凸輪機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

第三章凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)以圣人之道奮始易以圣人之道克終難一.凸輪機(jī)構(gòu)的組成及其特點(diǎn)凸輪1從動(dòng)件2機(jī)架3O11當(dāng)凸輪作等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，迫使從動(dòng)件完成某種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。V2凸輪（cam）1從動(dòng)件（follower）2（或稱(chēng)推桿）機(jī)架(frame、fixedlinkage)3一）凸輪機(jī)構(gòu)的組成由組成

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊設(shè)計(jì)便，復(fù)雜運(yùn)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)。二）凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)二.本章的主要內(nèi)容1.凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型選擇2.從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)3.用作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線(xiàn)

缺點(diǎn)：傳力不大較易磨，行程較小自控件。4.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。平面凸輪輪廓曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)；重點(diǎn)

難點(diǎn)

---用反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)平面凸輪輪廓曲線(xiàn)

多用在傳遞動(dòng)力不大的各種自動(dòng)機(jī)械、儀表及自動(dòng)控制裝置中。如：§3-1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類(lèi)一.凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)的配氣凸輪機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)的凸輪拉線(xiàn)機(jī)構(gòu)粉料壓片機(jī)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)圖4O1123567810911O212型腔（上沖頭）（下沖頭）（1）移動(dòng)料斗4，裝入粉料。（2）下沖頭5下沉，防止粉料抖出。（3）上、下沖頭對(duì)粉料加壓，（4）上沖頭退出，下沖頭頂出藥片。（料斗）粉料壓片機(jī)機(jī)構(gòu)二.凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)（一）按凸輪的形狀分：盤(pán)形凸輪移動(dòng)凸輪圓柱凸輪（二）按從動(dòng)件上高副元素的幾何形狀分：尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件

（三）按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)分：擺動(dòng)從動(dòng)件移動(dòng)從動(dòng)件偏置移動(dòng)從動(dòng)件對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件移動(dòng)從動(dòng)件偏置移動(dòng)從動(dòng)件對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件（四）按凸輪與從動(dòng)件維持接觸（鎖合）的方式分：力鎖合——內(nèi)燃機(jī)凸輪與挺桿依靠彈簧力保持接觸等寬凸輪等徑凸輪等寬凸輪等徑凸輪形鎖合（四）按凸輪與從動(dòng)件維持接觸（鎖合）的方式分：力鎖合形鎖合尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件二）按從動(dòng)件上高副元素的幾何形狀分：擺動(dòng)從動(dòng)件移動(dòng)從動(dòng)件偏置移動(dòng)從動(dòng)件對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件三）按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)分盤(pán)形凸輪移動(dòng)凸輪圓柱凸輪一）按凸輪的形狀分：凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)分類(lèi)小結(jié)：為滿(mǎn)足凸輪機(jī)構(gòu)的輸出件提出的運(yùn)動(dòng)要求、動(dòng)力力要求等，凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括以下四方面內(nèi)容：（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)（3）凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)（4）繪制凸輪機(jī)構(gòu)工作圖三.凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)任務(wù)一.凸輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況及基本術(shù)語(yǔ)§3-2從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律CBDr0Aoδδδt凸輪的基圓初始位置CDB凸輪的基圓——以凸輪的最小向徑r0所作的圓稱(chēng)為基圓。行程Shδt推程運(yùn)動(dòng)角δs遠(yuǎn)休止角δh回程運(yùn)動(dòng)角δs'

近休止角推程運(yùn)動(dòng)角δt——從動(dòng)件推程過(guò)程，對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角稱(chēng)為推程運(yùn)動(dòng)角近休止角δs

'

—推桿在最低位置靜止不動(dòng)，凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角遠(yuǎn)休止角δs——推桿在最高位置靜止不動(dòng)，凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角回程—從動(dòng)件從距離凸輪回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)位置到起始位置，從動(dòng)件移向凸輪軸線(xiàn)的行程，稱(chēng)為回程。對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角δh稱(chēng)為回程運(yùn)動(dòng)角。推程——從動(dòng)件從距離凸輪回轉(zhuǎn)中心最近位置到距離凸輪回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)位置的過(guò)程，稱(chēng)為推程。相應(yīng)移動(dòng)的距離h稱(chēng)為行程O(píng)atv0從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)起始和終止兩瞬時(shí)的加速度在理論上由零值突變?yōu)闊o(wú)窮大，慣性力也為無(wú)窮大。由此的沖擊稱(chēng)為剛性沖擊。適用于低速場(chǎng)合。二.基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律.（一）等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律常數(shù)a=0hO

tOv

t凸輪開(kāi)始或停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)：二.基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律二）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中、低速場(chǎng)合。在運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程的始末點(diǎn)和前后半程的交接處，加速度變化為有限值，由此引起的沖擊稱(chēng)為柔性沖擊。常數(shù)h142356o

tδ10vmaxδt/2t0amax-amaxδt/2t149410’h142356o

tδt等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件位移曲線(xiàn)繪制方法因?yàn)楫?dāng)t=1,2,3時(shí),則若已知h1”2”3”1’2’3’3.余弦加速度(簡(jiǎn)諧)運(yùn)動(dòng)規(guī)律102345s612345qhsδδ0aδvδδdadt-∞∞特點(diǎn)：存在柔沖擊。位置：發(fā)生在運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)。a=p2hw2cos(pd/d0)/(2d20)4.正弦加速度（擺線(xiàn)）運(yùn)動(dòng)規(guī)律2741653h/π8特點(diǎn)：既無(wú)柔性更無(wú)剛性沖擊。擺線(xiàn)a=2phw2sin(2pd/d0)/d20)δδsh3457O1268vδδa低速輕負(fù)荷中速輕負(fù)荷中低速中負(fù)荷中高速輕負(fù)荷高速中負(fù)荷低速重負(fù)荷中高速重負(fù)荷高速輕負(fù)荷從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇運(yùn)動(dòng)規(guī)律d)/(0maxwhvd)/(202maxwha沖

擊應(yīng)用場(chǎng)合等速等加速等減速余弦加速度正弦加速度3-4-5多項(xiàng)式改進(jìn)型等速改進(jìn)型正弦加速度改進(jìn)型梯形加速度剛性柔性柔性∞4.004.936.285.778.385.534.891.002.001.572.001.881.331.762.00§3-3凸輪輪廓曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)一、對(duì)心式凸輪機(jī)構(gòu)凸輪廓線(xiàn)的設(shè)計(jì)1.尖頂從動(dòng)件1)凸輪機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析凸輪上的觀(guān)察結(jié)果機(jī)架上的觀(guān)察結(jié)果δosδ2）.

反轉(zhuǎn)法原理假想給正在運(yùn)動(dòng)著的整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一個(gè)與凸輪角速度大小相等、方向相反的公共角速度（-），這樣，各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系并不改變，但原來(lái)以角速度轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪將處于靜止?fàn)顟B(tài)；機(jī)架（從動(dòng)件的導(dǎo)路）則以（-）的角速度圍繞凸輪原來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)；而從動(dòng)件一方面隨機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面又按照給定的位移規(guī)律S相對(duì)機(jī)架作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。反轉(zhuǎn)前反轉(zhuǎn)后機(jī)架凸輪從動(dòng)件不動(dòng)不動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)-

轉(zhuǎn)動(dòng)S移動(dòng)S移動(dòng)-

轉(zhuǎn)動(dòng)-o

1r0BB0δS-δSoS90o120o123567h150o4δ8-二.移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)——作圖法（一）尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)（1）按已設(shè)計(jì)好的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作出位移線(xiàn)圖；（2）按基本尺寸作出凸輪機(jī)構(gòu)的初始位置；（3）按-

方向劃分基圓周得c0、c1、c2……等點(diǎn)；并過(guò)這些點(diǎn)作射線(xiàn)，即為反轉(zhuǎn)后的導(dǎo)路線(xiàn)；（4）在各反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線(xiàn)上量取與位移圖相應(yīng)的位移，得B1、B2、……

等點(diǎn)，即為凸輪輪廓上的點(diǎn)。rbB0B1B2B4B8B5c1c2c4c5120oc8B6B7c6c7c0c3150o90oB3二)滾子從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)理論輪廓曲線(xiàn)實(shí)際輪廓曲線(xiàn)滾子從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)步驟：（1）畫(huà)出滾子中心的軌跡（稱(chēng)為理論輪廓）（2）以理論輪廓為圓心，滾子半徑rS為半徑畫(huà)圓，再畫(huà)滾子圓族的包絡(luò)線(xiàn)，則為從動(dòng)件凸輪的工作輪廓曲線(xiàn)（稱(chēng)為實(shí)際輪廓曲線(xiàn)）。注意：（1）理論輪廓與實(shí)際輪廓互為等距曲線(xiàn)；（2）凸輪的基圓半徑是指理論輪廓曲線(xiàn)的最小向徑。nnBCr0rS實(shí)際輪廓曲線(xiàn)β

理論輪廓曲線(xiàn)β′B1B2從動(dòng)件擺角最大擺角擺角ψ

最大擺角三.擺動(dòng)(oscillating)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓設(shè)計(jì)CDoBδδs'

近休止角δtB0δOA一）擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn)1.從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)為繞某一固定點(diǎn)的擺動(dòng)2.從動(dòng)件的位移為角位移ψ，而不是直線(xiàn)位移推程運(yùn)動(dòng)角δt遠(yuǎn)休止角δs回程運(yùn)動(dòng)角δh0B1B-δ--δA'0反轉(zhuǎn)前反轉(zhuǎn)后機(jī)架凸輪從動(dòng)件不動(dòng)不動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)（）-

反轉(zhuǎn)-δ轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)-

反轉(zhuǎn)-δLB0OAar00對(duì)于擺動(dòng)從動(dòng)件二）尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)δ尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及步驟180o120o60oo12345678910（1）作出角位移線(xiàn)圖；（2）作初始位置；（4）找從動(dòng)件反轉(zhuǎn)后的一系列位置AiBi，再按角位移規(guī)律得

C1、C2、……等點(diǎn)，即為凸輪輪廓上的點(diǎn)。A1A2A3A5A6A7A8A9A10A40000000000（3）按-

方向劃分圓R得A0、

A1、A2等點(diǎn)；即得機(jī)架反轉(zhuǎn)的一系列位置；0rbB0L180°60°120°B1B2B3B4B5B6B7B8B9B101C12C23C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-δFQo3r0113ttnnBFyFxFn2v2§3-4設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定一、壓力角與凸輪基圓半徑1.壓力角——法向力Fn與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向之間所夾的銳角↑則FY↓FX↑，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使

max≤[]許用壓力角的推薦值：工作行程對(duì)于移動(dòng)從動(dòng)件，[]=30o~38o對(duì)于擺動(dòng)從動(dòng)件，[]=40o~45o非工作行程：可在70o~80o之間選取S2r2.基圓半徑的確定若結(jié)構(gòu)尺寸無(wú)嚴(yán)格限制,為減少壓力角，可適當(dāng)取較大的基圓半徑。FQo3r0113ttnnBFyFxFn2v2S2rr0≥1.8r+(4~10)mm二、滾子半徑的確定′minSminmin′rrmin>rSmin=rSminrSmin<rS為避免運(yùn)動(dòng)失真，Smin

=min-rS3mm建議：rS0.8min，或rS

0.4r0rS

<ρmin

rS

=ρminρmin