凸輪機構機械原理

第三章凸輪機構1、凸輪機構：凸輪是一個具有曲線輪廓的構件。含有凸輪的機構稱為凸輪機構。它由凸輪、從動件和機架組成。一、凸輪機構的應用§3-1凸輪機構的應用及分類內燃機配氣凸輪機構2、凸輪機構的應用多缸內燃機-配氣機構進刀凸輪機構沖壓機凸輪機構的優(yōu)缺點優(yōu)點:只需確定適當?shù)耐馆嗇喞€，即可實現(xiàn)從動件復雜的運動規(guī)律；結構簡單，運動可靠。缺點：從動件與凸輪接觸應力大,易磨損用途：載荷較小的運動控制一）按凸輪的形狀分二、凸輪機構的分類1、盤形凸輪2、移動凸輪3、圓柱凸輪4、圓錐凸輪1、尖頂從動件2、滾子從動件3、平底從動件二）按從動件上高副元素的幾何形狀分三）、按凸輪與從動件的鎖合方式分1、力鎖合的凸輪機構2、形鎖合的凸輪機構1）溝槽凸輪機構2）等寬凸輪機構3）等徑凸輪機構4）主回凸輪機構擺動從動件件凸輪機構構（對心、偏偏置）移動從動件件凸輪機構構四）、根據據從動件的的運動形式式分推程運動角角遠休止角近休止角回程運動角角S(A)BCD(,S)S’S’hSAB’OeCDBOrbS0h三、凸輪機機構的工作作原理基圓D’ABCDO回程角Φ’回程角Φ’現(xiàn)象:只要偏心距e不為0,即即使AB與CD形形狀相同,回程速度比推程速度快。問1：如果從動件偏向O點左左側,回程速度和推程速度哪個快？問2：是否合理？？擺動從動件件凸輪機構構基圓BCDO1rbamaxlAO2B10擺桿初始位位置角0角位移，擺幅max，桿長l，中心距aSh()(max)3）凸輪機構曲曲線輪廓的的設計4）繪制凸凸輪機構工工作圖1）從動件件運動規(guī)律律的設計2）凸輪機構基基本尺寸的的設計移動從動件件：基圓半半徑rb，偏心距e;擺動從動件件：基圓半半徑rb，凸輪轉動動中心到從從動件擺動動中心的距距離a及擺擺桿的長度度l;滾子從動件件：除上述述外，還有有滾子半徑徑rr。平底從動件件：除上述述外，平底底長度L。。O1O2alO1erbrb四、凸輪機機構的設計計任務§3-2從從動件常用用運動規(guī)律律一、基本運運動規(guī)律二、組合運運動規(guī)律簡簡介三、從動件件運動規(guī)律律設計升-停-回回-停型(RDRD)升-回-停停型(RRD)升-停-回回型(RDR)升-回型(RR)S()S()S()S()運動循環(huán)的的類型從動件運動動規(guī)律的數(shù)數(shù)學方程式式類速度類加速度類躍動度位移速度加速度躍動度一、基本運運動規(guī)律a=2(2c2+6c3+12c42+……+n(n-1)cnn-2)（一）多多項式運運動規(guī)律s=c0+c1+c22+c33+……+cnnv=(c1+2c2+3c32+……+ncnn-1)式中，為為凸輪的轉轉角（rad）；c0，c1，c2，…，為n+1個待定系系數(shù)。j=3(6c3+24c4+……+n(n-1)(n-2)cnn-3)s=c0+c1v=c1a=01、n=1的運動規(guī)規(guī)律等速運動規(guī)規(guī)律0aa=00sh0vv剛性沖擊=0，s=0;=，s=h0j0vvmax0shamax0a-amax等加速等減減速運動規(guī)規(guī)律柔性沖擊柔性沖擊增加多項式的冪次，可獲得性能良好的運動規(guī)律2、n=2的運動規(guī)律律svaj0000柔性沖擊（二）余弦弦加速度規(guī)規(guī)律v0aj00s0h（三）正弦弦加速度規(guī)規(guī)律二、組合運運動規(guī)律簡簡介運動規(guī)律組組合應遵循循的原則：：1、對于中、低速運動的凸凸輪機構，，要求從動動件的位位移曲線在在銜接處相相切，以保證速度曲曲線的連續(xù)續(xù)。2、對于中、高速運運動的凸輪機構構，則還要要求從動件件的速度度曲線在銜銜接處相切切，以保證證加速度曲線線的連續(xù)。aOABCDEFO梯形加速度度運動規(guī)律律a改進型等速速運動規(guī)律律00aa=0v0sh三、從動件件運動規(guī)律律設計：1、從動件件的最大速速度vmax要盡量?。?；2、從動件件的最大加加速度amax要盡量?。?；3、從動件件的最大躍躍動度jmax要盡量小。。運動規(guī)律Vmax(hw/F)amax

(hw2/F2)沖擊特性適用范圍等速1.0￥剛性低速輕載等加速等減速2.04.00柔性中速輕載余弦加速度1.574.93柔性中速中載正弦加速度2.006.28無高速輕載從動件常用用基本運動動規(guī)律特性性§3–3盤盤形凸輪輪機構基本本尺寸的確確定一、移動從從動件盤形形凸輪機構構的基本尺尺寸二、擺動從從動件盤形形凸輪機構構的基本尺尺寸一、移動從從動件盤形形凸輪機構構的基本尺尺寸的設計計移動從動件件盤形凸輪輪機構的基基本尺寸ttOPnnAeSS0v2Crrb1123P13P23壓力角ttOPnAeC1n(P13)P23瞬心1、偏距e的大小和偏偏置方位的的選擇原則則應有利于減減小從動件件工作行程程時的最大大壓力角。為此應使從從動件在工工作行程中中，點C和點P位于凸輪回回轉中心O的同側，此時凸輪輪上C點的的線速度指指向與從動動件工作行行程的線速速度指向相相同。偏距不宜取取得太大，，可近似取取為：2、凸輪基基圓半徑的的確定加大基圓半半徑，可減減小壓力角角，有利于于傳力;不足是：同同時加大了了機構尺寸寸。因此，原則則如下：1）若機構構受力不大大，要求機機構緊湊時時；取較小的基基圓半徑，，按許用壓壓力角求這時，若從從動件運動動規(guī)律已知知，即s=s(φ)已知，代代入上式，，可求得一一系列rb,取最大者者為基圓半半徑根據實際輪輪廓的最小小向徑rm確定基圓半半徑rb，校核壓力角角根據結構和和強度確定定基圓半徑徑rsrhrm2）若機構構受力較大大，對其尺尺寸又沒有有嚴格的限限制二、擺動從從動件盤形形凸輪機構構的基本尺尺寸整理得，1與2同向凸輪的轉向向1與從動件的的轉向2相反nO1PKO2rb12Bn0+v2Lanv2O1PKO2rb21BttanL0+LO1PLO2PLO2PLO2PLO2PLLL-=2、在運動動規(guī)律和基基本尺寸寸相同的情情況下，1與2異向，會減減小擺動從從動件盤形形凸輪機構構的壓力角。。1、擺動從從動件盤形形凸輪機構構的壓力角角與從動件的運動規(guī)規(guī)律、擺桿桿長度、基基圓半徑及及中心距有關。一、、圖圖解解法法設設計計盤盤形形凸凸輪輪機機構構二、、解解析析法法設設計計盤盤形形凸凸輪輪機機構構§3-4根根據據預預定定運運動動規(guī)規(guī)律律設設計計盤盤形形凸凸輪輪輪輪廓廓曲曲線線一、、盤盤形形凸凸輪輪機機構構的的設設計計———圖解解法法（1））尖尖頂頂移移動動從從動動件件盤盤形形凸凸輪輪機機構構（2））滾滾子子移移動動從從動動件件盤盤形形凸凸輪輪機機構構（3））尖尖頂頂擺擺動動從從動動件件盤盤形形凸凸輪輪機機構構2S1123s1s2hOrb-11s11'1s12s2s23hh3'2'凸輪輪輪輪廓廓曲曲線線設設計計的的基基本本原原理理（反反轉轉法法））2S1123s1s2hOrb-3'3211s2s1h11’2’es1s2偏置置尖尖頂頂從從動動件件凸凸輪輪輪輪廓廓曲曲線線設設計計（反反轉轉法法））2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3Fvs11已知知：：S=S（（），，rb，e，，偏置置尖尖頂頂從從動動件件凸凸輪輪輪輪廓廓曲曲線線設設計計（反反轉轉法法））2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3已知知：：S=S（（），，rb，e，，，，rr理論論輪輪廓廓實際際輪輪廓廓Fv偏置置滾滾子子從從動動件件凸凸輪輪輪輪廓廓曲曲線線設設計計（反反轉轉法法））SS''911223344556677883-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C710已知知：：=()，rb，L(桿桿長長)，a(中中心心距距)，A0B00OS''SA1A2A3A4A5A9A8A7A6B11C9B9Fv3擺動動從從動動件件盤盤形形凸凸輪輪機機構構Ψ1二、、盤盤形形凸凸輪輪機機構構的的設設計計———解析析法法（1））尖頂頂移移動動從動動件件盤盤形形凸凸輪輪機機構構（2））尖頂頂擺擺動動從動動件件盤盤形形凸凸輪輪機機構構（3））滾子子移移動動從動動件件盤盤形形凸凸輪輪機機構構（4））平底底移移動動從動動件件盤盤形形凸凸輪輪機機構構x2SSOB1eSS0rby-BC0CB0(1)尖頂頂移移動動從從動動件件盤盤形形凸凸輪輪機機構構的的設設計計xOB1eSS0rby-BC0CB0平面面旋旋轉轉矩矩陣陣尖頂頂移移動動從從動動件件盤盤形形凸凸輪輪機機構構注意意：：1））若若從從動動件件導路路相對對于于凸凸輪輪回回轉轉中中心心的的偏偏置置方方向向與與x方方向向同同向向，，則則e>0,反反之之e<0。。2））若若凸凸輪輪逆逆時時針針方方向向轉轉動動，，則則>0，，反反之之<0。。(2)尖尖頂頂擺擺動動從從動動件件盤盤形形凸凸輪輪機機構構若凸凸輪輪逆逆時時針針方方向向轉轉動動，，則則>0，，反反之之<0y0B0B1BrbAx-OaL(3)滾滾子子從從動動件件盤盤形形凸凸輪輪機機構構的的設設計計OnnB0Brb’’’yxrrC’C’’C’BC’’rrrrrm（a））理理論論輪輪廓廓曲曲線線的的設設計計（b））實實際際輪輪廓廓(c)刀刀具具中中心心軌軌跡跡方方程程砂輪滾子rrrcrc-rr'c鉬絲滾子rrrcrr-rc'c上式式中中用用|rc-rr|代代替替rr即得得刀刀具具中中心心軌軌跡跡方方程程(d)滾滾子子半半徑徑的的確確定定當rr<min時，，實實際際輪輪廓廓為為一一光光滑滑曲曲線線。。當rr=min時，，實實際際輪輪廓廓將將出出現(xiàn)現(xiàn)尖尖點點，，極極易易磨磨損損，，會引引起起運運動動失失真真。。rrbminminrr<minbmin

=

min

-rr>0rr=minminbmin

=

min

-rr=0rr當rr>min時，，實實際際輪輪廓廓將將出出現(xiàn)現(xiàn)交交叉叉現(xiàn)現(xiàn)象象，，會會引引起起運運動動失失真真。。rrbminminbmin

=

min

+rr>0內凹凹的的輪輪廓廓曲曲線線不不存存在在失失真真。。minrrrr>minbmin

=

min

-rr<0bmin

=

min

-rr

3mm，rr

min

-3mmrr0.8min

rr0.4rb

或一般1、、輪輪廓廓曲曲線線的的設設計計(4)平平底底移移動動從從動動件件盤盤形形凸凸輪輪機機構構的的設設計計v223OPB1SS0rrb1B-yx(1)基基本本尺尺寸寸的的確確定定L=Lmax+L’’max+(4~10)mmLmax=(OP)max=(ds/d)maxL為平平底底總總長長，，Lmax和L’max為平平底底與與凸凸輪輪接接觸觸點點到到從從動動件件導導路路中中心心線線的的左左、、右右兩兩側側的最最遠遠距距離離。。543211’2’3’4’5’rbrb（2））凸凸輪輪輪輪廓廓的的向向徑徑不不能能變變化化太太快快。。OALmaxP2.平底長度度的確定凸輪機構的計計算機輔助設設計使用要求選擇凸輪機構的類型設計從動件的運動規(guī)律確定基本尺寸建立凸輪廓線方程計算機仿真評價決策建立直角坐標標系，以凸輪輪回轉中心為為原點，y軸軸與從動件導導路平行，凸凸輪理論廓線線方程為：例：一直動偏置滾滾子從動件凸凸輪機構，已已知rb=50mm，，rr=3mm，e=12mm，凸輪以等角速速度逆時針轉轉動，當凸輪輪轉過=1800，從動件以等加加速等減速運運動規(guī)律上升升h=40mm，凸輪再再轉過=1500，從動件以余弦弦加速度運動動規(guī)律下降回回原處，其余余s=300，從動件靜止不不動。試用解解析法計算1=600，2=2400時凸輪實際廓廓線上點的坐坐標值。解：從動件運動規(guī)規(guī)律：回程升程理論廓線上點點的坐標：實際廓線上點點的坐標:§3-5空空間凸輪機構構rrRmLS102345679089’8’7’6’5’4’3’2’1’2S’’S102345679082RmLB0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B0v1-v1v2v21v1結束結束瞬心作平面相對運運動的兩構件件上在任一瞬瞬時其絕對速速度相等的重重合點。12P1212P12低副的瞬心，任意平面相對運動動都可以分解成成2類運動：：轉動、移動。三心定理三個彼此作平平面運動的構構件共有三個個瞬心，且必必位于同一條條直線上。鉸鏈四桿機構構的瞬心瞬心的總數(shù)K:4*(4-1)/2=6用直接觀察法法確定瞬心P12、P23、P34、P14;用"三心定理"確定瞬心P13:對于構件1、、2、3，P13必在P12和P23的的連線上對于構件1、、4、3，P13必在P14和P34的的連線上上述兩條直線線的交點就是是瞬心P13;同理,可得瞬心P24;1234P12P23P34P14P24P13相對于凸輪，從動桿的運動可分解解為：繞接觸點N的轉動-(轉動副)沿N點的切線移動動v(移動副)轉動副的瞬心心為點N；移動副的瞬心心為與速度v垂直的直線；；綜上：凸輪副的瞬心心位于過N點的凸輪法線線上。同理：可以得出齒輪輪副的瞬心線線。分析：凸輪副的瞬心-ωvNrbOP12P12高副的瞬心在