第六講 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)2013分解

1、圖圖7-11圖圖7-117-77-7第六講凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)（一）凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類(lèi)一、凸輪機(jī)構(gòu)1組成：凸輪，推桿，機(jī)架。2優(yōu)點(diǎn)：只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。缺點(diǎn)：凸輪廓線與推桿之間為點(diǎn)、線接觸，易磨損，所以凸輪機(jī)構(gòu)多用在傳力不大的場(chǎng)合。二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)1按凸輪的形狀分：盤(pán)形凸輪圓柱凸輪2按推桿的形狀分尖頂推桿：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能與復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，實(shí)現(xiàn)任意預(yù)期運(yùn)動(dòng)。易遭磨損，只適用于作用力不大和速度較低的場(chǎng)合滾子推桿：滾動(dòng)摩擦力小，承載力大，可用于傳遞較大的動(dòng)力。不能與凹槽的凸輪輪廓時(shí)時(shí)處處保持接觸。平底推桿：不考慮摩擦?xí)r，凸輪對(duì)推

2、桿的作用力與從動(dòng)件平底垂直，受力平穩(wěn)；易形成油膜，潤(rùn)滑好；效率高。不能與凹槽的凸輪輪廓時(shí)時(shí)處處保持接觸。3按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分（1）往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)：直動(dòng)推桿，又有對(duì)心和偏心式兩種。（2）往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)：擺動(dòng)推桿，也有對(duì)心和偏心式兩種。4根據(jù)凸輪與推桿接觸方法不同分：（1）力封閉的凸輪機(jī)構(gòu)：通過(guò)其它外力（如重力，彈性力）使推桿始終與凸輪保持接觸，（2）幾何形狀封閉的凸輪機(jī)構(gòu)：利用凸輪或推桿的特殊幾何結(jié)構(gòu)使凸輪與推桿始終保持接觸。等寬凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪機(jī)構(gòu)共軛凸輪（二）推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一、基本名詞：以凸輪的回轉(zhuǎn)軸心O為圓心，以凸輪的最小半徑r0為半徑所作的圓稱為凸輪的基圓，r0稱為基圓半徑。推程：當(dāng)凸輪以

3、角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推桿被推到距凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心最遠(yuǎn)的位置的過(guò)程稱為推程。推桿上升的最大距離稱為推桿的行程，相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱為推程運(yùn)動(dòng)角。回程：推桿由最遠(yuǎn)位置回到起始位置的過(guò)程稱為回程，對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱為回程運(yùn)動(dòng)角。休止：推桿處于靜止不動(dòng)的階段。推桿在最遠(yuǎn)處?kù)o止不動(dòng)，對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱為遠(yuǎn)休止角；推桿在最近處?kù)o止不動(dòng)，對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱為近休止角二、推桿常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律1剛性沖擊：推桿在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和終止時(shí)，速度突變，加速度在理論上將出現(xiàn)瞬時(shí)的無(wú)窮大值，致使推桿產(chǎn)生非常大的慣性力，因而使凸輪受到極大沖擊，這種沖擊叫剛性沖擊。.柔性沖擊：加速度有突變，因而推桿的慣性力也將有突變，不過(guò)這一突變?yōu)橛邢拗?，因而引起有限沖

4、擊，叫柔性沖擊。.掌握等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律和等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的推程的速度、位移、加速度的方程：推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律一推桿在推程或回程時(shí)，其位移s、速度v和加速度。隨時(shí)間t變化的規(guī)律。多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律：一般表示為：sCC6C6C6（）一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律（等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律）推程：sh66vhac6avh(jO6回程：svh(jO6圖示為其推程運(yùn)動(dòng)線圖。由圖可知，有剛性沖擊。（2）二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律（等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律）推程增速段：推程減速段：s=h622推程增速段：推程減速段：s=h622/620vh(jo660a=hj42/620s=h-h2(6-60v=hj4(6-60a=hj-24/62由圖知，有柔性沖擊。（

5、3）五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律10h15h6h-34其位移方程式為：s00o5既沒(méi)有柔性沖擊，也沒(méi)有剛性沖擊。（1）余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（又稱簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律）推程運(yùn)動(dòng)方程式為圖（1）余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（又稱簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律）推程運(yùn)動(dòng)方程式為圖7-10三2角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律sh1cos，)/2vhsin(ll)/2.ooa2h2cos()/21oo回程運(yùn)動(dòng)方程式為T(mén)OC o 1-5 h zsh1cos(H)/2vHUhsin(H)/21.00a2h2cos()/2H200由圖知，亦有柔性沖擊，只是沖擊的次數(shù)有所減少。(2)正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律(又稱擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律)推程運(yùn)動(dòng)方程式為sh(/)sin(2H)/2周TOC o

6、 1-5 h z00vh1cos(2)/00a22sin(2)/2100回程運(yùn)動(dòng)方程式為sh1(/)sin(2)/200vhcos(2)1/00aKlh-2sin(2)/200 圖示雎機(jī)機(jī)健為露周盅，已珈R=30圖示雎機(jī)機(jī)健為露周盅，已珈R=30岬打40mm,觥”,15mm,好程、=5皿(I)求力犍期銀r州從耶桁程項(xiàng)教優(yōu)(2)配橢觥曲蹄I露椰外幃曲酬懶溺粼蒯翻就.從動(dòng)件觸最尬力自喝桐程最大壓力加港股件旅程最植力角騎,I。)當(dāng)日輪轉(zhuǎn)廬山.%：九、嶼3的推程遨境前回程運(yùn)腕*從動(dòng)件揖B-力蒯島從動(dòng)件繇最小壓力角/妙*,u*(4)mi和協(xié)商的用禮彳為核掘魏擇合理舶蜘/TTX仙戰(zhàn)咻制廊爐5,4融.7麻為

7、-林直螂臃植冊(cè)期斯明端的般也就翻上翻:（2）機(jī)觸際迷啪班力加（3）在新處噓橢也冊(cè)及版廂曲制?nFI。匕（2）處觸搬示處膿獻(xiàn)方向，山肥睡翻在拗峋蝴蟒M甑媚麻。翅示睚廝越解耦麗麟裝導(dǎo)皓靴般焉可觸如卿b）麻俅得此時(shí)雛雕幃件1與構(gòu)件2的速期心心蜒麻赧出姬麻為功出二此舊尹、卜I四HJ八國(guó)/八歷四1IHJ八5四fUU叼卵歡W比網(wǎng)比W。W燃上躁靜心的最豌蒯催麻施加此峨機(jī)酗蠅也耿理螭恥鼬.解觥味如神好B苒以A據(jù)心口.AB力半&醐博知腳b）麻,在圖3所示的偏置式移動(dòng)平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪為一偏心網(wǎng),圓心在0點(diǎn)，半徑氏=80nmi,凸輪以角速度詼10mM逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，工QA=50mi從動(dòng)件的導(dǎo)路與GA垂

8、宜且平分OA.L在圖中畫(huà)出凸輪的偏距圓；（2分）2,計(jì)算凸輪的基圓半徑年并在圖中畫(huà)出凸輪的基圓；Q分）士在圖中標(biāo)出從動(dòng)件在該位置時(shí)的位移門(mén)（2分）4.在圖中標(biāo)出機(jī)構(gòu)該位置的壓力角力并說(shuō)明通常籽從動(dòng)件的平底設(shè)計(jì)成與導(dǎo)路庭直的原因；13分）5,若將凸輪半徑E改為60皿D，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有無(wú)變化？（2分）6,計(jì)算出機(jī)構(gòu)處于圖示位置時(shí)放動(dòng)件的移動(dòng)速度*（2分）7,若招從動(dòng)件的平底改為尖頂，將帶來(lái)哪些不足？（2分）般敗施（2分）（2）四輪的基圓半部為工R-OATOmm；（2分；標(biāo)出從動(dòng)件該位置的位移$加圖所示；（2分）邳中標(biāo)出該譴的樂(lè)力仙奴，:將平底設(shè)計(jì)成T導(dǎo)科垂直可使樂(lè)力獻(xiàn)終加度,傳力特性圾口分）臚

9、輪監(jiān)席為何即從動(dòng)件族切規(guī)律似但2分）（6）此輪4從動(dòng)斗廨心叁幾何中心所以機(jī)構(gòu)處于由示他翱從加那動(dòng)鯨二加M=500nu血（2分）著底改為尖頂，頰容易被磨摭也增大了推程的壓力氟（2分）以觸如朔針?lè)较蛘站退韶棒嫫柯镸都睫運(yùn)赫心標(biāo)螭示謔雌神搬處觸神蚓山標(biāo)蜩示凝肺如力做標(biāo)跳桿的麟角前E0.4解：在閣配4上。中連接Clk并作B點(diǎn)的速度皴,兩線之何的夾角色即為圖不拉優(yōu)凸蹌機(jī)構(gòu)的壓力角.在圖43)中.連OC并延長(zhǎng)與凸輪廓統(tǒng)交與則鼠=OD-rr=JC-OC+rr=4020-1030mm”以口為圓心丁=30mni為半荏作圓-則該圓為凸輪的基圓口以八為H心以AE為半徑畫(huà)弧交基圓.；一連A3則AB與AH之間的夾角中即

10、為私動(dòng)件的挖角.延長(zhǎng)。門(mén)與基圓交于乩,以垃為圓心、AE長(zhǎng)為半程畫(huà)弧.與以O(shè)為圓心、04長(zhǎng)為半徑:所畫(huà)的圓相交.；A一連人,B八兒,0,NO2u等；/0/kHj等于、稱為AH提桿的起始用.布觸角/人CM即為凸輪相應(yīng)的茜角0M圖中可以看出從動(dòng)件處于網(wǎng)程中.故隨著凸輪君角的變化.提桿的提角卬從零變到力前值熟后繼續(xù)增大到卯”最后再?gòu)闹行?減小到力前值，故相應(yīng)的凸輪的特角成為獨(dú)用/人0只.而,II;銳用/4CH0銳角/兒,（1）驗(yàn)懿南獅翹半徑孫（2）圖就置從動(dòng)件角位薊那輪轉(zhuǎn)簫;0）標(biāo)配輪轉(zhuǎn)角同0時(shí)從動(dòng)件擺角的槌謝清的壓力角.（共12分=4+4+4）年、填充題）凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件按余弦加速度規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，在運(yùn)動(dòng)

11、開(kāi)始和終止的位置，加速度有突變，會(huì)產(chǎn)生柔性沖擊。2）根據(jù)從動(dòng)件凸輪廓線保持接觸方法的不同，凸輪機(jī)構(gòu)可分為力封閉和幾何形狀封閉兩大類(lèi)型。寫(xiě)出兩種幾何形狀封閉的凸輪機(jī)構(gòu)槽道凸輪和等徑凸輪。）為了使凸輪廓面與從動(dòng)件底面始終保持接觸，可以利用從動(dòng)件自身的重力，彈簧力，或依靠凸輪上的幾何形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)。）凸輪機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)為只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪廓線，就可以是從動(dòng)件可以各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。主要缺點(diǎn)為從動(dòng)件與凸輪之間是高副（點(diǎn)接觸、線接觸），易磨損，所以凸輪機(jī)構(gòu)多用在傳力不大的場(chǎng)合。為減小凸輪機(jī)構(gòu)的推程壓力角，可將從動(dòng)桿由對(duì)心改為偏置，正確的偏置方向是將從動(dòng)桿偏在凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心的正偏置側(cè)上）凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件按等加

12、速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，加速度將發(fā)生突變，從而引起柔性沖擊。）當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角超過(guò)許用壓力角時(shí)，可采取以下措施來(lái)減小壓力角增大基圓半徑、改變偏置方向。凸輪基圓半徑是從凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心到理論廓線的最短距離。）平底垂直于導(dǎo)路的直動(dòng)桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，其壓力角等于00在凸輪機(jī)構(gòu)推桿的四種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律中，等速運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律有剛性沖擊;等加速等減速、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律有柔性沖擊；正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律無(wú)沖擊。1凸輪機(jī)構(gòu)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇原則為首先要滿足機(jī)器的工作要求，同時(shí)還應(yīng)使機(jī)器具有良好的動(dòng)力特性和使所設(shè)計(jì)的凸輪便于加工。2設(shè)計(jì)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪廓線時(shí)，若發(fā)現(xiàn)工作廓線有變尖現(xiàn)象時(shí)，則尺寸參數(shù)

13、上應(yīng)采取的措施是適當(dāng)增大基圓半徑或適當(dāng)減小滾子半徑。2選擇題及簡(jiǎn)答）滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪的理論廓線和實(shí)際廓線之間的關(guān)系為（）兩條廓線相似兩條廓線相同兩條廓線之間的徑向距離相等兩條廓線之間的法向距離相等2）何謂凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角？其在凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中有何重要意義？一般是怎樣處理的？3）設(shè)計(jì)直動(dòng)推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，在推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變的條件下，要減小推程壓力角，可采用哪兩種措施？措施1、將對(duì)心只動(dòng)從動(dòng)件改為偏置只動(dòng)從動(dòng)件措施2、增大凸輪基圓半徑試標(biāo)出圖（a）在圖示位置時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角，凸輪從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90后推桿的位移；標(biāo)出圖（b）推桿從圖示位置升高位移s時(shí)，凸輪的轉(zhuǎn)角和凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。如下圖（a）所示，用直線連接圓盤(pán)凸輪圓心人和滾子中心8,則直線AB與推桿導(dǎo)路之間所夾的銳角為圖示位置時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。以A為圓4,AB為半徑作圓，得凸輪的理論廓線圓。連接A與凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心0并延長(zhǎng)，交于凸輪的理論廓線于C點(diǎn)。以。為圓心，以0C為半徑作圓得凸輪的基圓。以。為圓心，以。點(diǎn)到推桿導(dǎo)路間的距離0D為半徑作圓得推桿的偏距圓。延長(zhǎng)推桿導(dǎo)路線交基圓于G點(diǎn)，以直線連接0G。過(guò)。點(diǎn)作0G的垂線，交基圓于E點(diǎn)。過(guò)E點(diǎn)在偏距圓的