機械原理課件：第9章 凸輪機構(gòu)及其設計

第九章凸輪(tūlún)機構(gòu)及其設計(Chapter9:

CamMechanismsandDesign）精品資料

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凸輪機構(gòu)的類型和應用(Applicationandtypesofcammechanism)123123精品資料123一、組成(zǔchénɡ):1、凸輪:具有曲線(qūxiàn)輪廓或凹槽的構(gòu)件,是主動件,通常等速轉(zhuǎn)動。2、從動件:由凸輪控制按其運動規(guī)律作移動或擺動運動的構(gòu)件。3、機架:支承活動構(gòu)件的構(gòu)件。精品資料可實現(xiàn)各種復雜的運動規(guī)律(guīlǜ)，由于是高副接觸,常用于傳遞動力

不大的場合。二、應用(yìngyòng):精品資料三、分類(fēnlèi):1、按凸輪(tūlún)的形狀分：123231123a)b)c)a)盤形凸輪:具有變化向徑的盤形構(gòu)件b)移動凸輪:有曲線輪廓作往復移動的構(gòu)件。c)圓柱凸輪:在圓柱面上開有曲線凹槽或在圓柱端面上作出曲線輪廓的構(gòu)件。精品資料2、按從動件的形狀(xíngzhuàn)分：a)尖頂從動件：這種從動件結(jié)構(gòu)簡單,但易磨損,適用于傳力不大速度較低的場合.b)滾子從動件：將從動件與凸輪的接觸由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦,磨損較小,可用于傳遞較大的動力,應用較廣.a)b)c)c)平底從動件：凸輪對于這種從動件的作用力始終垂直于從動件的平底,受力平穩(wěn)且接觸面間易形成油膜,潤滑好,可用高速.精品資料3、按接觸(jiēchù)形式分:c)a)b)a)力封閉(鎖合):利用彈簧力或自重保持從動件與凸輪始終接觸.b).c)幾何封閉(幾何鎖合):靠從動件幾何形狀或利用凸輪上的凹槽使從動件與凸輪始終接觸.精品資料四、內(nèi)容(nèiróng):1.從動件運動規(guī)律(guīlǜ)2.圖解法設計凸輪機構(gòu)3.解析法設計凸輪機構(gòu)4.凸輪機構(gòu)的基本尺寸確定精品資料(Motionlawsofcamfollower)一.名詞(míngcí)概念:1.基圓:

以理論廓線上最小向徑為半徑所畫的圓即為基圓.半徑用ro表示。2.升程(行程,推程):從動件從最低位置到最高位置沿導路方向的距離稱為升程,用h表示。擺動從動件即為最大擺角用表示。

9-2從動件的常用運動規(guī)律3.推程運動角:從動件從最低位置移到最高位置時,對應凸輪的轉(zhuǎn)角。o4.遠休止角:從動件在最高位置靜止不動,對應凸輪的轉(zhuǎn)角。s5.回程運動角:從動件從最高位置移到最低位置時,對應凸輪的轉(zhuǎn)角。o6.近休止角:從動件在最低位置靜止不動時,凸輪的轉(zhuǎn)角。s00ssroh精品資料從動件運動(yùndòng)形式：a)升-停-降-停0b)升-停-降0d)升-降0c)升-降-停0精品資料

在凸輪機構(gòu)中,從動件的運動規(guī)律是以凸輪轉(zhuǎn)角為自變量而定義的速度和加速度稱為類速度和類加速度。類速度(sùdù):類加速度:精品資料1、等速運動(děnɡsùyùndònɡ)規(guī)律邊界條件:二、從動件的常用(chánɡyònɡ)運動規(guī)律精品資料等速運動規(guī)律方程和運動曲線:h000o88升程段此種運動規(guī)律在運動開始和終了點速度(sùdù)有突變，存在剛性沖擊。精品資料回程(huíchéng)段精品資料2、等加速(jiāsù)等減速運動規(guī)律升程前半段邊界條件:精品資料等加速等減速運動規(guī)律方程和運動曲線：升程等加速段方程為：升程等減速段方程為：這種運動規(guī)律在運動的始末和中點位置加速度存在有限值的突變,會導致柔性沖擊.h精品資料回程段方程如下：回程前半段：回程段方程如下：回程后半段：精品資料3、余弦(yúxián)加速度運動(簡諧運動規(guī)律)這種運動規(guī)律的加速度方程是半個周期的余弦曲線,根據(jù)質(zhì)點(zhìdiǎn)在圓周上作簡諧運動如下圖所示:hS從動件運動最高點從動件運動最低點∵位移方程:精品資料余弦加速度運動方程(fāngchéng)和運動曲線:升程段方程:回程段方程:精品資料位移曲線S0h0123456214563精品資料此種運動規(guī)律由于加速度在運動開始和終了存在有限值的突變,所以也有柔性沖擊,但可避免。Sh0123456214563精品資料4、正弦(zhèngxián)加速度運動(擺線運動)這種運動規(guī)律(guīlǜ)的加速度方程是整周期的正弦曲線。hS從動件運動最高點從動件運動最低點邊界條件:精品資料正弦加速度運動(yùndòng)方程和運動(yùndòng)曲線:升程段方程:回程段方程:精品資料位移曲線0h0123456781234567812345678精品資料此種運動規(guī)律加速度曲線沒有突變,因而無沖擊。0h0精品資料1

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凸輪廓線的設計（Designofcamprofilecurve)一、基本方法(fāngfǎ)——反轉(zhuǎn)法1()反轉(zhuǎn)法：將整個機構(gòu)加上一個，保證各構(gòu)件間的相對運動不變。1（）相當于將凸輪固定在紙面上；從動件一方面繞凸輪軸以角速度轉(zhuǎn)動,另一方面按運動規(guī)律在導路中移動；1()導路也以角速度繞凸輪軸轉(zhuǎn)動,從動件在各位置上端點的連線便是凸輪廓線。1()精品資料

反轉(zhuǎn)法：將整個機構(gòu)加上一個，保證各構(gòu)件間的相對運動不變。相當于將凸輪固定在紙面上；從動件與導路一方面繞凸輪軸以角速度轉(zhuǎn)動,另一方面從動件按運動規(guī)律在導路中移動；從動件在各位置端點的連線便是凸輪廓線。1()()1精品資料二.圖解法設計(shèjì)凸輪廓線：1.偏置(piānzhì)尖頂（滾子）直動從動件盤形凸輪廓線的設計已知：從動件運動規(guī)律（如圖示），基圓半徑ro,滾子半徑rr,偏距e(導路偏在轉(zhuǎn)軸左側(cè)），順時針轉(zhuǎn)動。求：滿足上述要求的凸輪廓線。1201502703600ooooohSero30精品資料解：選畫出從動件運動規(guī)律。S設計步驟：1）畫出基圓，偏心圓及導路線,B0(C0)為從動件尖頂?shù)钠鹗键c。0KB0(C0)()120o30o120o90o2)將位移線圖與基圓分別等分成相對應的若干等份，1，2，3...9；C1,C2,C3...C9.C5C4C3C2C1C9C8C7C61236785493)過C1,C2,C3...C9各點作偏心圓的切線，沿各切線自基圓起量取從動件位移量即：CiBi=ii,得反轉(zhuǎn)后的Bi點（i1,2,3...9)12345678(B9)B8B7B6B5B4B3B2B14）將B0,B1,B2...B9各點連成光滑曲線，便得到所求的凸輪的理論廓線；再以rr為半徑，以理論廓線上各點為圓心畫圓包絡實際廓線。理論廓線實際廓線精品資料2、平底從動件盤形凸輪廓線設計(shèjì)已知:從動件運動規(guī)律,凸輪轉(zhuǎn)向為順時(shùnshí)針,基圓半徑ro。求:凸輪廓線。1803600oooSro精品資料解:選,畫出從動件運動規(guī)律和凸輪的起始位置.以下步驟同上.1803600oooSro實際廓線精品資料3、擺動尖頂(jiāndǐng)(滾子)從動件盤形凸輪廓線設計已知:從動件運動規(guī)律,ro,凸輪與從動件的中心距O1O2=a,從動件桿長O2B0=L,滾子半徑為rr,凸輪順時針轉(zhuǎn)動,從動件擺動方向如圖.求:凸輪廓線。0180360oooaLO1O2B0精品資料解:選比例畫出從動件運動規(guī)律和凸輪的起始位置.以下步驟同上.B0O1O2701234568910B1B2B3B4B5B6B7B8B9理論廓線實際廓線精品資料理論廓線:滾子中心的軌跡線.實際廓線:凸輪的可見輪廓線.尖頂從動件:理論廓線與實際廓線重合。滾子從動件:理論廓線與實際廓線在法線方向上互為等距曲線(qūxiàn).平底從動件:理論廓線與實際廓線是兩條不同的曲線(qūxiàn)。精品資料三、用解析(jiěxī)法設計凸輪廓線1、偏置直動滾子從動件盤形凸輪(tūlún)機構(gòu)Bo已知：從動件運動規(guī)律S,偏距e,滾子半徑rr,基圓半徑ro,凸輪轉(zhuǎn)向為逆時針轉(zhuǎn)。求：凸輪的理論廓線坐標X,Y和實際廓線坐標X,Y。精品資料Bo解：建立(jiànlì)圖示坐標系,B點理論廓線坐標為YXB(X,Y)nn實際(shíjì)廓線坐標為：其中：“-”用于內(nèi)等距曲線“+”用于外等距曲線。SoSB(X,Y)±±精品資料根據(jù)高等數(shù)學,B點的切線斜率為：B點的法線斜率為：對（A）求導得：精品資料精品資料2.平底直動從動件盤形凸輪(tūlún)機構(gòu)已知：從動件運動規(guī)律S,從動件平底與導路垂直(chuízhí)，凸輪轉(zhuǎn)向如圖。求：凸輪廓線。解：建立圖示坐標系,任意B點坐標為:O1132YXB精品資料O1O2B03.擺動(bǎidòng)從動件盤形凸輪機構(gòu)已知：從動件運動規(guī)律。機架長度從動件桿長，凸輪逆時針轉(zhuǎn)動，從動件運動如圖。求:凸輪的理論廓線坐標X,Y和實際廓線坐標解：建立(jiànlì)圖示的直角坐標系，圖示任意位置B點坐標為:YXBO2精品資料O1O2B0YXBO2其中(qízhōng):由運動規(guī)律決定。B’nnB’的坐標(zuòbiāo)：其中的求法同上。X’=X±rrcosqY’=Y±rrsinq精品資料直動從動件凸輪廓線坐標(zuòbiāo)如下：類型理論廓線實際廓線YXo1YXo1±±-精品資料擺動從動件凸輪廓線坐標如下：類型理論廓線實際廓線YXo1aYXo1ao2±±精品資料9-4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定一、凸輪機構(gòu)(jīgòu)中的作用力與壓力角ALbPQR1R2Ｐ—驅(qū)動力Ｑ—載荷(zàihè)自重---導路兩側(cè)作用在從動件上的總反力---摩擦角---壓力角根據(jù)平衡條件：(Determinationelementarydimensionsofcammechanism)精品資料ALbPQR1R2平衡方程(fāngchéng)如下:以上(yǐshàng)三式聯(lián)立求解得:精品資料當其它結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時,是影響機構(gòu)受力情況的重要參數(shù):將使“分母=0”的這個壓力角稱為臨界壓力角,用表示。精品資料即:

在設計時，必須保證為了提高機械效率,改善受力情況又規(guī)定了許用壓力角,其三者關系為：精品資料對力封閉的凸輪機構(gòu)對幾何封閉的凸輪機構(gòu)同升程段。精品資料二、凸輪基圓半徑的確定（尖頂(jiāndǐng)、滾子直動從動件）eO1A凸輪基圓的尺寸和壓力(yālì)角有直接關系，如左圖所示，從動件與凸輪在任意一點Ａ接觸。nnttPS0S注:e前符號的確定.精品資料eO1Ass0PeO1Ass0P此式中e前的符號判定：當瞬心點P與導路線在轉(zhuǎn)軸同側(cè)時取“-”號當瞬心點P與導