凸輪(自編)朱里

1、第五章 凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件(推桿)凸輪機(jī)架11）只需設(shè)計(jì)凸輪,從動(dòng)件就可以得到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)方便。2）點(diǎn)、線接觸，易磨損。3）曲線輪廓，加工制造比較復(fù)雜。特點(diǎn)：2一、應(yīng)用配氣機(jī)構(gòu)繞線機(jī)構(gòu)5-1凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用與分類3 內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)總目錄本章上頁(yè)下頁(yè)4沖壓機(jī)送料機(jī)構(gòu)5靠模機(jī)構(gòu)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)6銑削加工靠模凸輪機(jī)構(gòu)冷鐓機(jī)送料機(jī)構(gòu)7錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)8 二、類型1 按凸輪形狀：（1） 盤(pán)形凸輪9（2）移動(dòng)凸輪10（3）圓柱凸輪11對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件偏心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件2、按從動(dòng)件形狀（1）尖頂從動(dòng)件 12對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件（2）滾子從動(dòng)件 擺動(dòng)滾子從動(dòng)件13（3）平底從動(dòng)件對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件143

2、按推桿運(yùn)動(dòng)形式1）直動(dòng)推桿2）擺動(dòng)推桿154 按高副接觸方式（1）力封閉16（2）形封閉（特殊幾何結(jié)構(gòu)保持接觸）17溝槽凸輪18等寬凸輪19等徑凸輪20共軛凸輪21一、運(yùn)動(dòng)循環(huán)及基本概念1 基圓-以到轉(zhuǎn)動(dòng)中心最小向徑所作的圓。半徑r0；52 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律225、近休-從動(dòng)件在最低位置靜止不動(dòng)。凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度-近休止角。用s表示。完成一個(gè)周期后，凸輪周而復(fù)始重復(fù)以上運(yùn)動(dòng)。2、推程-從動(dòng)件由最低位置到最高位置的過(guò)程。 在推程中：凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度-推程運(yùn)動(dòng)角。用o表示。 推桿上升的距離-行程 用h表示。3、遠(yuǎn)休-從動(dòng)件在最高位置靜止不動(dòng)。凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度-遠(yuǎn)休止角。用s表示。4、回程-從動(dòng)件由最高位

3、置到最低位置的過(guò)程?；爻讨校和馆嗈D(zhuǎn)過(guò)的角度-回程運(yùn)動(dòng)角。用o表示。 推桿下降的距離-行程。6 偏 距 -凸輪回轉(zhuǎn)中心與從動(dòng)件導(dǎo)路間的距離,用 e 表示。 23運(yùn)動(dòng)方程：s v0 tv v0 a = 0 在行程始末兩點(diǎn)有剛性沖擊.剛性沖擊(硬沖) -速度突變，加速度無(wú)窮大引起的沖擊。適用于低速輕載.1. 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律s va h+剛性沖擊二 常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律所謂推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是指推桿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其位移s、速度、加速度隨時(shí)間或轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。 24 2. 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半。推程加速段運(yùn)動(dòng)方程為1s va235463h/2 h/22h/4h2/2在推程始、中

4、、末三點(diǎn)有柔性沖擊.柔性沖擊(軟沖) -加速度由0到有限值的突變引起的沖擊。適于中速輕載。252. n = 2的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律）推程等加速運(yùn)動(dòng)的方程式為：推程等加速運(yùn)動(dòng)的邊界條件為：得：C0 = -h，C1 =4 h/，C2 =-2 h/1494100vvmax0amax-amaxah1423560s26 在運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程的始末點(diǎn)和前后半程的交接處，加速度雖為有限值，但加速度對(duì)時(shí)間的變化率理論上為無(wú)窮大。由此引起的沖擊稱為柔性沖擊。1494100vvmax0amax-amaxah1423560s27推程減速段運(yùn)動(dòng)方程為28a3、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移)0H0 1 2

5、 3 4 5 6 7 812345678SVd0 1 2 3 4 5 6 7 8d0pHw2 0012345678p2Hw22 020123456特點(diǎn): 始、末點(diǎn)有柔性沖擊.適于中低速、中輕載.0 1 2 3 4 5 6 7 8 07829a pHw2 0201246780 1 2 3 4 5 6 7 834、正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 V2Hw 00123468 0 1 2 3 4 5 6 7 8557Hp特點(diǎn)： 加速度變化連續(xù).無(wú)沖擊適于高中速、輕載. (擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移) 1 2 3 4 5 6 7 8H123456S700305 改進(jìn)型運(yùn)動(dòng)規(guī)律 315 組合型（改進(jìn)型）運(yùn)動(dòng)規(guī)律將幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組

6、合，以改善運(yùn)動(dòng)特性。1基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律的組合原則1)按凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求選擇一種基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律為主體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后用其他運(yùn)動(dòng)規(guī)律與之組合，通過(guò)優(yōu)化對(duì)比，尋求最佳的組合型式。 2)在行程的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，有較好的邊界條件。 3)各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的連接點(diǎn)處，要滿足位移、速度、加速度以及更高一階導(dǎo)數(shù)的連續(xù)。 4)各段不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要有較好的動(dòng)力性能和工藝性。32 高速重載凸輪要選Vmax和amax比較小的理由： amax等加等減速 2.0 4.0 柔性 中速輕載五次多項(xiàng)式 1.88 5.77 無(wú) 高速中載余弦加速度 1.57 4.93 柔性 中速中載正弦加速度 2.0 6.28 無(wú) 高速輕載改進(jìn)正弦加速度 1

7、.76 5.53 無(wú) 高速重載100分鐘 從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較運(yùn)動(dòng)規(guī)律 Vmax amax 沖擊 推薦應(yīng)用范圍 (h/0) (h/02)等 速 1.0 剛性 低速輕載動(dòng)量mv,在啟動(dòng)、停車和制動(dòng)時(shí)，則沖擊力將很大（F=mv/t）。對(duì)重載凸輪，則適合選用Vmax較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。慣性力F=-ma對(duì)強(qiáng)度和耐磨性要求。對(duì)高速凸輪，希望amax 愈小愈好。Vmax, Pn33-53 圖解法設(shè)計(jì)盤(pán)形凸輪輪廓一 反轉(zhuǎn)法原理凸輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，凸輪和推桿都在運(yùn)動(dòng)，為了畫(huà)出凸輪輪廓，設(shè)法讓凸輪輪廓相對(duì)紙面固定不動(dòng)。為此，給整個(gè)機(jī)構(gòu)加一個(gè)公共角速度，使其繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣對(duì)凸輪來(lái)說(shuō)，原來(lái)有個(gè)角速度，現(xiàn)在給他加一個(gè)，

8、+（）=0 凸輪將靜止不動(dòng)。推桿原來(lái)只是往復(fù)移動(dòng)，現(xiàn)在是又轉(zhuǎn)動(dòng)、又移動(dòng)，是一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)。推桿尖頂又轉(zhuǎn)動(dòng)、又移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪輪廓曲線。（注意：在給機(jī)構(gòu)加運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定是給整個(gè)機(jī)構(gòu)加，不能只給凸輪加，那樣，構(gòu)件與構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系就會(huì)破壞）推桿相對(duì)凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和凸輪轉(zhuǎn)向相反，同時(shí)推桿又在導(dǎo)軌內(nèi)移動(dòng)，推桿這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)的一系列位置就是凸輪輪廓。這就是反轉(zhuǎn)法原理。 二 設(shè)計(jì)方法+（）=034Ar0609090120-s 12345 67 891011121314已知：基圓半徑r0，角速度，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)步驟：選比例尺l作基圓r0。在基圓上按 “-”方向劃分各運(yùn)動(dòng)角。將位移線上的

9、推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角分別分為若干等份；并將凸輪基圓上的推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角也做同樣的劃分。通過(guò)各分點(diǎn)作出各導(dǎo)路的直線；在各直線上從基圓向外量出一定的長(zhǎng)度，與位移線中各分點(diǎn)的位移量相對(duì)應(yīng)，得各尖頂點(diǎn)的相應(yīng)位置。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。1 對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪 60120909013578135789111315911131214187654321413121110935r0609090120-1234567891011121314已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滾子半徑，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。A以理論廓線上的各點(diǎn)為圓心，以滾子半徑為半徑作一系列滾子圓。2 對(duì)心直動(dòng)

10、滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪s 60120909013578135789111315911131214理論輪廓實(shí)際輪廓1876543214131211109設(shè)計(jì)步驟：按尖頂作出廓線理論廓線。作各滾子圓的內(nèi)(外)包絡(luò)線實(shí)際廓線:滾子與凸輪實(shí)際接觸處的輪廓。36已知凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線-實(shí)際廓線。3 對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪1234567887654321910111213141514131211109s 60120909013578135789111315911131214設(shè)計(jì)步驟：按尖頂作出廓線理論廓線。以理論廓線上的各點(diǎn)為參考點(diǎn)，作

11、一系列平底直線。37eA-O已知: 凸輪的基圓半徑r0，偏距e，角速度，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。4 偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪s 6012090901357813578911131591113121412345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k15123456781514131211109選比例尺l作基圓r0。設(shè)計(jì)步驟：在基圓上按 “-”方向劃分各運(yùn)動(dòng)角。將位移線上的推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角分別等分為若干等份；并將凸輪基圓上的推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角也做同樣的劃分。通過(guò)各點(diǎn)作出與偏距圓相切的直線；并在各直線上從基圓向外

12、量出一定的長(zhǎng)度，與位移線中各點(diǎn)的位移量相對(duì)應(yīng)，得各點(diǎn)的相應(yīng)位置。將各點(diǎn)連接成一條光滑曲線。38已知：r0，擺桿長(zhǎng)度l，中心距O A=d，擺桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。5 擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B812060 90 B11B22B33B4 4B5 5B6 6B77-r0ABld 6012090901234123456785768O設(shè)計(jì)步驟：確定O、 A的位置，以r0為半徑畫(huà)基圓，以d為半徑畫(huà)擺桿中心圓。在中心圓上按 “-”方向劃分各運(yùn)動(dòng)角。將角位移線圖上的推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角分別等分為若干等份；并將中心圓上的推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)

13、動(dòng)角也做同樣的劃分，得A、A1。根據(jù)各時(shí)刻的角位移作出擺桿一系列位置AB、AB1、AB2將B、B1、B2各點(diǎn)連接成一條光滑曲線。3940一 壓力角Fy= FcosFx = Fsin壓力角: 從動(dòng)件力的方向與速度方向所夾的銳角,用表示.(不計(jì)摩擦)壓力角越小,傳力性能越好.推程時(shí),通常取 =3040, 回程時(shí), 通常取 =7080。 54 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定41O二 基圓半徑 r0tga = CPBC=OP - OCBC其中： 據(jù)三心定理 VP1 = VP2 OC = e BC =即: OPw1 = V P2 得: OP = V/wS + S0= S +r02 - e2從而 tga =V/w

14、 - eS +r02 - e2 CBPa123S0顯然, r0 a SwVer0滿足壓力角取較小的基圓半徑 42max凸輪轉(zhuǎn)角 余弦加速度運(yùn)動(dòng)正弦加速度運(yùn)動(dòng)h/r0h/r0凸輪轉(zhuǎn)角 等速運(yùn)動(dòng)等加等減速運(yùn)動(dòng)h/r0h/r0max諾模圖應(yīng)用實(shí)例：一對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，推程運(yùn)動(dòng)角45，h=13 mm, 推桿以正弦加速度運(yùn)動(dòng)，要求max 30，試確定凸輪的基圓半徑r0 。作圖得：h/r00.26r0 50 mm確定上述極值r0min不方便，工程上常根據(jù)諾模圖來(lái)確定r043順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)-推桿偏于凸輪軸心的左側(cè)。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)-推桿偏于凸輪軸心的右側(cè)。三 偏置方位確定：較小壓力角w44四、滾子半徑

15、的選擇和平底尺寸l 的確定a工作輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑， rr滾子半徑arr rr arr rr arr0輪廓正常輪廓正常輪廓變尖 內(nèi)凹 外凸對(duì)于外凸輪廓，要保證正常工作，應(yīng)使： min rr arrrrarrrr arr0輪廓失真rr451234567887654321910111213141514131211109.平底尺寸l 的確定lmax作圖法確定： l=2lmax+(57)mm壓力角是多少度?Lmax-平底中心至平底與輪廓曲線接觸點(diǎn)間的最大距離46例1：畫(huà)出圖示機(jī)構(gòu)的壓力角47圖 4 - 11 偏置尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪作圖法481、尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計(jì)

16、：已知 轉(zhuǎn)向49三、偏置尖頂移動(dòng)從動(dòng)桿 例. 已知: R0、H、e 、 w 的方向、凸輪轉(zhuǎn)角從動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律 0180 等速上升 H180 210 上停程210 300 等速下降 H300 360 下停程解: 1. 以 mS = 作位移曲線.2. 以同樣的 mS 作凸輪廓線w012345678910四、偏置滾子移動(dòng)從動(dòng)桿從動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪相應(yīng)轉(zhuǎn)角:Sd03600180021003000H1 2 3 4 5 6 7 8 9 1050 2. 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半。推程加速段運(yùn)動(dòng)方程為s （ 2h / 2 ） 2v （ 4h / 2 ）a 4h2/ 2 1s v

17、a235463h/2 h/22h/4h2/2在推程始、中、末三點(diǎn)有柔性沖擊(軟沖)：由加速度有限值的突變引起的沖擊。此時(shí)，速度曲線有尖點(diǎn)，加速度曲線不連續(xù)。適于中速輕載。51 2. 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半。推程加速段運(yùn)動(dòng)方程為s a 0 t 2 / 2v a 0 ta a 01s va235463h/2 h/22h/4h2/2在推程始、中、末三點(diǎn)有柔性沖擊.柔性沖擊(軟沖) -加速度由0到有限值的突變引起的沖擊。適于中速輕載。523、如圖所示，偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，已知凸輪實(shí)際輪廓線為一圓心在O點(diǎn)的偏心圓，其半徑為R，從動(dòng)件的偏距為e，試用作圖法：

18、（1）在圖上確定凸輪的合理轉(zhuǎn)向；（2）畫(huà)出該機(jī)構(gòu)的凸輪理論廓線、基圓及偏心圓；（3）標(biāo)出當(dāng)從動(dòng)件從圖示位置升到位移s時(shí),對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角及凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角；535、在圖示凸輪機(jī)構(gòu)中，求： 1）在圖上畫(huà)出理論輪廓及基圓。2）在圖上標(biāo)出從動(dòng)件的最大行程h。3）推程運(yùn)動(dòng)角o、回程運(yùn)動(dòng)角o、遠(yuǎn)休止角s、近休止角s分別為多少度？4）標(biāo)出圖示位置的壓力角，說(shuō)明壓力角越大，傳力性能是越好還是越差？544、凸輪機(jī)構(gòu)如圖所示。凸輪的實(shí)際廓線為一圓，其圓心在B點(diǎn)，半徑R=45mm，凸輪1以勻角速度1=1rad/min繞A軸逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，AB=20mm，滾子半徑rr=10mm，試回答：凸輪的理論廓線為何種曲線？并做出此曲線；繪出凸輪的基圓；推程運(yùn)動(dòng)角o=？回程運(yùn)動(dòng)角o=？遠(yuǎn)休止角s=？近休止角s=？ 求機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)，從動(dòng)件2的速度V2=?； 若凸輪實(shí)際廓線不變，而將滾子半徑改為12mm，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與原來(lái)的是否相同，為什么？ 55例 2 已知： DE=FG=HI，且相互平行；DF=EG，且相互平行；DH=EI，且相