《機(jī)械原理》第四章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

1、第四章第四章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 4-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類 4-2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 4-3 按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線-作圖法作圖法 4-4 按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線-解析法解析法 4-5 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 4-6 高速凸輪機(jī)構(gòu)簡介高速凸輪機(jī)構(gòu)簡介本章教學(xué)內(nèi)容本章教學(xué)內(nèi)容一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用4-1 4-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類應(yīng)用應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)凸輪：

2、是具有一個(gè)曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，它運(yùn)動(dòng)時(shí)，凸輪：是具有一個(gè)曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，它運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過高副接觸可以使從動(dòng)件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期通過高副接觸可以使從動(dòng)件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。組成凸輪機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)件組成凸輪機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)件 凸輪、推桿（從動(dòng)件）、機(jī)架凸輪、推桿（從動(dòng)件）、機(jī)架連接副：凸輪與從動(dòng)件組成的高副及二者與機(jī)架組成的連接副：凸輪與從動(dòng)件組成的高副及二者與機(jī)架組成的低副組成。低副組成。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域 凸輪機(jī)構(gòu)廣泛用于自動(dòng)機(jī)械、自動(dòng)控制裝置和凸輪機(jī)構(gòu)廣泛用于自動(dòng)機(jī)械、自動(dòng)控制裝置和裝配生產(chǎn)線中。裝配生產(chǎn)線中。1. 按凸輪形狀分：按凸輪

3、形狀分：二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類盤形凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪機(jī)構(gòu)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪機(jī)構(gòu)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)2. 按從動(dòng)件的形狀來分按從動(dòng)件的形狀來分尖頂推桿尖頂推桿滾子推桿滾子推桿平底推桿平底推桿其優(yōu)點(diǎn)是凸輪與平底接觸面間其優(yōu)點(diǎn)是凸輪與平底接觸面間容易形成油膜，潤滑較好，所容易形成油膜，潤滑較好，所以常用于高速傳動(dòng)中。以常用于高速傳動(dòng)中。由于滾子與凸輪之間為滾動(dòng)由于滾子與凸輪之間為滾動(dòng)摩擦，所以磨損較小，故可摩擦，所以磨損較小，故可用來傳遞較

4、大的動(dòng)力。用來傳遞較大的動(dòng)力。構(gòu)造簡單，但易于磨損，所構(gòu)造簡單，但易于磨損，所以只適用于作用力不大和速以只適用于作用力不大和速度較低的場合。度較低的場合。根據(jù)從動(dòng)件相對機(jī)架的運(yùn)動(dòng)方式分根據(jù)從動(dòng)件相對機(jī)架的運(yùn)動(dòng)方式分直動(dòng)從動(dòng)件直動(dòng)從動(dòng)件直動(dòng)從動(dòng)件：從動(dòng)件作往復(fù)移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為從動(dòng)件作往復(fù)移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一段直線；一段直線； 對心直動(dòng)推桿對心直動(dòng)推桿 偏置直動(dòng)從動(dòng)件偏置直動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件：從動(dòng)件作往復(fù)擺動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為從動(dòng)件作往復(fù)擺動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一段圓弧。一段圓弧。擺動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件直動(dòng)與擺動(dòng)從動(dòng)件比較（2）幾何封閉法：）幾何封閉法：利用凸輪與推桿構(gòu)成的利用凸輪與推桿構(gòu)成的高副元素的特殊

5、幾何結(jié)高副元素的特殊幾何結(jié)構(gòu)使凸輪與推桿始終保構(gòu)使凸輪與推桿始終保持接觸。持接觸。 常用的有如下幾種：常用的有如下幾種：3. 按凸輪與從動(dòng)件保持接觸的方法分按凸輪與從動(dòng)件保持接觸的方法分槽凸輪機(jī)構(gòu)槽凸輪機(jī)構(gòu)等寬凸輪機(jī)構(gòu)等寬凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪等徑凸輪共軛凸輪共軛凸輪（1）力封閉方法：）力封閉方法：利用推桿的重力、彈簧利用推桿的重力、彈簧力或其它外力使推桿始力或其它外力使推桿始終與凸輪保持接觸；終與凸輪保持接觸；凹槽凸輪機(jī)構(gòu)凹槽凸輪機(jī)構(gòu)等寬凸輪機(jī)構(gòu)等寬凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪機(jī)構(gòu)共軛凸輪機(jī)構(gòu)共軛凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)只要通過適當(dāng)設(shè)計(jì)凸輪廓線可以使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)各種預(yù)只要通過適當(dāng)設(shè)計(jì)凸輪

6、廓線可以使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，應(yīng)用廣泛。期運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，應(yīng)用廣泛。 凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)： 1）接觸為高副，易于磨損，多用于傳力不大的場合。）接觸為高副，易于磨損，多用于傳力不大的場合。2）凸輪輪廓加工比較困難。）凸輪輪廓加工比較困難。3）從動(dòng)件的行程不能過大，否則會(huì)使凸輪變得笨重。）從動(dòng)件的行程不能過大，否則會(huì)使凸輪變得笨重。凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容與步驟凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容與步驟（1）合理選擇凸輪類型）合理選擇凸輪類型（2）設(shè)計(jì)凸輪基圓半徑）設(shè)計(jì)凸輪基圓半徑（3）設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線）設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線（4）校核并設(shè)計(jì)）校核并設(shè)計(jì)r0h s

7、s s s DD0B0B sO ,t360基圓基圓 基圓半徑基圓半徑r0推程角推程角 推程推程 升距升距h遠(yuǎn)停遠(yuǎn)停遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休止角 s回程回程回程角回程角 近停近停近休止角近休止角 sB 位移曲線位移曲線凸輪機(jī)構(gòu)的基本名詞術(shù)語凸輪機(jī)構(gòu)的基本名詞術(shù)語4-2 4-2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律偏距偏距偏距圓偏距圓從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：是指推桿在運(yùn)動(dòng)過程中，其位移、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：是指推桿在運(yùn)動(dòng)過程中，其位移、速度和加速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。速度和加速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。從動(dòng)件的位移線圖：從動(dòng)件的位移從動(dòng)件的位移線圖：從動(dòng)件的位移s隨凸輪轉(zhuǎn)角隨凸輪轉(zhuǎn)角 而而變化的線圖。變化的線圖。從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)

8、律從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一、一、多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)等速運(yùn)動(dòng) 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) 五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、二、三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律 正弦加速度運(yùn)動(dòng)正弦加速度運(yùn)動(dòng)擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律三、三、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律重點(diǎn)：掌握各種運(yùn)重點(diǎn)：掌握各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)特性動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)特性說明：凸輪一般為等速運(yùn)動(dòng)，有說明：凸輪一般為等速運(yùn)動(dòng)，有 推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律常推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律常表示為推桿運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨凸輪轉(zhuǎn)角表示為推桿運(yùn)動(dòng)

9、參數(shù)隨凸輪轉(zhuǎn)角 變化變化的規(guī)律。的規(guī)律。, t1、等速運(yùn)動(dòng)、等速運(yùn)動(dòng)0/110dtdvaCdtdsvCCs0ahvhs運(yùn)動(dòng)方程式一般表達(dá)式：運(yùn)動(dòng)方程式一般表達(dá)式：推程運(yùn)動(dòng)方程：推程運(yùn)動(dòng)方程：運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)： =0, s=0運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)：hs ,推程運(yùn)動(dòng)方程式：推程運(yùn)動(dòng)方程式：邊界條件邊界條件在起始和終止點(diǎn)速度有突變，使瞬時(shí)加速度趨于無窮大，從而產(chǎn)在起始和終止點(diǎn)速度有突變，使瞬時(shí)加速度趨于無窮大，從而產(chǎn)生無窮大慣性力，引起生無窮大慣性力，引起剛性沖擊。剛性沖擊。一、一、多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律回程運(yùn)動(dòng)方程回程運(yùn)動(dòng)方程回程運(yùn)動(dòng)方程式：回程運(yùn)動(dòng)方程式：0)(-ahvhhss運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)：運(yùn)

10、動(dòng)始點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)：邊界條件邊界條件0/110dtdvaCdtdsvCCs一次多項(xiàng)式一般表達(dá)式：一次多項(xiàng)式一般表達(dá)式：等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)特性等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)特性 推桿在運(yùn)動(dòng)起始和終止點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生推桿在運(yùn)動(dòng)起始和終止點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生剛性沖擊剛性沖擊。hss,0, ss為保證凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，常使推桿在一個(gè)行程為保證凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，常使推桿在一個(gè)行程h中的前中的前半段作等加速運(yùn)動(dòng)，后半段作等減速運(yùn)動(dòng)，且加速度和減速半段作等加速運(yùn)動(dòng)，后半段作等減速運(yùn)動(dòng)，且加速度和減速度的絕對值相等。度的絕對值相等。2、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)規(guī)律等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)方程式一般表達(dá)式

11、：運(yùn)動(dòng)方程式一般表達(dá)式：推桿的等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律推桿的等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律注意：注意：222122102/2/CdtdvaCCdtdsvCCCs等減速段運(yùn)動(dòng)方程為等減速段運(yùn)動(dòng)方程為:22222/4/)(4/)(2hahvhhs22222/4/4/2hahvhs推程等加速段邊界條件：推程等加速段邊界條件： 加速段運(yùn)動(dòng)方程式為：加速段運(yùn)動(dòng)方程式為：運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)： =0, s=0，v=0運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)：2/,2/hs 推程等減速段邊界條件：推程等減速段邊界條件：運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)：2/,2/hs 推程運(yùn)動(dòng)方程推程運(yùn)動(dòng)方程0,vhs，等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)特性等加速等

12、減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)特性： 在起點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)在起點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)時(shí)，因加速度有突變而引時(shí)，因加速度有突變而引起推桿慣性力的突變，且起推桿慣性力的突變，且突變?yōu)橛邢拗?，在凸輪機(jī)突變?yōu)橛邢拗?，在凸輪機(jī)構(gòu)中由此會(huì)引起構(gòu)中由此會(huì)引起柔性沖擊柔性沖擊。適用于中速場合。適用于中速場合。二、三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律1、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡諧運(yùn)動(dòng)：當(dāng)一點(diǎn)在圓周上等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其在直徑上的投影簡諧運(yùn)動(dòng)：當(dāng)一點(diǎn)在圓周上等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其在直徑上的投影的運(yùn)動(dòng)即為簡諧運(yùn)動(dòng)。的運(yùn)動(dòng)即為簡諧運(yùn)動(dòng)。推程運(yùn)動(dòng)方程式：推程運(yùn)動(dòng)方程式：cos2sin2cos12222hahvhs余弦

13、加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程運(yùn)動(dòng)線圖余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程運(yùn)動(dòng)線圖余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)特性余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)特性：推桿加速度曲線不連續(xù)，在起點(diǎn)推桿加速度曲線不連續(xù)，在起點(diǎn)和終點(diǎn)有突變，且數(shù)值有限，故和終點(diǎn)有突變，且數(shù)值有限，故有有柔性沖擊。柔性沖擊。余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中速中載場合。律適用于中速中載場合。推程運(yùn)動(dòng)方程式為推程運(yùn)動(dòng)方程式為2、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)律擺線運(yùn)動(dòng)：一圓在直線上作純滾動(dòng)時(shí)，其上任一點(diǎn)在擺線運(yùn)動(dòng)：一圓在直線上作純滾動(dòng)時(shí)，其上任一點(diǎn)在直線上的投影運(yùn)動(dòng)為擺線運(yùn)動(dòng)。直線上的投影運(yùn)動(dòng)為擺線運(yùn)動(dòng)。2sin22cos12sin2122hahvhs正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)特性：正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)特性：推桿作正弦加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，速推桿作正弦加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度曲線和加速度曲線連續(xù)，其度曲線和加速度曲線連續(xù)，其加速度沒有突變，因而將不產(chǎn)加速度沒有突變，因而將不產(chǎn)生沖擊。適用于高速輕載場合生沖擊。適用于高速輕載場合凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu).推程運(yùn)動(dòng)線圖推程運(yùn)動(dòng)線圖采用組合運(yùn)動(dòng)規(guī)