機械設(shè)計基礎(chǔ)第五章講稿

第5章凸輪機構(gòu)5-1

凸輪機構(gòu)的應用及分類5-2

推桿的運動規(guī)律5-3

凸輪輪廓曲線的設(shè)計5-4

凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定基本要求:了解凸輪機構(gòu)的類型及特點掌握從動件常用運動規(guī)律的特點掌握凸輪機構(gòu)基本尺寸確定的原則熟練掌握反轉(zhuǎn)法原理并進行凸輪機構(gòu)設(shè)計機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)5-1

凸輪機構(gòu)的組成及分類一、組成二、特點三、分類四、應用機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)一、組成由三個構(gòu)件組成的一種高副機構(gòu)凸輪：具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件推桿/從動件，運動規(guī)律由凸輪廓線和運動尺寸決定機架推桿凸輪機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)二、特點優(yōu)點：實現(xiàn)各種復雜的運動要求結(jié)構(gòu)簡單、緊湊設(shè)計方便缺點：點、線接觸，易磨損，不適合高速、重載推桿凸輪機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)三、分類1按凸輪的形狀分2按從動件的形狀分3按從動件的運動形式分4按從動件的布置形式分5凸輪機構(gòu)的基本概念與參數(shù)推桿凸輪機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)1按凸輪的形狀分盤形凸輪,實例凸輪呈向徑變化的盤形結(jié)構(gòu)簡單,應用最廣泛移動凸輪凸輪呈板型,直線移動圓柱凸輪,

實例空間凸輪機構(gòu)凸輪輪廓做在圓柱體上空間運動推桿凸輪凸輪推桿推桿凸輪機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)2按從動件的形狀分尖頂推桿

尖頂始終能夠與凸輪輪廓保持接觸，可實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律易磨損，只宜用于輕載、低速滾子推桿耐磨、承載大，較常用平底推桿接觸面易形成油膜，利于潤滑，常用于高速運動配合的凸輪輪廓必須全部外凸尖頂推桿滾子推桿平底推桿平底推桿機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)3按從動件的運動形式分直動推桿往復移動軌跡為直線擺動推桿往復擺動軌跡為圓弧尖頂推桿滾子推桿平底推桿直動推桿擺動推桿機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)4按從動件的布置形式分對心直動推桿偏置直動推桿尖頂推桿滾子推桿機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)一般凸輪機構(gòu)的命名原則:布置形式+運動形式+推桿形狀+凸輪形狀對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)擺動平底推桿盤形凸輪機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)1、基圓：凸輪理論輪廓上最小向徑為半徑所畫的圓。6、凸輪機構(gòu)的基本概念與參數(shù)2、偏距e：從動件導路偏離凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離。wOrminwrminOe機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)3、推程：

4、升程：

從動件尖頂被凸輪輪廓推動，以一定的運動規(guī)律由離回轉(zhuǎn)中心最近位置A到達最遠位置B的過程。從動件在推程中所走過的距離h。5、推程運動角：6、遠休止角：δt

=∠AOB（升程角）與推程相應的凸輪轉(zhuǎn)角δt。δS=

∠BOC從動件在最遠位置停止不動所對應的凸輪轉(zhuǎn)角δs。wAB'rminOBCDδtδsh機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)9、近休止角：8、回程運動角：δh=∠CODδs'=∠AOD7、回程：從動件在彈簧力或重力作用下，，以一定的運動規(guī)律回到起始位置的過程。與回程相應的凸輪轉(zhuǎn)角δh。從動件在最近位置停止不動所對應的凸輪轉(zhuǎn)角δs'。δhδs'wAB'rminOBCDδtδsh機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)以縱坐標代表從動件位移s2

，橫坐標代表凸輪轉(zhuǎn)角δ1或t，所畫出的位移與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線。10、從動件位移線圖：上升—?！怠δ1s2ABCDh2pδhδs'δtδsAδhδs'wAB'rminOBCDδtδsh從動件位移線圖決定于凸輪輪廓曲線的形狀。機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)1、推程：2、升程：3、推程運動角：4、運休止角：7、近休止角：6、回程運動角：5、回程：AB偏置尖頂直動從動件盤形凸輪δtδsδhδs'wAB'OBCDhCDhδtδsδhδs'

左圖為自動機床中的橫向進給機構(gòu)，當凸輪等速回轉(zhuǎn)一周時，凸輪的曲線外廓推動從動件帶動刀架完成以下動作：車刀快速接近工件，等速進刀切削，切削結(jié)束刀具快速退回，停留一段時間再進行下一個運動循環(huán)。

四、應用5-2

推桿的運動規(guī)律一、凸輪機構(gòu)的運動過程二、推桿常用運動規(guī)律三、選擇運動規(guī)律應注意的問題機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)A一、凸輪機構(gòu)的運動過程從動件的運動規(guī)律是指從動件的位移、速度、加速度等隨時間t或凸輪轉(zhuǎn)角j變化的規(guī)律基圓(以凸輪輪廓最小向徑所組成的圓)，基圓半徑r0推程，推程運動角0遠休止，遠休止角01

回程，回程運動角0′

近休止，近休止角02

行程（升程），h運動線圖:

從動件的位移、速度、加速度等隨時間t或凸輪轉(zhuǎn)角j變化關(guān)系圖0010’02r00推程01遠休止0′回程02近休止ts0BCDhA’機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)二、推桿常用運動規(guī)律1等速運動2等加速等減速運動3擺線運動注意：為便于理解各種運動規(guī)律特性,本章將運動規(guī)律單獨應用于推程或回程機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)1等速推程運動——一次多項式運動規(guī)律推程(00)運動方程：位移方程：速度方程：加速度方程：運動線圖沖擊特性：始點、末點剛性沖擊適用場合：低速輕載hs00v0a0-+機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)等速回程運動（續(xù)）回程(0’0)運動方程：位移方程：速度方程：加速度方程：運動線圖沖擊特性：始點、末點剛性沖擊適用場合：低速輕載s0v0a00’-++-0h

機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)2等加速等減速運動—二次多項式運動規(guī)律推程運動方程:運動線圖沖擊特性：起、中、末點柔性沖擊適用場合：低速輕載s00v0a0h/2h/20/20/2h(00/2)(0/20)加速段減速段位移方程速度方程加速度方程機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)3擺線運動——正弦加速度運動推程運動方程：運動線圖沖擊特性：無沖擊適用場合：高速輕載advd0

0012345678sdhA2ph0

機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)三、選擇運動規(guī)律應注意的問題實際使用時,推程或回程的運動規(guī)律可采用單一運動規(guī)律,也可以將幾種運動規(guī)律復合使用1.當機械的工作過程只要求推桿實現(xiàn)一定的工作行程，而對運動規(guī)律無特殊要求時，主要考慮動力特性和便于加工低速輕載時，便于加工優(yōu)先；速度較高時，動力特性優(yōu)先。2.當機械的工作過程對推桿運動規(guī)律有特殊要求時：轉(zhuǎn)速較低時，首先滿足運動規(guī)律，其次再考慮動力特性和加工轉(zhuǎn)速較高時，兼顧運動規(guī)律和動力特性，采用組合運動機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)5-3凸輪輪廓曲線的設(shè)計一、凸輪廓線設(shè)計的基本原理二、作圖法設(shè)計凸輪廓線機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)AAAAAAAAAAAAA一、凸輪廓線設(shè)計的基本原理解析法、作圖法相對運動原理法:(也稱反轉(zhuǎn)法):對整個系統(tǒng)施加-w運動此時，凸輪保持不動推桿作復合運動=反轉(zhuǎn)運動(-)+預期運動(s)AAr0-r0機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)二、作圖法設(shè)計凸輪廓線作圖步驟：1

根據(jù)從動件的運動規(guī)律：作出位移線圖S2-δ1，并等分角度2定基圓3作出推桿在反轉(zhuǎn)運動中依次占據(jù)的位置4據(jù)運動規(guī)律，求出從動件在預期運動中依次占據(jù)的位置5將兩種運動復合，就求出了從動件尖端在復合運動中依次占據(jù)的位置點6將各位置點聯(lián)接成光滑的曲線7在理論輪廓上再作出凸輪的實際輪廓1

對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)2

對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)1

對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)已知：r0，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動設(shè)計：凸輪廓線解：

1.定比例尺l

2.初始位置及推桿位移曲線3.確定推桿反轉(zhuǎn)運動占據(jù)的各位置4.確定推桿預期運動占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡線s0h機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)2對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)已知：r0，推桿運動規(guī)律，滾子半徑rr,凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動設(shè)計：凸輪廓線解：

1.定比例尺l

2.初始位置及推桿位移曲線注：兩條廓線，理論／實際廓線實際廓線基圓rmin理論廓線基圓r03.確定推桿反轉(zhuǎn)運動占據(jù)的各位置4.確定推桿預期運動占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡線s0h理論輪廓實際輪廓機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)3小結(jié)應用反轉(zhuǎn)法時應注意：要能正確理解凸輪實際廓線和理論廓線的關(guān)系要正確確定推桿的反轉(zhuǎn)方向正確確定推桿在反轉(zhuǎn)運動中占據(jù)的位置直動推桿：推桿在反轉(zhuǎn)前后兩位置線的夾角應等于凸輪的轉(zhuǎn)角擺動推桿：反轉(zhuǎn)前后推桿擺動中心和凸輪軸心的兩連線之間的夾角應等于凸輪的轉(zhuǎn)角正確確定推桿的位移或擺角直動推桿：位移等于推桿所在位置與理論廓線的交點和與基圓交點之間的距離擺動推桿：角位移等于推桿所在位置與推桿起始位置之間的夾角機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)5-4

凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定一、壓力角二、基圓半徑的選擇三、滾子半徑的確定四、凸輪和滾子的材料五、凸輪的加工方法機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)一、壓力角與許用值二、凸輪基圓半徑的確定基圓半徑越大，壓力角越小，但結(jié)構(gòu)尺寸較大(3)從動件偏置方向的選擇凸輪逆時針回轉(zhuǎn)，從動件右偏置凸輪順時針回轉(zhuǎn)，從動件左偏置三、凸輪輪廓形狀與滾子半徑的關(guān)系外凸凸輪廓線實際廓線出現(xiàn)尖點實際廓線出現(xiàn)交叉，從動件不能準確地實現(xiàn)預期的運動規(guī)律—運動失真內(nèi)凹凸輪廓線

無論滾子半徑多大，總能由理論輪廓求出實際輪廓。運動失真原因：避免方法：滾子半徑的選擇考慮結(jié)構(gòu)、強度與運動規(guī)律等因素結(jié)論:內(nèi)凹凸輪廓線：滾子半徑無限制外凸凸輪廓線：理論輪廓的最小曲率半徑大于滾子半徑,即min>rr實際設(shè)計時，應保證amin

=min-rr

[a]=3~5mm機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)四、凸輪和滾子的材料凸輪的主要失效形式為磨損和疲勞點蝕。對凸輪和滾子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足夠的表面接觸強度凸輪芯部有較強的韌性常用的凸輪材料：40Cr、20Cr、40CrMnTi常用的滾子材料：20Cr或者滾動軸承五、凸輪輪