華中科技大學(xué)機械原理課件CH3-凸輪機構(gòu)

《機械(jīxiè)原理》

第三章凸輪機構(gòu)華中科技大學(xué)機械(jīxiè)學(xué)院劉倫洪精品資料目錄(mùlù)§3-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用(yìngyòng)及分類§3-2從動件常用運動規(guī)律§3-3盤形凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定§3-4根據(jù)預(yù)定運動規(guī)律設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線§3-5空間凸輪機構(gòu)精品資料凸輪是一個具有曲線輪廓的構(gòu)件。含有(hányǒu)凸輪的機構(gòu)稱為凸輪機構(gòu)。它由凸輪、從動件和機架組成。一、凸輪機構(gòu)(jīgòu)的應(yīng)用§3.1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類精品資料內(nèi)燃機配氣凸輪(tūlún)機構(gòu)精品資料凸輪(tūlún)機構(gòu)的應(yīng)用精品資料打標(biāo)機精品資料進刀凸輪(tūlún)機構(gòu)精品資料精品資料內(nèi)燃機配氣凸輪(tūlún)機構(gòu)精品資料多缸內(nèi)燃機-配氣機構(gòu)(jīgòu)精品資料沖壓機精品資料精品資料精品資料凸輪(tūlún)機構(gòu)的優(yōu)缺點優(yōu)點(yōudiǎn):只需確定適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，即可實現(xiàn)從動件復(fù)雜的運動規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡單，運動可靠。缺點：從動件與凸輪接觸應(yīng)力大,易磨損用途：載荷較小的運動控制精品資料一）按凸輪(tūlún)的形狀分二、凸輪(tūlún)機構(gòu)的分類1、盤形凸輪2、移動凸輪精品資料3、圓柱(yuánzhù)凸輪精品資料4、圓錐(yuánzhuī)凸輪精品資料1、尖頂(jiāndǐng)從動件二）按從動件上高副元素(yuánsù)的幾何形狀分2、滾子從動件3、平底從動件精品資料三）按凸輪(tūlún)與從動件的鎖合方式分1、力鎖合的凸輪(tūlún)機構(gòu)力鎖合的凸輪機構(gòu)形鎖合的凸輪機構(gòu)精品資料2、形鎖合的凸輪(tūlún)機構(gòu)溝槽(ɡōucáo)凸輪機構(gòu)等寬凸輪機構(gòu)等徑凸輪機構(gòu)主回凸輪機構(gòu)1）溝槽凸輪機構(gòu)精品資料2）等徑凸輪(tūlún)機構(gòu)精品資料3）等寬凸輪(tūlún)機構(gòu)精品資料4）主回凸輪(tūlún)機構(gòu)精品資料擺動從動件凸輪(tūlún)機構(gòu)（對心、偏置(piānzhì)）移動從動件凸輪機構(gòu)四）根據(jù)從動件的運動形式分精品資料有趣(yǒuqù)的凸輪機構(gòu)名稱偏置滾子移動從動件盤形凸輪(tūlún)機構(gòu)對心尖頂移動從動件盤形凸輪(tūlún)機構(gòu)…精品資料sh偏心(piānxīn)距s(從動件位移)02πe回程(huíchéng)運動角推程運動角遠(yuǎn)休止角近休止角AD(,s)CBOrb三、凸輪機構(gòu)的工作原理基圓行程ABCDB’h’s’s?推程角Φ為什么是∠BOB‘？而不是∠BOA？圖中推程運動角Φ是...精品資料A’B’C’D’A’B’C’D’A’B’C’D’O推程運動(yùndòng)角ΦA(chǔ)BCDB’問1：導(dǎo)致Φ≠∠BOA的原因是什么？或：什么條件下Φ=∠BOA？問2：考慮到：推程運動角Φ=∠BOB’近休止(xiūzhǐ)角Φs’=∠DOA？遠(yuǎn)休止(xiūzhǐ)角Φs=∠COB？回程運動角Φ’=∠DOC？那么凸輪旋轉(zhuǎn)一周，4個角的和豈不是>360°？精品資料D’ABCDO回程角Φ’回程(huíchéng)運動角Φ’現(xiàn)象:只要偏心距e不為(bùwéi)0,即使AB與CD形狀相同,回程速度比推程速度快。如果從動件偏向O點左側(cè),問1：回程速度和推程速度哪個快？問2：這樣布置是否合理？精品資料rba擺動從動件凸輪(tūlún)機構(gòu)中心距a桿長l擺桿初始(chūshǐ)位置角0角位移擺幅maxABCDO1O2max0B’基圓l精品資料Sh()(max)3）凸輪機構(gòu)曲線(qūxiàn)輪廓的設(shè)計4）繪制凸輪機構(gòu)工作圖1）從動件運動規(guī)律(guīlǜ)的設(shè)計2）凸輪機構(gòu)基本尺寸的設(shè)計移動從動件：基圓半徑rb，偏心距e;擺動從動件：基圓半徑rb，凸輪轉(zhuǎn)動中心到從動件擺動中心的距離a及擺桿的長度l;滾子從動件：除上述外，還有滾子半徑rr。平底從動件：除上述外，平底長度L。O1O2alO1erbrb四、凸輪機構(gòu)的設(shè)計任務(wù)精品資料§3-2從動件常用(chánɡyònɡ)運動規(guī)律一、基本運動(yùndòng)規(guī)律二、組合運動(yùndòng)規(guī)律簡介三、從動件運動(yùndòng)規(guī)律設(shè)計精品資料升-停-回-停型(RDRD)升-回-停型(RRD)升-停-回型(RDR)升-回型(RR)S()S()S()S()運動循環(huán)(xúnhuán)的類型精品資料從動件運動規(guī)律(guīlǜ)的數(shù)學(xué)方程式類速度類加速度類躍動度位移速度加速度躍動度精品資料一、基本運動(yùndòng)規(guī)律a=2(2c2+6c3

+12c42

+……+n(n-1)cnn-2)（一）多項式運動(yùndòng)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個待定系數(shù)。j=3(6c3+24c4

+……+n(n-1)(n-2)cnn-3)精品資料1）n=1的運動(yùndòng)規(guī)律等速運動(děnɡsùyùndònɡ)規(guī)律0aa=00sh0vv剛性沖擊=0，s=0;=，s=h問：回程的方程式呢？精品資料0amaxa-amax0sh0vvmaxj0+∞-∞+∞等加速等減速運動(jiǎnsùyùndònɡ)規(guī)律柔性沖擊柔性沖擊2）n=2的運動(yùndòng)規(guī)律精品資料（二）余弦(yúxián)加速度規(guī)律sovoaojoh精品資料（三）正弦(zhèngxián)加速度規(guī)律sovoaojoh正弦(zhèngxián)/余弦對比精品資料二、組合(zǔhé)運動規(guī)律簡介 運動規(guī)律(guīlǜ)組合應(yīng)遵循的原則： 1、對于中、低速運動的凸輪機構(gòu)，要求從動件的位移曲線在銜接處相切，以保證速度曲線的連續(xù)。 2、對于中、高速運動的凸輪機構(gòu)，則還要求從動件的速度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線的連續(xù)。精品資料aOABCDEFO梯形加速度運動(yùndòng)規(guī)律a改進型等速運動(děnɡsùyùndònɡ)規(guī)律00aa=0v0sh精品資料三、從動件運動規(guī)律(guīlǜ)設(shè)計1、從動件的最大速度(sùdù)vmax要盡量小；2、從動件的最大加速度(sùdù)amax要盡量?。?、從動件的最大躍動度jmax要盡量小。精品資料運動規(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基本運動(yùndòng)規(guī)律特性精品資料§3–3盤形凸輪(tūlún)機構(gòu)基本尺寸的確定一、移動(yídòng)從動件盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸二、擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸精品資料tt一、移動從動件盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸(chǐcun)設(shè)計11es0srbP13COP23nnP23Av2tt1eCOnnP23A對于對心移動從動件盤形凸輪(tūlún)機構(gòu)，e=0，則有：精品資料1、偏距e的大小(dàxiǎo)和偏置方位的選擇原則應(yīng)有利于減小從動件工作行程時的最大壓力角。為此應(yīng)使從動件在工作行程中，點C和點P位于凸輪回轉(zhuǎn)中心O的同側(cè)，此時凸輪上C點的線速度指向與從動件工作行程的線速度指向相同。偏距不宜(bùyí)取得太大，可近似取為：精品資料2、凸輪(tūlún)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：同時加大了機構(gòu)(jīgòu)尺寸。因此，原則如下：1）若機構(gòu)受力不大，要求機構(gòu)緊湊時；取較小的基圓半徑，按許用壓力角(30度)求這時，若從動件運動規(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精品資料根據(jù)實際輪廓的最小向徑rm確定基圓半徑(bànjìng)rb，校核壓力角根據(jù)結(jié)構(gòu)和強度確定基圓半徑，如考慮(kǎolǜ)到安裝在軸上，必須有大的輪轂rsrhrm2）若機構(gòu)受力較大，對其尺寸又沒有嚴(yán)格的限制精品資料二、擺動(bǎidòng)從動件盤形凸輪機構(gòu)的基本尺寸整理(zhěnglǐ)后，得：情況1：凸輪的轉(zhuǎn)向1

與從動件的轉(zhuǎn)向2反向其中：nn12rbKv2la0+BPO1O2精品資料情況(qíngkuàng)2：1與2同向與反向(fǎnxiànɡ)時的情況對比：nn12rbKv2la0+BO1O2P整理后,得：精品資料一般性原則(yuánzé)擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的壓力(yālì)角與從動件的運動規(guī)律、擺桿長度、基圓半徑及中心距有關(guān)。在運動規(guī)律和基本尺寸相同的情況下，1與2異向，可減小擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的壓力(yālì)角。精品資料一、圖解法設(shè)計盤形凸輪機構(gòu)(jīgòu)二、解析法設(shè)計盤形凸輪機構(gòu)(jīgòu)§3-4根據(jù)預(yù)定運動規(guī)律設(shè)計(shèjì)盤形凸輪輪廓曲線精品資料一、盤形凸輪機構(gòu)(jīgòu)的設(shè)計——圖解法1、尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu)2、滾子(ɡǔnzǐ)移動從動件盤形凸輪機構(gòu)3、平底移動從動件盤形凸輪機構(gòu)4、尖頂擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)精品資料2S1123s1s2hOrb-11s11'1s12s2s23hh3'2'凸輪輪廓(lúnkuò)曲線設(shè)計的基本原理（反轉(zhuǎn)法）精品資料ss113h-rbe1、偏置尖頂移動從動件凸輪(tūlún)輪廓設(shè)計O3'11hs1s11’31思考：找出圖中所有(suǒyǒu)夾角為1的線對？12已知：s=s()，rb，e，作圖要點：1）在偏距圓上旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角

2）以基圓為基點量位移s1Φ精品資料2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3Fvs11已知：S=S（），rb，e，偏置尖頂(jiāndǐng)移動從動件凸輪輪廓設(shè)計—作圖過程精品資料2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3已知：S=S(),rb,

e,,rr理論(lǐlùn)輪廓實際(shíjì)輪廓Fv2、偏置滾子移動從動件凸輪輪廓設(shè)計精品資料3、平底移動(yídòng)從動件凸輪輪廓設(shè)計與滾子移動從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計基本相似(xiānɡsì)。先以B0點為基準(zhǔn)作出理論輪廓線；而后畫出平底；作平底的包絡(luò)線。OALmaxP精品資料SS''911223344556677883-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C710已知：=f()，rb，L(桿長)，a(中心(zhōngxīn)距)，A0B00OS''SA1A2A3A4A5A9A8A7A6B11C9B9Fv34、尖頂擺動從動件盤形凸輪(tūlún)機構(gòu)Ψ1精品資料二、盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計(shèjì)——解析法1、尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu)2、尖頂擺動(bǎidòng)從動件盤形凸輪機構(gòu)3、滾子移動從動件盤形凸輪機構(gòu)4、平底移動從動件盤形凸輪機構(gòu)精品資料坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)(xuánzhuǎn)公式-推導(dǎo)yxO(x1,y1)(x,y)于是(yúshì):坐標(biāo)順時針轉(zhuǎn)動？坐標(biāo)逆時針轉(zhuǎn)動精品資料1、尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu)(jīgòu)的設(shè)計yes0srbxC0OB1B0BC-2ssB精品資料平面(píngmiàn)旋轉(zhuǎn)矩陣尖頂移動(yídòng)從動件盤形凸輪機構(gòu)yes0srbxC0OB1B0BC-精品資料e與的符號(fúhào)若從動件導(dǎo)路相對于(duìyú)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。注意：對于(duìyú)壓力角計算公式：若e帶符號,則公式中的“±”應(yīng)修正為“－”。若凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動，則>0，反之<0。注意：所有角度均按同樣原則帶符號，如：Φ、Φs、Φ’、Φs’、…精品資料2、尖頂擺動從動件盤形凸輪(tūlún)機構(gòu)若凸輪逆時針方向(fāngxiàng)轉(zhuǎn)動，則>0，反之<0aLyrbx-AB0B1BO0精品資料3、滾子(ɡǔnzǐ)移動從動件盤形凸輪機構(gòu)的設(shè)計θ是過接觸點的法線(fǎxiàn)夾角。而切線斜率與法線(fǎxiàn)斜率互為負(fù)倒數(shù)(高等數(shù)學(xué))，所以：OnnB0Brb’’’yxrrC’C’’rm（a）理論輪廓曲線的設(shè)計（b）實際輪廓C’BC’’rrrrθ精品資料2種計算方法方法一：求tan;根據(jù)tan的分子/分母(fēnmǔ)確定的值求sin、cos方法二：依據(jù)公式：此法無須(wúxū)考慮θ精品資料(c)刀具(dāojù)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(dāojù)中心軌跡方程精品資料(d)滾子半徑(bànjìng)的確定rrbminminrr<minbmin

=

min

-rr>0rr=minminbmin

=

min

-rr=0rr當(dāng)rr<min時，實際輪廓為一光滑曲線。當(dāng)rr=min時，實際輪廓將出現(xiàn)尖點，極易磨損(mósǔn)，會引起運動失真。精品資料當(dāng)rr>min時，實際輪廓將出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，會引起(yǐnqǐ)運動失真。rrbminminbmin

=

min

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

=

min

-rr<0精品資料bmin=min–rr≥3mm

rr≤min

-3mm

rr≤0.8min

rr≤0.4rb

或一般精品資料yx4、平底移動從動件盤形凸輪機構(gòu)(jīgòu)的設(shè)計1、輪廓(lúnkuò)曲線的設(shè)計v223SS0rb1-考慮到輪廓曲線完全相同，平底凸輪機構(gòu)只考慮對心。1B1OBP精品資料(1)基本尺寸(chǐcun)的確定L

=Lmax+

L’max+(4~10)mmLmax=(OP)max=(ds/d)maxL為平底總長(zǒngzhǎng)，Lmax和L’max為平底與凸輪接觸點到從動件導(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.平底長度的確定精品資料平底移動凸輪(tūlún)機構(gòu)的特殊情況對于平底凸輪機構(gòu)，其運動規(guī)律(guīlǜ)不可隨意選擇，實驗證明，在已講過的4種運動規(guī)律(guīlǜ)中，等速運動規(guī)律(guīlǜ)必定導(dǎo)致輪廓失真。下面是不同參數(shù)下的設(shè)計輪廓。精品資料凸輪機構(gòu)(jīgòu)的計算機輔助設(shè)計使用(shǐyòng)要求選擇凸輪機構(gòu)的類型設(shè)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精品資料建立直角坐標(biāo)系，以凸輪回轉(zhuǎn)中心為原點，y軸與從動件導(dǎo)路平行，凸輪理論(lǐlùn)廓線方程為：例：一直動偏置滾子從動件凸輪機構(gòu)，已知rb=50mm，rr=3mm，e=12mm，凸輪以等角速度逆時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過=1800，從動件以等加速等減速運動規(guī)律上升h=40mm，凸輪再轉(zhuǎn)過=1500，從動件以余弦加速度運動規(guī)律下降回原處，其余(qíyú)s=300，從動件靜止不動。試用解析法計算1=600，2=2400時凸輪實際廓線上點的坐標(biāo)值。解：精品資料從動件運動(yùndòng)規(guī)律：回程升程注意(zhùyì):這里與書中的公式有區(qū)別!精品資料理論(lǐlùn)廓線上點的坐標(biāo)：實際(shíjì)廓線上點的坐標(biāo):精品資料解析(jiěxī)法計算的關(guān)鍵點凸輪轉(zhuǎn)角的方向，與的取值坐標(biāo)軸與3種凸輪的相對位置關(guān)系：尖頂（滾子）移動從動件：y軸與推程起始弧相交；擺動從動件：y軸與連心線重合(chónghé)平底從動件：y軸與從動件導(dǎo)路平行，經(jīng)過回轉(zhuǎn)中心偏距e的方向與取值精品資料