機(jī)械原理 課件 第9章凸輪機(jī)構(gòu)

1、9-1 9-1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用 第第9章章 凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：n實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律n結(jié)構(gòu)簡單、緊湊結(jié)構(gòu)簡單、緊湊n設(shè)計(jì)方便設(shè)計(jì)方便分類缺點(diǎn)缺點(diǎn)：n點(diǎn)、線接觸，易磨損，不適合點(diǎn)、線接觸，易磨損，不適合高速、重載，一般用于傳力不高速、重載，一般用于傳力不大的場合，常作為控制機(jī)構(gòu)用。大的場合，常作為控制機(jī)構(gòu)用。凸輪機(jī)構(gòu)分類凸輪機(jī)構(gòu)分類 1、按照凸輪的形狀分類、按照凸輪的形狀分類 盤狀凸輪盤狀凸輪 圓柱凸輪圓柱凸輪2、按照從動(dòng)件型式分類、按照從動(dòng)件型式分類 尖頂、滾子、平底尖頂、滾子、平底VVV凸輪機(jī)構(gòu)分類凸輪機(jī)構(gòu)分類 3 3、按照從動(dòng)件運(yùn)

2、動(dòng)分類、按照從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)分類直動(dòng)直動(dòng)擺動(dòng)擺動(dòng)e4、按從動(dòng)件的布置形式分、按從動(dòng)件的布置形式分e對(duì)心直動(dòng)對(duì)心直動(dòng)偏置直動(dòng)偏置直動(dòng)e從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 凸輪機(jī)構(gòu)的命名凸輪機(jī)構(gòu)的命名1、按照凸輪的形狀分類、按照凸輪的形狀分類 盤狀凸輪盤狀凸輪 圓柱凸輪圓柱凸輪2、按照從動(dòng)件型式分類、按照從動(dòng)件型式分類 尖頂尖頂滾子滾子平底平底3 3、按照從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)分類、按照從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)分類直動(dòng)直動(dòng)擺動(dòng)擺動(dòng)4、按從動(dòng)件的布置形式分、按從動(dòng)件的布置形式分對(duì)心直動(dòng)對(duì)心直動(dòng)偏置直動(dòng)偏置直動(dòng)5、按照凸輪副保持方式分類、按照凸輪副保持方式分類力封閉力封閉幾何封閉幾何封閉滾子擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)滾子擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)分類凸

3、輪機(jī)構(gòu)分類 ets0A凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)與推桿運(yùn)動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)與推桿運(yùn)動(dòng)n基圓基圓( (以凸輪輪廓最小向徑為半徑的圓以凸輪輪廓最小向徑為半徑的圓) )，基圓半徑，基圓半徑r r0 00 010 02r0 0推程推程 01遠(yuǎn)休止遠(yuǎn)休止 0回程回程 02近休止近休止BCDhAn推程推程，推程運(yùn)動(dòng)角，推程運(yùn)動(dòng)角0 0n遠(yuǎn)休止遠(yuǎn)休止，遠(yuǎn)休止角，遠(yuǎn)休止角0101 n回程回程，回程運(yùn)動(dòng)角，回程運(yùn)動(dòng)角0 0 n近休止近休止，近休止角，近休止角0202 n行程（升程）行程（升程），h hn運(yùn)動(dòng)線圖運(yùn)動(dòng)線圖: 從動(dòng)件的位移、速度、加速從動(dòng)件的位移、速度、加速度隨時(shí)間度隨時(shí)間t t或凸輪轉(zhuǎn)角或凸輪轉(zhuǎn)角 變化的關(guān)系圖變化的關(guān)系圖

4、推桿位移推桿位移凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 s 00 0hv 0a 0- + - 等加等減速 一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律（等速運(yùn)動(dòng)）一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律（等速運(yùn)動(dòng)） 0推程推程 01遠(yuǎn)休止遠(yuǎn)休止 0回程回程 02近休止近休止0hv 0hs tvvatt00limn特性：特性：始點(diǎn)、末點(diǎn)剛性沖擊始點(diǎn)、末點(diǎn)剛性沖擊n適用場合：適用場合：低速輕載低速輕載從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 s v a 二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律(等加速等減速運(yùn)動(dòng)等加速等減速運(yùn)動(dòng))n特性：特性：起、中、末點(diǎn)柔性沖擊起、中、末點(diǎn)柔性沖擊n適用場合：適用場合：速度和載荷稍高速度和載荷稍高

5、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律 1）余弦加速度（簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律）余弦加速度（簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律） 2）正弦加速度）正弦加速度 柔性沖擊柔性沖擊 無沖擊無沖擊 選用*需要設(shè)計(jì)（如需要設(shè)計(jì)（如精壓機(jī)上模運(yùn)動(dòng)規(guī)律）精壓機(jī)上模運(yùn)動(dòng)規(guī)律） 表表9-1 常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性(p.158)凸輪角速度、推程運(yùn)動(dòng)角，從動(dòng)件升程相同的情況下，凸輪角速度、推程運(yùn)動(dòng)角，從動(dòng)件升程相同的情況下，對(duì)比最大速度、最大加速度、最大躍度對(duì)比最大速度、最大加速度、最大躍度 1）無特殊要求）無特殊要求 3）有嚴(yán)格要求）有嚴(yán)格要求 2）高速凸輪（）高速凸輪（ 9-5） 上模 例：電話筒支架例：

6、電話筒支架 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 *僅適合某種規(guī)律（如等速運(yùn)動(dòng)）僅適合某種規(guī)律（如等速運(yùn)動(dòng)）修正的等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律修正的等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律有解？有解？設(shè)計(jì)精壓機(jī)上模的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)精壓機(jī)上模的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 上模移動(dòng)總行程為上模移動(dòng)總行程為280mm280mm，壓延行程置于總行程的中部，約壓延行程置于總行程的中部，約100mm100mm；制成品生產(chǎn)率不小于每分鐘制成品生產(chǎn)率不小于每分鐘3030件件勻速運(yùn)動(dòng)段的速度控制在勻速運(yùn)動(dòng)段的速度控制在0.1-0.2m/s0.1-0.2m/s，其余段最大速度不大于其余段最大速度不大于1m/s1m/s上模下行后迅速返回上模下行后迅速返回機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間間隔不大于2秒行

7、程速比系數(shù)K應(yīng)大于1 某方案：某方案：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間2 2秒秒 K=1.25 K=1.25 上模下行對(duì)應(yīng)時(shí)間為：上模下行對(duì)應(yīng)時(shí)間為：2 2秒秒 （1.25/2.251.25/2.25）=1.1=1.1秒秒 一、確定壓延速度是否可以實(shí)現(xiàn)（關(guān)鍵）一、確定壓延速度是否可以實(shí)現(xiàn)（關(guān)鍵） 下行平均速度為下行平均速度為0.28/1.1=0.2550.28/1.1=0.255米米/ /秒秒 上行平均速度為上行平均速度為0.28/(2-1.1)=0.310.28/(2-1.1)=0.31米米/ /秒秒研究計(jì)算結(jié)果，上行平均速度較小，實(shí)現(xiàn)研究計(jì)算結(jié)果，上行平均速度較小，實(shí)現(xiàn)“最大速度不大于最大

8、速度不大于1m/s”的要求有的要求有足夠余地；下行平均速度稍大于拉延要求的速度范圍，可以實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的壓足夠余地；下行平均速度稍大于拉延要求的速度范圍，可以實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的壓延速度；因此，延速度；因此，“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間間隔為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間間隔為2秒，行程速比系數(shù)為秒，行程速比系數(shù)為1.25”可行可行 25. 1上下下上ttvvK2下上tt.條件之間有無相互矛盾條件之間有無相互矛盾 主要影響因素主要影響因素 有無窮解有無窮解運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì) 通過平均速度來估算可行性通過平均速度來估算可行性 1 1）取坐標(biāo)系）取坐標(biāo)系S-S- ，其中，其中 表示上模驅(qū)機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的轉(zhuǎn)角；表示上模驅(qū)機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的

9、轉(zhuǎn)角； S360(2秒)200 46154108(0.6秒)280二、設(shè)計(jì)上模位移運(yùn)動(dòng)線圖二、設(shè)計(jì)上模位移運(yùn)動(dòng)線圖 2 2）下行對(duì)應(yīng)原動(dòng)件轉(zhuǎn)角）下行對(duì)應(yīng)原動(dòng)件轉(zhuǎn)角200200度，上行對(duì)應(yīng)原動(dòng)件轉(zhuǎn)角度，上行對(duì)應(yīng)原動(dòng)件轉(zhuǎn)角160160度；（度；（k=1.25k=1.25）3 3）確定壓延行程的位置（多解）確定壓延行程的位置（多解）壓延時(shí)間壓延時(shí)間=0.1/0.15=0.6667s =0.1/0.15=0.6667s 計(jì)算壓延角度計(jì)算壓延角度 取壓延速度取壓延速度0.15m/s 取壓延時(shí)間取壓延時(shí)間0.6s1081 . 16 . 0200 xssx.壓延速度壓延速度0.1/0.6=0.167m/s

10、運(yùn)動(dòng)循環(huán)間隔運(yùn)動(dòng)循環(huán)間隔2秒，行程速比系數(shù)秒，行程速比系數(shù)1.25壓延行程置于中部，下行時(shí)間壓延行程置于中部，下行時(shí)間1.1秒，壓延速度秒，壓延速度0.1-0.2m/s s s4 4）設(shè)計(jì)上模其余時(shí)間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律）設(shè)計(jì)上模其余時(shí)間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 S360(2秒)200 46154108(0.6秒)280選取位移線圖上較陡峭的位置做切線，檢查其斜率（代表運(yùn)動(dòng)速度）選取位移線圖上較陡峭的位置做切線，檢查其斜率（代表運(yùn)動(dòng)速度）位移線圖確定后，可以進(jìn)一步求出速度、加速度線圖位移線圖確定后，可以進(jìn)一步求出速度、加速度線圖（求導(dǎo)數(shù)，或數(shù)值微分）（求導(dǎo)數(shù)，或數(shù)值微分）勻速運(yùn)動(dòng)段的速度0.1-0.2m/s，其余段最

11、大速度不大于1m/s例：例： s = -0.08米米 =40 (0.222秒秒)秒）（米/36. 022. 008. 0|v. .最大速度滿足要求最大速度滿足要求 廓線設(shè)計(jì) 凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)1、尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪、尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪 機(jī)架（靜止）機(jī)架（靜止）凸輪（凸輪（ ）從動(dòng)件（平動(dòng)）從動(dòng)件（平動(dòng)）新機(jī)架新機(jī)架 - （凸輪回轉(zhuǎn)中心）（凸輪回轉(zhuǎn)中心）平面運(yùn)動(dòng)平面運(yùn)動(dòng) e已知：已知：基圓半徑基圓半徑r0，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)：凸輪廓線凸輪廓線 - 整個(gè)機(jī)構(gòu)繞凸輪回轉(zhuǎn)中心整個(gè)機(jī)構(gòu)繞凸輪回轉(zhuǎn)中心- 反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 隨原機(jī)架隨原

12、機(jī)架- 轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)原機(jī)架平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)原機(jī)架平動(dòng)凸輪廓線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題：凸輪廓線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題： 實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件某點(diǎn)在新機(jī)架下的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件某點(diǎn)在新機(jī)架下的運(yùn)動(dòng)軌跡中心問題：滿足從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律中心問題：滿足從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 已知：已知：r0，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)：凸輪廓線凸輪廓線e解：解：1）畫出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律）畫出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 S - 3）等分等分 S - 圖圖s0h1200600900905）從基圓開始沿導(dǎo)軌方向量取從動(dòng)件）從基圓開始沿導(dǎo)軌方向量取從動(dòng)件位移（推桿平面運(yùn)動(dòng)）位移（推桿平面運(yùn)動(dòng)）6)光滑連接各點(diǎn)得凸輪廓線光滑連接各

13、點(diǎn)得凸輪廓線偏置 2）畫基圓畫基圓 4）- 等分基圓（機(jī)架反轉(zhuǎn)）等分基圓（機(jī)架反轉(zhuǎn)）原機(jī)架反轉(zhuǎn)時(shí)原機(jī)架反轉(zhuǎn)時(shí)從動(dòng)件導(dǎo)軌依次從動(dòng)件導(dǎo)軌依次到達(dá)的位置到達(dá)的位置步驟步驟 1）- 3）畫已知條件）畫已知條件 4）機(jī)架變換）機(jī)架變換 5）接觸點(diǎn)的軌跡，凸輪廓線上的點(diǎn)）接觸點(diǎn)的軌跡，凸輪廓線上的點(diǎn) 找從動(dòng)件某點(diǎn)找從動(dòng)件某點(diǎn)在新機(jī)架下的運(yùn)動(dòng)軌跡在新機(jī)架下的運(yùn)動(dòng)軌跡ee 機(jī)架（靜止）機(jī)架（靜止）凸輪（凸輪（ ）從動(dòng)件（移動(dòng)）從動(dòng)件（移動(dòng)）機(jī)架機(jī)架 - 平面運(yùn)動(dòng)平面運(yùn)動(dòng) 對(duì)心對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線設(shè)計(jì)與直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線設(shè)計(jì)與偏置偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線設(shè)計(jì)直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線設(shè)計(jì) 對(duì)比對(duì)比 從動(dòng)

14、件導(dǎo)軌通過凸輪回轉(zhuǎn)中心從動(dòng)件導(dǎo)軌通過凸輪回轉(zhuǎn)中心 從動(dòng)件導(dǎo)軌與凸輪回轉(zhuǎn)中心有固定距離從動(dòng)件導(dǎo)軌與凸輪回轉(zhuǎn)中心有固定距離 與偏距圓相切與偏距圓相切 原理相同原理相同 解：解：1）畫出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律）畫出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 S - 2）畫基圓畫基圓和偏距圓和偏距圓3）等分等分 S - 圖圖 5）從基圓開始沿導(dǎo)軌方向量?。幕鶊A開始沿導(dǎo)軌方向量取從動(dòng)件位移（推桿平面運(yùn)動(dòng)）從動(dòng)件位移（推桿平面運(yùn)動(dòng)）6)光滑連接各點(diǎn)得凸輪廓線光滑連接各點(diǎn)得凸輪廓線s0h1200600900904）- 等分等分偏距圓，偏距圓，在分點(diǎn)上做切線在分點(diǎn)上做切線（導(dǎo)軌位置）（導(dǎo)軌位置）機(jī)架（靜止）機(jī)架（靜止）凸輪（凸輪（ ）從動(dòng)件（

15、移動(dòng)）從動(dòng)件（移動(dòng)）機(jī)架機(jī)架 - 平面運(yùn)動(dòng)平面運(yùn)動(dòng) 對(duì)心對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線設(shè)計(jì)與直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線設(shè)計(jì)與偏置偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線設(shè)計(jì)直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線設(shè)計(jì) 對(duì)比對(duì)比 例典型例題典型例題 s0h120060090090已知：已知：r0，e，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)求：理論廓線上對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角求：理論廓線上對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角60度處的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑度處的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑Re R 例凸輪是偏心圓盤，求凸輪是偏心圓盤，求D點(diǎn)與從動(dòng)件接觸時(shí)的點(diǎn)與從動(dòng)件接觸時(shí)的壓力角壓力角 接觸點(diǎn)上從動(dòng)件的受力方向和速度方向的夾角接觸點(diǎn)上從動(dòng)件的受力方向和速度方向的夾角求求D點(diǎn)接

16、觸時(shí)從動(dòng)件的位移點(diǎn)接觸時(shí)從動(dòng)件的位移SD sD 并在并在S - 圖上標(biāo)出圖上標(biāo)出D點(diǎn)點(diǎn) s 0sD185 典型例題典型例題 滾子 理論輪廓理論輪廓實(shí)際輪廓實(shí)際輪廓考慮從動(dòng)件形狀考慮從動(dòng)件形狀首先以滾子中心為參考點(diǎn)設(shè)計(jì)得凸輪理論廓線首先以滾子中心為參考點(diǎn)設(shè)計(jì)得凸輪理論廓線 然后在理論廓線上取點(diǎn)為圓心，然后在理論廓線上取點(diǎn)為圓心，以滾子半徑做圓以滾子半徑做圓做滾子的內(nèi)包絡(luò)線得實(shí)際廓線做滾子的內(nèi)包絡(luò)線得實(shí)際廓線 與每個(gè)滾子都相切與每個(gè)滾子都相切 滾子滾子 例1、求圖示位置的壓力角、求圖示位置的壓力角2、凸輪轉(zhuǎn)、凸輪轉(zhuǎn)90度后推桿位移的變化度后推桿位移的變化 找推桿的位置找推桿的位置找理論廓線、基圓找

17、理論廓線、基圓S2 S1 位移的變化位移的變化 S=S2-S1 壓力角？壓力角？作業(yè)：作業(yè)：9-7、9-14 平底 考慮從動(dòng)件形狀考慮從動(dòng)件形狀s0h120060090090然后在理論廓線上取點(diǎn)為從動(dòng)件底部中心，然后在理論廓線上取點(diǎn)為從動(dòng)件底部中心，做從動(dòng)件平底做從動(dòng)件平底做平底的內(nèi)包絡(luò)線得實(shí)際廓線做平底的內(nèi)包絡(luò)線得實(shí)際廓線 平底從動(dòng)件平底從動(dòng)件 運(yùn)動(dòng)失真 首先以推桿底部中心為參考點(diǎn)設(shè)計(jì)得凸輪理論廓線首先以推桿底部中心為參考點(diǎn)設(shè)計(jì)得凸輪理論廓線 考慮從動(dòng)件形狀考慮從動(dòng)件形狀a凸凸 rr a= -rr若若 rr平底理論廓線理論廓線 若若 =rra =0凹凹 理論rr實(shí)際a a= +rr運(yùn)動(dòng)失真運(yùn)動(dòng)失真 處理運(yùn)動(dòng)失真方法處理運(yùn)動(dòng)失真方法 減小滾子半徑減小滾子半徑 增加基圓半徑增加基圓半徑 不存在由滾子半徑引起的運(yùn)動(dòng)失真不存在由滾子半徑引起的運(yùn)動(dòng)失真 基圓半徑基圓半徑r0與滾子半徑與滾子半徑rr 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)失真凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)失真 理論廓線某些點(diǎn)被架空理論廓線某些點(diǎn)被架空引起的運(yùn)動(dòng)失真引起的運(yùn)動(dòng)失真 平底的尺寸不恰當(dāng)引起的運(yùn)動(dòng)失真平底的尺寸不恰當(dāng)引起的運(yùn)動(dòng)失真 解決方法：增加基圓半徑解決方法：增加基圓半徑 基本尺寸 基圓半徑、平底長基圓半徑、平底長 解決方法：增加平底長度解決方法：增加平底長度 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)失真凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)失真 基圓半徑與壓