機(jī)械原理課件-6凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

1、6.1概概 述述 Chapter 6 Cam Mechanisms and Design6.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類及封閉形式凸輪機(jī)構(gòu)的分類及封閉形式 凸輪機(jī)構(gòu)的類型很多，根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式，可分為直凸輪機(jī)構(gòu)的類型很多，根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式，可分為直動(dòng)和擺動(dòng)兩類。根據(jù)凸輪形狀、從動(dòng)件形狀、封閉形式的不同，動(dòng)和擺動(dòng)兩類。根據(jù)凸輪形狀、從動(dòng)件形狀、封閉形式的不同，凸輪機(jī)構(gòu)有如下類型。凸輪機(jī)構(gòu)有如下類型。 第一第一、直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，如圖、直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，如圖6-1中的中的(a)-(e)、(i)、(j)所示。所示。 第二第二、擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，如圖、擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，如圖6-1中的中的(f)-(

2、h) 所示。所示。 第三第三、從動(dòng)件與凸輪以力封閉的凸輪機(jī)構(gòu)，如圖、從動(dòng)件與凸輪以力封閉的凸輪機(jī)構(gòu)，如圖6-1 (c)所示。所示。 第四第四、從動(dòng)件與凸輪以幾何封閉的凸輪機(jī)構(gòu)，如圖、從動(dòng)件與凸輪以幾何封閉的凸輪機(jī)構(gòu)，如圖6-1 (i)、(j)所示。所示。平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本類型如下圖所示。平面凸輪機(jī)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(jī)構(gòu)的類型凸輪機(jī)構(gòu)的類型(a)2eV21r01AB3CV2(1) 偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)(b)11V223圖圖6-1a 偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪

3、機(jī)構(gòu)偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)二維動(dòng)畫二維動(dòng)畫(a)2eV21r01AB3C(1) 偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)圖圖6-1a 偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)三維動(dòng)畫三維動(dòng)畫(2) 偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)(a)e2V2C3D1r01AB(b)11V223e2V2圖圖61b 偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)二維動(dòng)畫二維動(dòng)畫(a)e2V2C3D1r01AB圖圖6-1b 偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)三維動(dòng)畫三維動(dòng)畫(3) 偏置直動(dòng)平底從動(dòng)件

4、盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)(a)32eBC1r01Ae(b)11V223圖圖61c 偏置直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)二維動(dòng)畫二維動(dòng)畫(a)32eBC1r01A圖圖61c 偏置直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)三維動(dòng)畫三維動(dòng)畫(4) 擺動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)11ABr0223CD(a)12211322(b)圖圖61f 擺動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)11ABr0223CD(a)圖圖61f 擺動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)三維動(dòng)畫三維動(dòng)畫(b)11322(5) 擺動(dòng)

5、滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)(a)223CD11ABr0223CD11ABr0圖圖61g 擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)(a)223CD11ABr0圖圖61g 擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)三維動(dòng)畫三維動(dòng)畫(6) 擺動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)11322(b)11Ar0223C(a)D11Ar023CD圖圖61h擺動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)11Ar0223C(a)D圖圖61h擺動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)三維動(dòng)畫三維動(dòng)畫(7) 盤形溝槽凸輪機(jī)構(gòu)盤形溝槽凸輪機(jī)構(gòu)11

6、O123V2(a) (b) 圖圖61i三維動(dòng)畫三維動(dòng)畫(8) 移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)V11V223(a) (b) V11V223圖圖6-1e三維動(dòng)畫三維動(dòng)畫(9) 力封閉凸輪機(jī)構(gòu)力封閉凸輪機(jī)構(gòu)23V311O1r045(a) (b) 11O1r0圖圖6-1c力封閉力封閉(10) 等寬凸輪機(jī)構(gòu)等寬凸輪機(jī)構(gòu)32V21O11V211O132(a) (b) 圖圖61j(11) 共軛凸輪機(jī)構(gòu)共軛凸輪機(jī)構(gòu)1O1123(b)(a)圖圖61kr0001002ADCB1BOtS圖圖6-2對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)r0001002ADCB1BOtS000102h多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一

7、般表達(dá)式為多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一般表達(dá)式為) 16(332210CCCCCSnn CC VStC a Vt。 6.3.6.3.1 1一次多項(xiàng)式規(guī)律一次多項(xiàng)式規(guī)律推程：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 推程推程回程回程圖圖6-4二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)曲線二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)曲線h0 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 200aosooVS = C0 + C1 + C22 + C33 + C44 + C55V =

8、 dS / dt = C1+2 C2+3 C32+ 4 C43 +5 C54 (6-7) a = dV / dt = 2 C22+6 C32+ 12 C422+20 C523 推程時(shí)其邊界條件為推程時(shí)其邊界條件為)61510(550440330hhhST)306030(450340230hhhVT235024030)12018060(hhhaT)61510(550440330hhSH)306030(4403302200hVH)12018060(3302200202haHh圖圖6-5 五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)曲線五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)曲線O0SOOaV0/26.3.4 6.3.4 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)

9、規(guī)律(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律)/cos(1 5 . 00hST)/cos(1 5 . 00hSH)2/()/sin(00hVT)2/()/sin(00hVH)2/()/cos(20022haT)2/()/cos(20022haHh圖圖66余弦加速度規(guī)律運(yùn)動(dòng)曲線余弦加速度規(guī)律運(yùn)動(dòng)曲線OSOOaV0/206.3.5 6.3.5 正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律(擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律)/2sin(21)/(00 hST)2sin(211 00 hSH)/2cos(1 00hVT)/2cos(1 00hVH)/2sin(20202haT)/2sin(20202haH圖圖67正弦加速度運(yùn)動(dòng)正弦

10、加速度運(yùn)動(dòng) 曲線曲線hOSOOaV0/2016.46.4盤形凸輪輪廓曲線的作圖法設(shè)計(jì)盤形凸輪輪廓曲線的作圖法設(shè)計(jì) -13302211OOS0010025101520h6.4.1 對(duì)心直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)對(duì)心直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) -6.4.1對(duì)心直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)對(duì)心直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 2345671089D1715161412201918111310r0OCAB(b) 作圖過(guò)程作圖過(guò)程11171516141312201918DC圖圖6-8 對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線設(shè)計(jì)對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線設(shè)計(jì)12345671

11、089AB-r0O圖圖6 -9 偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)偏置直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)-234598761001e6.4.46.4.4偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) -eO圖圖6-11 對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線設(shè)計(jì)對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線設(shè)計(jì)2461080A1357911171516141312201918-r0O二維動(dòng)畫二維動(dòng)畫xyB0VCBdS/dr0S-Or0ddSdtddtdSVOPOPVVP/6.5.1直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的解析法設(shè)計(jì)直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的解析法設(shè)計(jì) P凸輪實(shí)際

12、廓線方程凸輪實(shí)際廓線方程(B點(diǎn)坐標(biāo)方程點(diǎn)坐標(biāo)方程)為為xyB0VCBdS/dPr0S-Or0)116(sin)d/d(cos)(cos)d/d(sin)(00SSrySSrx(x , y)SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1圖圖6-13偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線設(shè)計(jì)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線設(shè)計(jì) SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1圖圖6-13偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線設(shè)計(jì)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線設(shè)計(jì))136(sincos)(cossin)(00eSSyeSSxSBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1圖圖

13、6-13偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線設(shè)計(jì)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線設(shè)計(jì)SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1 )146(cossin/tanddyddxdydx)156(sin)()(coscos)()(sin00SSeddSddySSeddSddx2222)/()/(/cos)/()/(/sinddyddxddyddyddxddx)166(sincosggryyrxxSBS0nBnS0 xy-r0OB0rge1yOa0lA0B00lxr0AB-(a)223CD11ABr0圖圖61g 擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)三維動(dòng)畫三維動(dòng)畫圖圖6.5F01擺動(dòng)滾子從

14、動(dòng)件盤形凸輪輪廓線方程擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線方程yOa0lA0B00lxr0AB-)01F5 . 6()cos(cos)sin(sin00laylaxGer0S0SL21L1rgAPOr0C1234nnBF12F43DDEF43Exy3434圖圖6-14 偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的受力分析形凸輪機(jī)構(gòu)的受力分析凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸包括理論基圓半徑包括理論基圓半徑r0、滾、滾子半徑子半徑rg、從動(dòng)件的安裝、從動(dòng)件的安裝結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)尺寸L1和和L2、正負(fù)偏、正負(fù)偏置距置距e和壓力角和壓力角，如圖，如圖6-14所示。所示。 )176(0cos)(cos)

15、(0sinsincos0coscossin340214334014334433443323443344332SSLLFSSLFFFFGFFFEDEDED在圖在圖6-14中，凸輪中，凸輪1給滾子給滾子2的驅(qū)動(dòng)力為的驅(qū)動(dòng)力為F12，滾子，滾子2給給推桿推桿3的作用力的作用力F23F12，機(jī)架，機(jī)架4在在D、E兩點(diǎn)給推桿兩點(diǎn)給推桿3的作用的作用力分別為力分別為F43D、F43E，推桿，推桿3上總阻力為上總阻力為G，推桿，推桿3上的慣性上的慣性力不計(jì)。由推桿力不計(jì)。由推桿3的力平衡條件的力平衡條件Fx，F(xiàn)y和和MA得得化簡(jiǎn)后得作用力化簡(jiǎn)后得作用力F23與總阻力與總阻力G的關(guān)系為的關(guān)系為 )186(ta

16、nsin/)(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。此時(shí)機(jī)械效率。此時(shí)機(jī)械效率為為)196(tantan/ )(21 1/3420123230LSSLFF為了提高機(jī)械效率，規(guī)定凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角為了提高機(jī)械效率，規(guī)定凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角max小小于許用壓力角于許用壓力角。在推程階段，當(dāng)推桿作移動(dòng)時(shí)，。在推程階段，當(dāng)推桿作移動(dòng)時(shí)，30；當(dāng)推桿作擺動(dòng)時(shí)，當(dāng)推桿作擺動(dòng)時(shí)，3545。在回程階段，。在回程階段，7080。 Ger0S0SL21L1rgAPOr0C1234nnBF12F43DDEF43Ex

17、y3434圖圖6-14 偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的受力分析形凸輪機(jī)構(gòu)的受力分析在圖在圖6-14中，由直角中，由直角ACP得關(guān)于壓力角得關(guān)于壓力角的函數(shù)式為的函數(shù)式為 )206()/()d/d()/()(tan5 . 02200SereSSSeOP)216(tan/ )d/d(220eSeSrminrr rr min rr = minmin rrminrrmin(a)(b)(c)6.6.46.6.4平底最小長(zhǎng)度的確定平底最小長(zhǎng)度的確定 xyB0VCBdS/dPS0S-Or0-xVCBdS/dPS0S12)-(6mm)75()dd()dd(maxmax回程推程SSL6.7

18、6.7凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 1234圖圖6-16是發(fā)動(dòng)機(jī)圖是發(fā)動(dòng)機(jī)圖2-7a中的凸輪配氣機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪中的凸輪配氣機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，移動(dòng)從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，移動(dòng)從動(dòng)件2作間作間歇的上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)氣歇的上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)氣門的開(kāi)與閉。門的開(kāi)與閉。 圖圖6-16汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)1汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)2.家用縫紉機(jī)的送布機(jī)構(gòu)家用縫紉機(jī)的送布機(jī)構(gòu)圖圖6 -17家用縫紉機(jī)的送布機(jī)構(gòu)家用縫紉機(jī)的送布機(jī)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(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡針距座針距座H3.曲柄滑塊與凸輪組

19、合的塊狀物料推送機(jī)構(gòu)曲柄滑塊與凸輪組合的塊狀物料推送機(jī)構(gòu) hAB112147ab1K3K2K1K4K56KB2b2358C1C2DE圖圖6 -18曲柄滑塊與凸輪組合的塊狀物料推送機(jī)構(gòu)曲柄滑塊與凸輪組合的塊狀物料推送機(jī)構(gòu) (a) (b)圖圖6.8F02 兩圓柱體的接觸應(yīng)力兩圓柱體的接觸應(yīng)力 21FbnO1O2LHH21Fbn2HL (c) (d) 為凸輪和從動(dòng)件的彈性模量為凸輪和從動(dòng)件的彈性模量為凸輪和從動(dòng)件材料的波松比。為凸輪和從動(dòng)件材料的波松比。 中的中的為綜合曲率，為綜合曲率，分別分別為兩圓柱體的半徑，為兩圓柱體的半徑，號(hào)用于外接觸號(hào)用于外接觸號(hào)用于內(nèi)號(hào)用于內(nèi)接觸。接觸。凸輪副的許用接觸應(yīng)力凸輪副的許用接觸應(yīng)力 凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖圖6.8