凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)械原理

關(guān)于凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)械原理第一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1、凸輪機(jī)構(gòu)：凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓的構(gòu)件。含有凸輪的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為凸輪機(jī)構(gòu)。它由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成。一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用§3-1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類(lèi)第二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)2、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用第三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日多缸內(nèi)燃機(jī)-配氣機(jī)構(gòu)第四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)第五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日沖壓機(jī)第六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):只需確定適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，即可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)可靠。缺點(diǎn)：從動(dòng)件與凸輪接觸應(yīng)力大,易磨損用途：載荷較小的運(yùn)動(dòng)控制第七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日一）按凸輪的形狀分二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)1、盤(pán)形凸輪2、移動(dòng)凸輪3、圓柱凸輪4、圓錐凸輪第八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1、尖頂從動(dòng)件2、滾子從動(dòng)件3、平底從動(dòng)件二）按從動(dòng)件上高副元素的幾何形狀分第九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日三）、按凸輪與從動(dòng)件的鎖合方式分1、力鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)2、形鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)1）溝槽凸輪機(jī)構(gòu)2）等寬凸輪機(jī)構(gòu)3）等徑凸輪機(jī)構(gòu)4）主回凸輪機(jī)構(gòu)第十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)（對(duì)心、偏置）移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)四）、根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分第十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日推程運(yùn)動(dòng)角遠(yuǎn)休止角近休止角回程運(yùn)動(dòng)角S(A)BCD(,S)S’S’hSAB’OeCDBOrbS0h三、凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理基圓第十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日D’ABCDO回程角Φ’回程角Φ’現(xiàn)象:只要偏心距e不為0,即使AB與CD形狀相同,回程速度比推程速度快。問(wèn)1：如果從動(dòng)件偏向O點(diǎn)左側(cè),回程速度和推程速度哪個(gè)快？問(wèn)2：是否合理？第十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)基圓BCDO1rbamaxlAO2B10擺桿初始位置角0角位移，擺幅max，桿長(zhǎng)l，中心距a第十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日Sh()(max)3）凸輪機(jī)構(gòu)曲線輪廓的設(shè)計(jì)4）繪制凸輪機(jī)構(gòu)工作圖1）從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)2）凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的設(shè)計(jì)移動(dòng)從動(dòng)件：基圓半徑rb，偏心距e;擺動(dòng)從動(dòng)件：基圓半徑rb，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心到從動(dòng)件擺動(dòng)中心的距離a及擺桿的長(zhǎng)度l;滾子從動(dòng)件：除上述外，還有滾子半徑rr。平底從動(dòng)件：除上述外，平底長(zhǎng)度L。O1O2alO1erbrb四、凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)任務(wù)第十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日§3-2從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

一、基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)介三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)

第十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日升-停-回-停型(RDRD)升-回-停型(RRD)升-停-回型(RDR)升-回型(RR)S()S()S()S()運(yùn)動(dòng)循環(huán)的類(lèi)型第十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)方程式類(lèi)速度類(lèi)加速度類(lèi)躍動(dòng)度位移速度加速度躍動(dòng)度第十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日一、基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律a=2(2c2+6c3

+12c42

+……+n(n-1)cnn-2)（一）多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律s=c0+c1

+c22

+c33

+……+cnnv=(c1+2c2

+3c32

+……+ncnn-1)式中，為凸輪的轉(zhuǎn)角（rad）；c0，c1，c2，…，為n+1個(gè)待定系數(shù)。j=3(6c3+24c4

+……+n(n-1)(n-2)cnn-3)第十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日s=c0+c1v=c1a=01、n=1的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律0aa=00sh0vv剛性沖擊=0，s=0;=，s=h第二十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日0j0vvmax0shamax0a-amax等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律柔性沖擊柔性沖擊增加多項(xiàng)式的冪次，可獲得性能良好的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2、n=2的運(yùn)動(dòng)規(guī)律第二十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日svaj0000柔性沖擊（二）余弦加速度規(guī)律第二十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日v0aj00s0h（三）正弦加速度規(guī)律第二十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日二、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)介 運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合應(yīng)遵循的原則： 1、對(duì)于中、低速運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，要求從動(dòng)件的位移曲線在銜接處相切，以保證速度曲線的連續(xù)。 2、對(duì)于中、高速運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，則還要求從動(dòng)件的速度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線的連續(xù)。第二十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日aOABCDEFO梯形加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律a

改進(jìn)型等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律00aa=0v0sh第二十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)：1、從動(dòng)件的最大速度vmax要盡量小；2、從動(dòng)件的最大加速度amax要盡量小；3、從動(dòng)件的最大躍動(dòng)度jmax要盡量小。第二十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日運(yùn)動(dòng)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(wú)高速輕載從動(dòng)件常用基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性第二十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日§3–3盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定

一、移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸二、擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸

第二十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日一、移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸的設(shè)計(jì)移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸ttOPnnAeSS0v2Crrb1123P13P23壓力角ttOPnAeC1n(P13)P23瞬心第二十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1、偏距e的大小和偏置方位的選擇原則應(yīng)有利于減小從動(dòng)件工作行程時(shí)的最大壓力角。為此應(yīng)使從動(dòng)件在工作行程中，點(diǎn)C和點(diǎn)P位于凸輪回轉(zhuǎn)中心O的同側(cè)，此時(shí)凸輪上C點(diǎn)的線速度指向與從動(dòng)件工作行程的線速度指向相同。偏距不宜取得太大，可近似取為：第三十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2、凸輪基圓半徑的確定加大基圓半徑，可減小壓力角，有利于傳力;不足是：同時(shí)加大了機(jī)構(gòu)尺寸。因此，原則如下：1）若機(jī)構(gòu)受力不大，要求機(jī)構(gòu)緊湊時(shí)；取較小的基圓半徑，按許用壓力角求這時(shí)，若從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知，即s=s(φ)已知，代入上式，可求得一系列rb,取最大者為基圓半徑第三十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)實(shí)際輪廓的最小向徑rm確定基圓半徑rb，校核壓力角根據(jù)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度確定基圓半徑rsrhrm2）若機(jī)構(gòu)受力較大，對(duì)其尺寸又沒(méi)有嚴(yán)格的限制第三十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日二、擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸整理得，1

與2同向凸輪的轉(zhuǎn)向1

與從動(dòng)件的轉(zhuǎn)向2相反nO1PKO2rb12Bn0+v2Lanv2O1PKO2rb21BttanL0+LO1PLO2PLO2PLO2PLO2PLLL-=2、在運(yùn)動(dòng)規(guī)律和基本尺寸相同的情況下，1

與2異向，會(huì)減小擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。1、擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、擺桿長(zhǎng)度、基圓半徑及中心距有關(guān)。第三十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日一、圖解法設(shè)計(jì)盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)二、解析法設(shè)計(jì)盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)§3-4根據(jù)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)盤(pán)形凸輪輪廓曲線第三十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日一、盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)——圖解法（1）尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)（2）滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)（3）尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)第三十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2S1123s1s2hOrb-11s11'1s12s2s23hh3'2'凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理（反轉(zhuǎn)法）第三十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2S1123s1s2hOrb-3'3211s2s1h11’2’es1s2偏置尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)（反轉(zhuǎn)法）第三十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3Fvs11已知：S=S（），rb，e，偏置尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)（反轉(zhuǎn)法）第三十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3已知：S=S（），rb，e，，rr理論輪廓實(shí)際輪廓Fv偏置滾子從動(dòng)件凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)（反轉(zhuǎn)法）第三十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日SS''911223344556677883-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C710已知：=()，rb，L(桿長(zhǎng))，a(中心距)，A0B00OS''SA1A2A3A4A5A9A8A7A6B11C9B9Fv3擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)Ψ1第四十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日二、盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)——解析法（1）尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)（2）尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)（3）滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)（4）平底移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)第四十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日x2SSOB1eSS0rby-BC0CB0(1)尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第四十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日xOB1eSS0rby-BC0CB0平面旋轉(zhuǎn)矩陣尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)第四十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日注意：1）若從動(dòng)件導(dǎo)路相對(duì)于凸輪回轉(zhuǎn)中心的偏置方向與x方向同向，則e>0,反之e<0。2）若凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，則>0，反之<0。第四十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日(2)尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)若凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，則>0，反之<0y0B0B1BrbAx-OaL第四十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日(3)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)OnnB0Brb’’’yxrrC’C’’C’BC’’rrrrrm（a）理論輪廓曲線的設(shè)計(jì)（b）實(shí)際輪廓第四十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日(c)刀具中心軌跡方程砂輪滾子rrrcrc-rr'c鉬絲滾子rrrcrr-rc'c上式中用|rc-rr|代替rr即得刀具中心軌跡方程第四十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日(d)滾子半徑的確定

當(dāng)rr<min時(shí)，實(shí)際輪廓為一光滑曲線。

當(dāng)rr=min時(shí)，實(shí)際輪廓將出現(xiàn)尖點(diǎn)，極易磨損，會(huì)引起運(yùn)動(dòng)失真。rrbminminrr<minbmin

=

min

-rr>0rr=minminbmin

=

min

-rr=0rr第四十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)rr>min時(shí)，實(shí)際輪廓將出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，會(huì)引起運(yùn)動(dòng)失真。rrbminminbmin

=

min

+rr>0內(nèi)凹的輪廓曲線不存在失真。minrrrr>minbmin

=

min

-rr<0bmin

=

min

-rr

3mm，rr

min

-3mmrr0.8min

rr0.4rb

或一般第四十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1、輪廓曲線的設(shè)計(jì)(4)平底移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)v223OPB1SS0rrb1B-yx第五十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日(1)基本尺寸的確定L

=Lmax+

L’max+(4~10)mmLmax=(OP)max=(ds/d)maxL為平底總長(zhǎng)，Lmax和L’max為平底與凸輪接觸點(diǎn)到從動(dòng)件導(dǎo)路中心線的左、右兩側(cè)

的最遠(yuǎn)距離。543211’2’3’4’5’rbrb（2）凸輪輪廓的向徑不能變化太快。OALmaxP2.平底長(zhǎng)度的確定第五十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使用要求選擇凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型設(shè)計(jì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定基本尺寸建立凸輪廓線方程計(jì)算機(jī)仿真評(píng)價(jià)決策第五十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日建立直角坐標(biāo)系，以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)，y軸與從動(dòng)件導(dǎo)路平行，凸輪理論廓線方程為：例：一直動(dòng)偏置滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，已知rb=50mm，rr=3mm，e=12mm，凸輪以等角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)=1800，從動(dòng)件以等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升h=40mm，凸輪再轉(zhuǎn)過(guò)=1500，從動(dòng)件以余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律下降回原處，其余s=300，從動(dòng)件靜止不動(dòng)。試用解析法計(jì)算1=600，2=2400時(shí)凸輪實(shí)際廓線上點(diǎn)的坐標(biāo)值。解：第五十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：回程升程第五十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日理論廓線上點(diǎn)的坐標(biāo)：實(shí)際廓線上點(diǎn)的坐標(biāo):第五十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日§3-5空間凸輪機(jī)構(gòu)rrRmLS102345679089’8’7’6’5’4’3’2’1’2S’’S102345679082RmLB0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B0v1-v1v2v21v1第五十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日結(jié)束結(jié)束第五十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日瞬心作平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩構(gòu)件上在任一瞬時(shí)其絕對(duì)速度相等的重合點(diǎn)。12P1212P12低副的瞬心，任意平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)都可以分解成2類(lèi)運(yùn)動(dòng)：轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)。第五十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日三心定理三個(gè)彼此作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件共有三個(gè)瞬心，且必位于同一條直線上。第五十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的瞬心瞬心的總數(shù)K:4*(4-1)/2=6用直接觀察法確定瞬心P12、P23、P34、P14;用"三心定理"確定瞬心P13:對(duì)于構(gòu)件1、2、3，P13必在P12和P23的連線上對(duì)于構(gòu)件1、4、3，P13必在P14和P34的連線上上述兩條直線的交點(diǎn)就是瞬心P13;同理,可得瞬心P24;1234P12P23P34P14P24P13第六十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日相對(duì)于凸輪，從動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)可分解為：

繞接觸點(diǎn)N的轉(zhuǎn)動(dòng)-(轉(zhuǎn)動(dòng)副)

沿N點(diǎn)的切線移動(dòng)v(移動(dòng)副)轉(zhuǎn)動(dòng)副的瞬心為點(diǎn)N；移動(dòng)副的瞬心為與速度v垂直的直線；

綜上：凸輪副的瞬心位于過(guò)N點(diǎn)的凸輪法線上。同理：可以得出齒輪副的瞬心線。分析：凸輪副的瞬心-ω