機械原理-第六章-凸輪機構(gòu)

1、下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄6.1 6.1 凸輪機構(gòu)的特點及類型凸輪機構(gòu)的特點及類型6.2 6.2 凸輪機構(gòu)的運動形式和從動件的運動規(guī)律凸輪機構(gòu)的運動形式和從動件的運動規(guī)律6.3 6.3 凸輪輪廓曲線設計凸輪輪廓曲線設計6.4 6.4 凸輪機構(gòu)設計中的幾個基本問題凸輪機構(gòu)設計中的幾個基本問題本章目錄本章目錄下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄 1基本概念及參數(shù)基本概念及參數(shù) 2. 從動件常用運動規(guī)律的特點及適用場合從動件常用運動規(guī)律的特點及適用場合 3反轉(zhuǎn)法的基本原理反轉(zhuǎn)法的基本原理 4盤形凸輪輪廓曲線的設計盤形凸輪輪廓曲線的

2、設計 5凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定本章重點本章重點: :本章難點本章難點: : 反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法不僅是凸輪機構(gòu)設計的基本方法，而不僅是凸輪機構(gòu)設計的基本方法，而且是凸輪機構(gòu)分析常用的方法。且是凸輪機構(gòu)分析常用的方法。下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄6.1.16.1.1凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)的特點的特點從動件從動件凸輪凸輪機架機架(1)(1)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；(2)(2)能使從動件實現(xiàn)各種復能使從動件實現(xiàn)各種復 雜的運動規(guī)律；雜的運動規(guī)律；(3)(3)高副接觸，易磨損，常高副接觸，易磨損，常 用于傳力不大的場合。用于傳力不大的場合。6.1 6.1 凸輪機構(gòu)的特點

3、及類型凸輪機構(gòu)的特點及類型下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄繞線機構(gòu)繞線機構(gòu)應用應用下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄內(nèi)燃機內(nèi)燃機凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄6.1.2 6.1.2 凸輪機構(gòu)的類型凸輪機構(gòu)的類型 按凸輪的形狀分按凸輪的形狀分按從動件形狀分按從動件形狀分按保持接觸的方式分按保持接觸的方式分尖頂尖頂平底平底滾子滾子力鎖合力鎖合幾何鎖合幾何鎖合盤形凸輪盤形凸輪圓柱形凸輪圓柱形凸輪移動凸輪移動凸輪按從動件運動方式分按從動件運動方式分直動直動擺動擺動下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄盤形凸輪盤形凸輪 尖頂從動件尖頂從動件盤形凸

4、輪盤形凸輪滾子從動件滾子從動件盤形凸輪盤形凸輪平底從動件平底從動件盤形凸輪盤形凸輪擺動從動件擺動從動件盤形凸輪盤形凸輪下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄移動凸輪移動凸輪下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄圓柱凸輪圓柱凸輪圓柱凸輪圓柱凸輪圓柱端面凸輪圓柱端面凸輪下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄按從動件的形狀和運動方式分按從動件的形狀和運動方式分尖頂直動（擺動）從尖頂直動（擺動）從動件盤形凸輪機構(gòu)動件盤形凸輪機構(gòu)平底直動（擺動）從平底直動（擺動）從動件動件盤形盤形凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)滾子直動（擺動）從滾子直動（擺動）從動件動件盤形盤形凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)下一頁下一頁上一頁上一

5、頁退出退出分目錄分目錄力鎖合凸輪力鎖合凸輪配氣機構(gòu)配氣機構(gòu)繞線機構(gòu)繞線機構(gòu)下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄幾何鎖合凸輪幾何鎖合凸輪槽形凸輪槽形凸輪等徑凸輪等徑凸輪下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄凸輪機構(gòu)的命名凸輪機構(gòu)的命名 凸輪的形狀凸輪的形狀- 從動件形狀從動件形狀-尖頂、尖頂、平底平底滾子、滾子、盤形凸輪、盤形凸輪、圓柱形凸輪圓柱形凸輪移動凸輪移動凸輪 從動件運動方式從動件運動方式- 直動、直動、 擺動擺動命名原則：命名原則：從動件從動件+凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)運動運動形狀形狀形狀形狀下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄直動尖頂從動直動尖頂從動件盤形凸輪件盤形凸輪

6、直動直動滾子從動滾子從動件盤形凸輪件盤形凸輪直動直動平底從動平底從動件盤形凸輪件盤形凸輪擺動擺動平底平底從動從動件盤形凸輪件盤形凸輪下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄6.2 6.2 凸輪機構(gòu)的運動形式和從動件的運動規(guī)律凸輪機構(gòu)的運動形式和從動件的運動規(guī)律直動尖頂從動件直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)盤形凸輪機構(gòu)一、基本概念：一、基本概念：oo0r 基圓半徑:凸輪廓線的最小向徑r01.基圓基圓r0偏置偏置對心對心e下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄0r 基圓半徑:凸輪理論廓線 的最小向徑or0ABBCD直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)理論廓線理論廓線基圓？基圓？

7、基圓基圓實際廓線實際廓線特別注意特別注意下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄 00ot s1.基圓基圓推程運動角推程運動角: 0=AOB2.推程推程4.遠休止角遠休止角: s =BOC回程運動角：回程運動角：0 =COD5.回程回程6.近休止角近休止角: s =DOA3.行程行程: hh AssssDBCB007. 從動件位移曲線從動件位移曲線一、基本概念：一、基本概念：OAD、BC段都是以段都是以O為圓心的圓弧為圓心的圓弧下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄曲線看出由s兩端休止形式停降停升一端休止形式0或0ss無休止形式0ss凸輪機構(gòu)的運動形式：凸輪機構(gòu)的運動形式：二、凸輪機

8、構(gòu)的運動形式二、凸輪機構(gòu)的運動形式 00ot sh AssssDBCB00s-曲線曲線下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄三、從動件的基本運動規(guī)律三、從動件的基本運動規(guī)律稱為從動件運動規(guī)律關(guān)系的函數(shù)對凸輪轉(zhuǎn)角從動件位移)(ssdssd 類加速度)(類速度)(ss ( )sssdtdddsdtdsv222222)(sdtddsddtsda s0推程運動線圖推程運動線圖ss 22d ssd 下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄推程運動線圖推程運動線圖回程運動線圖回程運動線圖相同的運動規(guī)律相同的運動規(guī)律00s0hsr下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄1. 等速運動規(guī)律等速運

9、動規(guī)律00開始點vtva00結(jié)束點va0hs0hs 0 s無窮大的無窮大的慣性力慣性力 shss 0速度突變產(chǎn)生速度突變產(chǎn)生剛性沖擊剛性沖擊，適用于極低速場合。適用于極低速場合。強烈的強烈的沖擊沖擊特點：特點：下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄2. 等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律00 2：等加速段220hs 時，當002：等減速段201212sCCC已知條件：已知條件： 時，時，000ss，；shss 0022hs時，12sCC 2sC 下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄 2020220442hshshs 2002020204)(4)(2hshshhsss sh2

10、000020起始、中間、起始、中間、終止位置終止位置等減速段等減速段等加速段等加速段加速度加速度突變突變?nèi)嵝匀嵝詻_擊沖擊適用于中速場合。適用于中速場合。2. 等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律特點：特點：下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄3. 簡諧運動規(guī)律簡諧運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律 0202000cos2sin2)cos1 (2hshshsshs s0起始、終起始、終止位置止位置加速度加速度突變突變?nèi)嵝匀嵝詻_擊沖擊適用于中速場合。適用于中速場合。用于無休止用于無休止運動形式運動形式無沖擊無沖擊適用于高適用于高速場合。速場合。特點：特點：下一頁下一頁上一頁上

11、一頁退出退出分目錄分目錄 02000002sin2)2cos1 ()sin21(hshshs4. 正弦加速度運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律這種運動規(guī)律沒有沖擊這種運動規(guī)律沒有沖擊適用于高速場合適用于高速場合。shs s0特點：特點：下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄5544332210ccccccs5. 五項多項式運動規(guī)律五項多項式運動規(guī)律sssh這種運動規(guī)律沒有沖擊這種運動規(guī)律沒有沖擊適用于高速場合適用于高速場合。特點：特點：下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄從動件運動規(guī)律的確定方法從動件運動規(guī)律的確定方法 完全由工藝動作要求決定完全由工藝動作要求決定 已知凸輪的轉(zhuǎn)角，運動規(guī)

12、律可選擇。已知凸輪的轉(zhuǎn)角，運動規(guī)律可選擇。max:v1.大質(zhì)量從動件應選小的運動規(guī)律max:a2.高速情況應選小的運動規(guī)律注意：速度突變及加速度突變會產(chǎn)生沖擊注意：速度突變及加速度突變會產(chǎn)生沖擊下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄6.3 6.3 凸輪輪廓曲線的設計凸輪輪廓曲線的設計設計凸輪機構(gòu)的步驟：設計凸輪機構(gòu)的步驟：1. 確定凸輪機構(gòu)的類型確定凸輪機構(gòu)的類型2. 選擇從動件的運動規(guī)律選擇從動件的運動規(guī)律3. 確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸4. 設計凸輪輪廓設計凸輪輪廓下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄一、凸輪輪廓曲線的設計的圖解法一、凸輪輪廓曲線的設計的圖解

13、法基本方法：基本方法：反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法依據(jù)：相對運動原理依據(jù)：相對運動原理基本思想：設想給整個機構(gòu)加上一基本思想：設想給整個機構(gòu)加上一個與凸輪角速度個與凸輪角速度大小相等方向相大小相等方向相反的轉(zhuǎn)動，此時凸輪靜止不動，而反的轉(zhuǎn)動，此時凸輪靜止不動，而從動件一方面隨機架相對凸輪以從動件一方面隨機架相對凸輪以- -的角速度繞凸輪軸轉(zhuǎn)動，另一方面的角速度繞凸輪軸轉(zhuǎn)動，另一方面又以原有運動規(guī)律相對機架運動。又以原有運動規(guī)律相對機架運動。O -311231 121 123下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄1234 6012090901 2 3 45678s 578660r0120-12 3 456

14、79090A432187651. 1.對心直動尖頂對心直動尖頂從動件從動件盤形凸輪盤形凸輪已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r r0 0，角速度角速度 和從動和從動件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。設計步驟設計步驟: : 作基圓作基圓r r0 0和從動件的初始位置；和從動件的初始位置； 在基圓上在基圓上反向反向?qū)獙确指鬟\動角，等分各運動角，得到一系列與基圓的交點。得到一系列與基圓的交點。 過各交點作從動件導路線過各交點作從動件導路線，并從基圓向外截取從動件相應位移量，即，并從基圓向外截取從動件相應位移量，即11=11 得到得到反轉(zhuǎn)后從動件尖頂?shù)囊幌盗形?/p>

15、置。反轉(zhuǎn)后從動件尖頂?shù)囊幌盗形恢谩?將各尖頂點連接成一條光滑曲線。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制0s0s 將位移曲線的推程和回程運動角等分；將位移曲線的推程和回程運動角等分；下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄1234 6012090901 2 3 45678s 578660r0120-12 3 45679090A432187652. 2.對心直動滾子對心直動滾子從動件從動件盤形凸輪盤形凸輪已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r r0 0，滾子半徑，滾子半徑r rT T ，角速度角速度 和和從動件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。從

16、動件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。設計步驟設計步驟: :按照上述方法作出的是反轉(zhuǎn)過程中滾子中心按照上述方法作出的是反轉(zhuǎn)過程中滾子中心B的運動軌跡的運動軌跡理論廓線理論廓線；然后在理論廓線上作一系列的滾子圓，再作此圓族的內(nèi)包絡線然后在理論廓線上作一系列的滾子圓，再作此圓族的內(nèi)包絡線實際廓線實際廓線。直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制理論輪廓理論輪廓實際輪廓實際輪廓實際輪廓實際輪廓0s0s下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄911 13 151 3 5 7 813578911131214 601209090s2 O OeA A-6123457815141312111

17、091514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k83 3 偏置直動偏置直動尖頂尖頂從動件從動件盤形凸輪盤形凸輪已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r r0 0，角速度角速度 和從動件的和從動件的運動規(guī)律和偏心距運動規(guī)律和偏心距e e，設計該凸輪輪廓曲線。設計該凸輪輪廓曲線。直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制滾子滾子注意：與前不同的是注意：與前不同的是過各等過各等分點作偏距圓的一系列切線，即分點作偏距圓的一系列切線，即是從動件導路在反轉(zhuǎn)過程中的一是從動件導路在反轉(zhuǎn)過程中的一系列位置線。系列位置線。下一頁下一

18、頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄4 4 直動平底從動件盤形凸輪輪廓的繪制直動平底從動件盤形凸輪輪廓的繪制下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄-直動平底從動件盤形凸輪輪廓的繪制直動平底從動件盤形凸輪輪廓的繪制實際廓線實際廓線下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄平面回轉(zhuǎn)變換矩陣平面回轉(zhuǎn)變換矩陣cossinsincos)sin(sinsincoscos)cos(rrryrrrx11sin,cosyrxr因cossinsincos1111yxyyxx11cossinsincosyxyxxyr),(111yxA二、凸輪輪廓曲線的設計的解析法二、凸輪輪廓曲線的設計的解析法o平面回轉(zhuǎn)變換矩

19、陣平面回轉(zhuǎn)變換矩陣),(yxA下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄直動滾子從動件盤形凸輪直動滾子從動件盤形凸輪xyoB0B理論廓線理論廓線實際廓線實際廓線刀具中心軌跡刀具中心軌跡下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄e),(0sseBoB0BBr0es理論廓線理論廓線直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)220000cos)(sinsin)(coserssseyssexsseyx0cossinsincosxys0已知已知r0,e,s=s(), 求求B點坐標點坐標B點坐標：B0點坐標：),(00seB oB點坐標(x, y)：下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目

20、錄實際廓線（工作廓線）實際廓線（工作廓線）xyddxddydxdytgsin)(cos)(cos)(sin)(00ssseysssex點坐標：kBcos)2sin(sin)2cos(TTkTTkryryyrxrxxxyB0BBr0ess0Bk理論廓線理論廓線實際廓線實際廓線下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄刀具中心軌跡（刀具中心軌跡（C點坐標）點坐標）sin)()2cos()(TcTccrrxrrxxcos)()2sin()(TcTccrryrryy時也適用Tcrr rT刀具中心軌跡刀具中心軌跡C理論廓線理論廓線實際廓線實際廓線kCTcrr 若rCrTBBK下一頁下一頁上一頁上一頁退

21、出退出分目錄分目錄6.4 6.4 凸輪機構(gòu)設計中的幾個基本問題凸輪機構(gòu)設計中的幾個基本問題 從動件運動規(guī)律的確定方法從動件運動規(guī)律的確定方法 壓力角和自鎖壓力角和自鎖 凸輪廓線曲率半徑和運動失真凸輪廓線曲率半徑和運動失真 凸輪機構(gòu)基本尺寸確定凸輪機構(gòu)基本尺寸確定下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄6.4.2 凸輪機構(gòu)的壓力角和自鎖凸輪機構(gòu)的壓力角和自鎖直動從動件直動從動件從動件所受力的方向與力作用從動件所受力的方向與力作用點的速度方向所夾的銳角稱為點的速度方向所夾的銳角稱為壓力角壓力角 。2200tanOPOCseseBCssress0sOCPBeFv|sOPOPP即與與r0,e,s有

22、關(guān)，且有關(guān)，且r0越大越大 越小越小瞬心瞬心r0下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄eOCPBs0seOCPBs0s壓力角增大壓力角增大偏心距偏心距e的確定的確定0tanOPOCseBCss0tanOPOCseBCss下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄s0socpBe凸輪順時針方向轉(zhuǎn)動，凸輪順時針方向轉(zhuǎn)動，從動件應偏置于凸輪軸從動件應偏置于凸輪軸心左側(cè)；凸輪作逆時針心左側(cè)；凸輪作逆時針方向轉(zhuǎn)動，從動件應偏方向轉(zhuǎn)動，從動件應偏置于凸輪軸心的右側(cè)。置于凸輪軸心的右側(cè)。否則會增大推程壓力角否則會增大推程壓力角 e左順右逆左順右逆偏心距偏心距e的確定的確定下一頁下一頁上一頁上一頁退出

23、退出分目錄分目錄擺動從動件擺動從動件OBFv下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄6.4.3 凸輪廓線曲率半徑和運動失真凸輪廓線曲率半徑和運動失真曲率半徑曲率半徑y(tǒng)xyxyx 2322)(00輪廓外凸輪廓外凸輪廓內(nèi)凹輪廓內(nèi)凹下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄a工作輪廓的曲率半徑，工作輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑，rT滾子半徑滾子半徑rT arT rT arT 輪廓正常輪廓正常外凸外凸rT對于外凸輪廓，要保證正常工作，應使：對于外凸輪廓，要保證正常工作，應使：rT min滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)a運動失真運動失真下一頁下一頁上一頁上一

24、頁退出退出分目錄分目錄當當 時，實際廓線干涉或變尖，導致運動失真時，實際廓線干涉或變尖，導致運動失真。minTr對于外凸的滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)：對于外凸的滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)：對于平底從動件盤形凸輪機構(gòu)：對于平底從動件盤形凸輪機構(gòu)：凸輪輪廓不應有內(nèi)凹，即凸輪輪廓不應有內(nèi)凹，即0K下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄01.84 10 mm,rrr是凸輪軸孔半徑(1) 基圓半徑基圓半徑r0的確定的確定r0過小過小: :r0過大過大: :r0選取的原則：在保證壓力角不大和不產(chǎn)生選取的原則：在保證壓力角不大和不產(chǎn)生運動失真的前提下，盡量取小值。運動失真的前提下，盡量取小值。6.4.4 凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定壓力角增大，且可能會運動失真壓力角增大，且可能會運動失真結(jié)構(gòu)不緊湊結(jié)構(gòu)不緊湊下一頁下一頁上一頁上一頁退出退出分目錄分目錄(2)(2)滾子半徑滾子半徑rT的確定的確定可畫出正常的可畫出正常的實際廓線實際廓線minTr實際廓線變尖實際廓線變尖minTr實際廓線干涉，實際廓線干涉，導致運動失