械原理課件 (5)

1、Chapter 6 Cam Mechanisms and Design凸輪機構(gòu)的類型很多，根據(jù)從動件的運動形式，可分為直動和擺動兩凸輪機構(gòu)的類型很多，根據(jù)從動件的運動形式，可分為直動和擺動兩類。根據(jù)凸輪形狀、從動件形狀、封閉形式的不同，凸輪機構(gòu)有如下類型。類。根據(jù)凸輪形狀、從動件形狀、封閉形式的不同，凸輪機構(gòu)有如下類型。第一第一，直動從動件凸輪機構(gòu)，如圖直動從動件凸輪機構(gòu)，如圖6.1中的中的(a)(e)、(i)、(j)所示。所示。第二第二，擺動從動件凸輪機構(gòu)，如圖，擺動從動件凸輪機構(gòu)，如圖6.1中的中的(f)(h) 所示。所示。第三第三，從動件與凸輪以力封閉的凸輪機構(gòu)，如圖從動件與凸輪以力封閉

2、的凸輪機構(gòu)，如圖6.1 (c)所示。所示。第四第四，從動件與凸輪以幾何封閉的凸輪機構(gòu)，如圖，從動件與凸輪以幾何封閉的凸輪機構(gòu)，如圖6.1 (i)、(j)所示。所示。平面凸輪機構(gòu)的基本類型如下圖所示。平面凸輪機構(gòu)的基本類型如下圖所示。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j)圖圖6.1凸輪機構(gòu)的類型凸輪機構(gòu)的類型2eV21r01AB3CV2(a) 平面圖平面圖(1) 偏置直動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)偏置直動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)(b) 三維圖三維圖11V223圖圖6.1(a)偏置直動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)偏置直動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)二維動畫二維動畫2eV21

3、r01AB3C(1) 偏置直動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)偏置直動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)圖圖6.1(a)偏置直動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)偏置直動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)三維動畫三維動畫(a) 平面圖平面圖e2V2C3D1r01AB(a) 平面圖平面圖(2) 偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)(b) 三維圖三維圖11V223e2V2圖圖61(b)偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)二維動畫二維動畫(a) 平面圖平面圖e2V2C3D1r01AB(2) 偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)圖圖6.1(b)偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)偏

4、置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)三維動畫三維動畫(3) 偏置直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)偏置直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)32eBC1r01Ae(b) 三維圖三維圖11V223圖圖6.1(c)偏置直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)偏置直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)二維動畫二維動畫(a) 平面圖平面圖(3) 偏置直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)偏置直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)(a) 平面圖平面圖32eBC1r01A圖圖6.1(c)偏置直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)偏置直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)三維動畫三維動畫擺動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)11ABr0223CD(a) 平面圖平面圖12211322(b) 三維

5、圖三維圖圖圖6.1(f )擺動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)11ABr0223CD(a) 平面圖平面圖擺動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)圖圖6.1(f)擺動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)三維動畫三維動畫(b) 三維圖三維圖11322(5) 擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)(a) 平面圖平面圖223CD11ABr0223CD11ABr0圖圖6.1(g)擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)(a) 平面圖平面圖223CD11ABr0圖圖6.1(g)擺動滾子從動

6、件盤形凸輪機構(gòu)擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)三維動畫三維動畫11Ar0223C(a) 平面圖平面圖D(6) 擺動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)11322(b) 三維圖三維圖11Ar023CD圖圖6.1(h)擺動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)11Ar0223C(a) 平面圖平面圖D(6) 擺動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)圖圖6.1(h)擺動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)三維動畫三維動畫11O123V2(a) 平面圖平面圖圖圖6.1(i)三維動畫三維動畫V11V223V11V223圖圖6.1(e)三維動畫三維動畫(a) 平面圖平

7、面圖23V311O1r04511O1r0圖圖6.1(c)力封閉力封閉(a) 平面圖平面圖 (b) 三維圖三維圖 32V21O11V211O132(a) (b) 圖圖6.1(j)1O1123(b)(a)圖圖6.1(k)r0001002ADCB1BOtS圖圖6.2對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)r0001002ADCB1BOtS000102h0稱為推程運動角。稱為推程運動角。01稱為遠休止角。稱為遠休止角。0稱為回程運動角。稱為回程運動角。02稱為近休止角。稱為近休止角。) 1 . 6(332210CCCCCSnn)9 . 6()cos(1 20hS(2) 余弦加速度運

8、動規(guī)律為余弦加速度運動規(guī)律為 (3) 正弦加速度運動規(guī)律為正弦加速度運動規(guī)律為 )10. 6()2sin(2100 hS CC VStC a Vt。 6.3.推程：推程： S = h/0回程回程：S = h(1/0)V = h/0V = h/0a = 0a = 0h/08+OOOSaV0h0h/08+8圖圖6.3 推程推程回程回程h0 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 200aOSOOVS = C0 + C1 + C22 + C33 + C44 + C55V = dS / dt = C1+2 C2+3 C32+ 4

9、 C43 +5 C54 (6.7) a = dV / dt = 2 C22+6 C32+ 12 C422+20 C523 推程時其邊界條件為推程時其邊界條件為)61510(550440330ThhhS)306030(450340230ThhhV235024030T)12018060(hhha)61510(550440330HhhS)306030(4403302200HhV)12018060(3302200202HhahO0SOOaV0/2)/cos(1 5 . 00ThS)/cos(1 5 . 00HhS)2/()/sin(00ThV )2/()/sin(00HhV)2/()/cos(2002

10、2Tha )2/()/cos(20022HhahOSOOaV0/20)/2sin(21)/(00T hS)2sin(211 00H hS)/2cos(1 00ThV)/2cos(1 00HhV)/2sin(20202Tha )/2sin(20202HhahOSOOaV0/201-13302211OOS0010025101520h-2345671089D1715161412201918111310r0OCAB(b) 作圖過程作圖過程11171516141312201918DC12345671089AB-r0O-2345987610e01-eO2461080A1357911171516141312

11、201918-r0OxyB0VCBdS/dPS0S-Or0d/dd/dd/d/PSttSVOPOPVV6.5.1平底直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的解析法設(shè)計平底直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的解析法設(shè)計 xyB0VCBdS/dPS0S-Or0)11. 6(sin)d/d(cos)(cos)d/d(sin)(00SSrySSrxSBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1 SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1)13. 6(sincos)(cossin)(00eSSyeSSxSBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1SBS0nBnS0 xy-r0OB

12、0rge1 )14. 6(cossind/dd/dddtanyxyx)15. 6(sin)()dd(cosddcos)()dd(sindd00SSeSySSeSx2222)d/d()d/d(d/dcos)d/d()d/d(d/dsinyxyyxx)16. 6(sincosggryyrxxSBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1yOa0lA0B00lxr0AB-yOa0lA0B00lxr0AB-)01F5 . 6()cos(cos)sin(sin00laylaxGer0S0SL21L1rgAPOr0C1234nnBF12F43DDEF43Exy3434圖圖6.14偏置直動滾子從動件盤形偏置直

13、動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的受力分析凸輪機構(gòu)的受力分析凸輪機構(gòu)的基本尺寸包括理論凸輪機構(gòu)的基本尺寸包括理論基圓半徑基圓半徑r0、滾子半徑、滾子半徑rg、從動件、從動件的安裝結(jié)構(gòu)尺寸的安裝結(jié)構(gòu)尺寸L1和和L2、正負偏置、正負偏置距距e和壓力角和壓力角，如，如圖圖6.14所示。所示。 00.10.20.30.40.50.60.70.80102030405060708090 100 110120圖圖6.15偏置直動滾子從動件盤形偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的機械效率凸輪機構(gòu)的機械效率)17. 6(0cos)(cos)(0sinsincos0coscossin34021E433401D4334E433

14、4D433234E4334D4332SSLLFSSLFFFFGFFF在圖在圖6.14中，凸輪中，凸輪1給滾子給滾子2的驅(qū)動力為的驅(qū)動力為F12，滾子，滾子2給推桿給推桿3的作用的作用力力F23F12，機架，機架4在在D、E兩點給推桿兩點給推桿3的作用力分別為的作用力分別為F43D、F43E，推，推桿桿3上總阻力為上總阻力為G，推桿，推桿3上的慣性力不計。由推桿上的慣性力不計。由推桿3的力平衡條件的力平衡條件Fx，F(xiàn)y和和MA得得)18. 6(tansin/)(21 /cos3420123LSSLGF若當(dāng)量摩擦角若當(dāng)量摩擦角340，則得理想狀態(tài)下的作用力，則得理想狀態(tài)下的作用力F230G/cos

15、。此時。此時機械效率機械效率為為)19. 6(tantan/ )(21 1/3420123230LSSLFF為了提高機械效率，規(guī)定凸輪機構(gòu)的最大壓力角為了提高機械效率，規(guī)定凸輪機構(gòu)的最大壓力角max小于許用壓力小于許用壓力角角。在推程階段，當(dāng)推桿作移動時，。在推程階段，當(dāng)推桿作移動時，30；當(dāng)推桿作擺動時，；當(dāng)推桿作擺動時，3545。在回程階段，。在回程階段，7080。 Ger0S0SL21L1rgAPOr0C1234nnBF12F43DDEF43Exy3434圖圖6.14偏置直動滾子從動件盤偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的受力分析形凸輪機構(gòu)的受力分析在在圖圖6.14中，由直角中，由直角ACP

16、得關(guān)得關(guān)于壓力角于壓力角的函數(shù)式為的函數(shù)式為 )20. 6()/()d/d()/()(tan5 . 02200SereSSSeOP)21. 6(tan/ )d/d(220eSeSr圖圖6.15偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的機械效率偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的機械效率在在圖圖6.14所示的偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)中，設(shè)理論基圓半所示的偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)中，設(shè)理論基圓半徑徑r00.100m、滾子半徑、滾子半徑rg0.030m、從動件的直徑、從動件的直徑d0.025m、從、從動件的安裝結(jié)構(gòu)尺寸動件的安裝結(jié)構(gòu)尺寸L10.300m和和L20.060m、正偏置距、正偏置距e0.02

17、0m， 0.098m，移動副中的摩擦，移動副中的摩擦3410。假設(shè)從動件。假設(shè)從動件2的運的運動規(guī)律為正弦加速度，動規(guī)律為正弦加速度，h0.150m，01202/3， 。由此得。由此得00時，偏置直動滾時，偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)的機械效率子從動件盤形凸輪機構(gòu)的機械效率如如圖圖6.15所示。所示。 2200erS)/2sin()2/(1/00 hS)/2cos(1)/(d/d00 hS00.10.20.30.40.50.60.70.80102030405060708090 100 110120112323OB1B2B3B1B2B31B0B0001設(shè)從動件的運動規(guī)律已經(jīng)確定，設(shè)從動件的運動

18、規(guī)律已經(jīng)確定，若凸輪的基圓半徑選為若凸輪的基圓半徑選為r0OB0，當(dāng)，當(dāng)從動件的平底位于從動件的平底位于B0、B1、B2、B3、時，不存在一條光滑的曲線與時，不存在一條光滑的曲線與每一個平底相切，即凸輪的輪廓不存每一個平底相切，即凸輪的輪廓不存在；若凸輪的基圓半徑選為在；若凸輪的基圓半徑選為r01OB0，當(dāng)從動件的平底位于當(dāng)從動件的平底位于B0、B1、B2、B3、時，存在一條光滑的曲線與時，存在一條光滑的曲線與每一個平底相切，該光滑的曲線即為每一個平底相切，該光滑的曲線即為凸輪的輪廓。凸輪的輪廓。 圖圖6.16直動平底從動件盤形凸輪直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)凸輪基圓半徑與輪廓的存在性機構(gòu)凸輪基

19、圓半徑與輪廓的存在性 minrg rg min rg = minmin rgminrrmin(a)(b)(c)xyB0VCBdS/dPS0S-Or0-xVCBdS/dPS0S(6.12)mm)75()dd()dd(maxmax回程推程SSL1234圖圖6.18是發(fā)動機是發(fā)動機圖圖2.7(a)中的中的凸輪配氣機構(gòu)，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動時，凸輪配氣機構(gòu)，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動時，移動從動件移動從動件2作間歇的上下運動，作間歇的上下運動，從而實現(xiàn)氣門的開與閉。從而實現(xiàn)氣門的開與閉。 圖圖6.18汽車發(fā)動機的配氣機構(gòu)汽車發(fā)動機的配氣機構(gòu)(1)汽車發(fā)動機的配氣機構(gòu)汽車發(fā)動機的配氣機構(gòu)圖圖6.19家用縫紉機的送布機構(gòu)家用縫紉機的送布機構(gòu)CAEG1B1DF24567893P送布送布返回返回下降下降抬抬高高送料齒板送料齒板布料板布料板P點的運動軌跡點的運動軌跡針距座針距座HhAB112147ab1K3K2K1K4K56KB2b2358C1C2DE圖圖6.20曲柄滑塊與凸輪組合的塊狀物料推送機構(gòu)曲柄滑塊與凸輪組合的塊狀物料推送機構(gòu) (a) (b)21FbnO1O2LHH21Fbn2HL (c) (d) 為凸輪和從動件的彈性模量為凸輪和從動件的彈性模量為凸為凸輪和從動件材料的波松比。輪和從動件材料的波松比。 中的中的為綜合曲率，為綜合曲率，分別為兩分別為兩圓柱體的半徑，圓柱體的半徑，號用于外接