(guī)律的一般表達式為次多項式運動

11、規(guī)律的一般表達式為由于一次多項式函數(shù)的一階導數(shù)由于一次多項式函數(shù)的一階導數(shù)為常數(shù)，故通常又稱為為常數(shù)，故通常又稱為等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律。其運動。其運動方程和運動線圖如下所示方程和運動線圖如下所示 10CCs從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律等速運動規(guī)律運動線圖推程運動方程推程運動方程0avhs從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律00開始點vtva00結束點va 由于加速度無窮大而產(chǎn)生的沖擊稱為由于加速度無窮大而產(chǎn)生的沖擊稱為剛性沖擊剛性沖擊。當然，在實際的凸輪機構中由于構件的彈性、阻尼當然，在實際的凸輪機構中由于構件的彈性、阻尼等多種因素，不可能產(chǎn)生無窮大的慣

12、性力。等多種因素，不可能產(chǎn)生無窮大的慣性力。 這種運動規(guī)律通常只適用于低速輕載的工況下，這種運動規(guī)律通常只適用于低速輕載的工況下，或是對從動件有實現(xiàn)等速運動要求的場合或是對從動件有實現(xiàn)等速運動要求的場合從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律2.2.拋物線運動規(guī)律拋物線運動規(guī)律工程中通常采用在從動件的一個運動行程中工程中通常采用在從動件的一個運動行程中（推程或回程），（推程或回程），前半段采用等加速，后半段前半段采用等加速，后半段采用等減速，采用等減速，其位移曲線為兩段光滑相連的反其位移曲線為兩段光滑相連的反向拋物線，故有時又稱為向拋物線，故有時又稱為拋物線運動規(guī)律拋物線運動規(guī)律。其。其運動方程和運動

13、線圖如下所示運動方程和運動線圖如下所示 從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律速度曲線連續(xù)，而加速度曲速度曲線連續(xù)，而加速度曲線在運動的起始、中間點和線在運動的起始、中間點和終點處不連續(xù)。將這種由于終點處不連續(xù)。將這種由于有限值的加速度突變而產(chǎn)生有限值的加速度突變而產(chǎn)生的沖擊稱為的沖擊稱為柔性沖擊柔性沖擊。適用。適用于中、低速輕載。于中、低速輕載。推程運動方程推程運動方程等加速等減速運等加速等減速運動規(guī)律運動線圖動規(guī)律運動線圖 2222442hahvhhs2/022224)(4)(2hahvhs2/從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律二、三角函數(shù)運動規(guī)律二、三角函數(shù)運動規(guī)

14、律1 1、簡諧運動規(guī)律、簡諧運動規(guī)律圖圖a所示為所示為描述簡諧運動軌跡的描述簡諧運動軌跡的示意圖示意圖。圖中橫坐標為凸輪轉。圖中橫坐標為凸輪轉角角 ，縱坐標為從動件位移，縱坐標為從動件位移s 。設當質點沿圓周轉過任一角度設當質點沿圓周轉過任一角度時時 ，對應凸輪的轉角為，對應凸輪的轉角為 ，則質點沿圓周等速運動時向縱則質點沿圓周等速運動時向縱坐標方向的投影，即為坐標方向的投影，即為簡諧運簡諧運動規(guī)律的位移曲線。動規(guī)律的位移曲線。簡諧運動規(guī)律運動線圖從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律2 2、擺線運動規(guī)律、擺線運動規(guī)律圖圖a所示為所示為描述擺線運動軌跡的描述擺線運動軌跡的示意圖示意圖。由解析幾何可知

15、，當一。由解析幾何可知，當一個半徑為個半徑為R的滾圓，沿縱坐標從的滾圓，沿縱坐標從起始點起始點A0 勻速純滾動時，圓周上勻速純滾動時，圓周上點點A的運動軌跡即為擺線，而點的運動軌跡即為擺線，而點A的運動軌跡向縱坐標方向的投影的運動軌跡向縱坐標方向的投影即構成擺線運動規(guī)律。即構成擺線運動規(guī)律。 擺線運動規(guī)律運動線圖擺線運動規(guī)律運動線圖從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律特性比較及適用場合從動件常用運動規(guī)律特性比較及適用場合 補充：補充： 平面凸輪機構基本尺寸的確定平面凸輪機構基本尺寸的確定凸輪機構的壓力角凸輪機構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

16、擇一、一、凸輪機構的壓力角凸輪機構的壓力角平面凸輪機構基本尺寸的確定平面凸輪機構基本尺寸的確定壓力角：壓力角：從動件與凸輪在接觸點從動件與凸輪在接觸點處的受力方向與其在該點絕對速處的受力方向與其在該點絕對速度方向之間所夾的銳角度方向之間所夾的銳角1 1、壓力角、壓力角2 2、常見的盤形凸輪機構的壓力角、常見的盤形凸輪機構的壓力角平面凸輪機構基本尺寸的確定平面凸輪機構基本尺寸的確定3 3、壓力角對凸輪機構受力的影響、壓力角對凸輪機構受力的影響平面凸輪機構基本尺寸的確定平面凸輪機構基本尺寸的確定其他條件相同時，壓力角其他條件相同時，壓力角越大，推動從動件所需的越大，推動從動件所需的作用力越大；作用力越大；當壓力角非常大時，理論當壓力角非常大時，理論上作用力為無窮大時才能上作用力為無窮大時才能推動從動件，此時凸輪機推動從動件，此時凸輪機構將發(fā)生自鎖。構將發(fā)生自鎖。平面凸輪機構基本尺寸的確定平面凸輪機構基本尺寸的確定二、基圓半徑對壓力角的影響二、基圓半徑對壓力角的影響n增大基圓半徑，可使凸輪機構的壓力角減小；增大基圓半徑，可使凸輪機構的壓力角減小；n增大基圓半徑會使凸輪機構的整體尺寸增大增大基圓半徑會使凸輪機構的整體尺寸增大 n在壓力角不超過許用值的原則下，應盡可能采用在壓力角不超過許用值的原則下，