機(jī)械原理第三章凸輪機(jī)構(gòu)(楊家軍版)

第4章凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)及其設(shè)計(jì)§4-1凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)的應(yīng)用及分類(lèi)§4-2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇§4-3按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律用作圖法設(shè)計(jì)盤(pán)形凸輪廓線§4-4盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定§4-5空間凸輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介精品資料凸輪(tūlún)是一個(gè)具有曲線輪廓的構(gòu)件。含有凸輪(tūlún)的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)。一、凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用§3.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類(lèi)精品資料內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)精品資料多缸內(nèi)燃機(jī)-配氣機(jī)構(gòu)(jīgòu)精品資料打標(biāo)機(jī)精品資料進(jìn)刀凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)精品資料沖壓機(jī)精品資料精品資料(avi)機(jī)架從動(dòng)件凸輪凸輪是一個(gè)具有曲線(qūxiàn)輪廓的構(gòu)件。凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成。凸輪作等速運(yùn)動(dòng)、從動(dòng)件可獲得(huòdé)一定規(guī)律的運(yùn)動(dòng)精品資料凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：只要設(shè)計(jì)出適當(dāng)(shìdàng)的凸輪輪廓，即可使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠。缺點(diǎn)：凸輪為高副接觸（點(diǎn)或線），壓強(qiáng)較大，容易磨損，凸輪輪廓加工比較困難，費(fèi)用較高。用途：載荷較小的運(yùn)動(dòng)控制精品資料二、凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)的分類(lèi)凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)分類(lèi)1.按兩活動(dòng)構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類(lèi)2.按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類(lèi)3.按凸輪高副的鎖合方式分類(lèi)平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)盤(pán)形凸輪移動(dòng)凸輪

尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件力鎖合形鎖合圓柱凸輪圓錐凸輪精品資料一）按凸輪(tūlún)的形狀分1、盤(pán)形凸輪(tūlún)2、移動(dòng)凸輪平面凸輪機(jī)構(gòu)精品資料3、圓柱(yuánzhù)凸輪4、圓錐(yuánzhuī)凸輪空間凸輪機(jī)構(gòu)精品資料1、尖頂(jiāndǐng)從動(dòng)件二）按從動(dòng)件上高副元素的幾何(jǐhé)形狀分P902、滾子從動(dòng)件3、平底從動(dòng)件精品資料三）、按凸輪(tūlún)與從動(dòng)件的鎖合方式分1、力鎖合的凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)精品資料2、形鎖合的凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)1）溝槽(ɡōucáo)凸輪機(jī)構(gòu)精品資料2）等徑凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)精品資料3）等寬凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)精品資料4）主回凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)精品資料四）、根據(jù)(gēnjù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分?jǐn)[動(dòng)(bǎidòng)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)精品資料1.凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)的基本名詞術(shù)語(yǔ)以尖頂從動(dòng)件為對(duì)象予以介紹凸輪(tūlún)基圓、基圓半徑rb從動(dòng)件行程(h，亦稱(chēng)升距)φSφrb推程及推程運(yùn)動(dòng)角φφs遠(yuǎn)休止及遠(yuǎn)休止角hω對(duì)心式尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)基圓基圓三、凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理：回程及回程運(yùn)動(dòng)角φ′近休止及近休止角φs

′φs

′φ′BACD精品資料從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)(yùndòng)線圖：從動(dòng)件位移S或φmax與凸輪轉(zhuǎn)角φ之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。φSφrbhωφs

′φ′Sh()(max)精品資料2.凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)的設(shè)計(jì)任務(wù)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(bànjìng)rb，偏心距e;擺動(dòng)從動(dòng)件：基圓半徑(bànjìng)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(bànjìng)rr。平底從動(dòng)件：除上述外，平底長(zhǎng)度L。3）凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計(jì)---重要環(huán)節(jié)4）繪制凸輪機(jī)構(gòu)的工作圖精品資料三、從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)(yùndòng)規(guī)律升—?！亍Ｐ?RDRD)升—回—停型(RRD)升—?！匦?RDR)升—回型(RR)運(yùn)動(dòng)(yùndòng)循環(huán)的類(lèi)型S()S()S()S()精品資料位移(wèiyí)速度(sùdù)加速度躍動(dòng)度類(lèi)速度類(lèi)加速度類(lèi)躍動(dòng)度從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)方程式為:精品資料1.從動(dòng)件的基本運(yùn)動(dòng)(yùndòng)規(guī)律a=2(2c2+6c3

+12c42

+……+n(n-1)cnn-2)j=3(6c3+24c4

+……+n(n-1)(n-2)cnn-3)，（一）多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)(yùndòng)規(guī)律s=c0+c1

+c22

+c33

+……+cnnv=(c1+2c2

+3c32

+……+ncnn-1)位移方程為：式中，為凸輪的轉(zhuǎn)角（rad）；c0，c1，c2，…，為n+1個(gè)待定系數(shù)。精品資料=0,s=0;

=,s=h.s=c0+c1v=c1a=0-∞∞v0vδ,taδ,thsδ,tδ從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)速度(sùdù)為常數(shù)特點(diǎn)：存在剛性沖擊(chōngjī)位置：發(fā)生在運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)1）n=1的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律）精品資料2）n=2的運(yùn)動(dòng)(yùndòng)規(guī)律（等加等減速運(yùn)動(dòng)(yùndòng)規(guī)律）從動(dòng)件加速度常數(shù)精品資料a0ABCvδhδδs-a0aδδdadt-∞∞∞特點(diǎn)：存在柔性沖擊位置：發(fā)生(fāshēng)在運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)、中間點(diǎn)和終止點(diǎn)從動(dòng)件加速度常數(shù)從動(dòng)件前半推程速度從動(dòng)件的位移增加多項(xiàng)式的冪次，可獲得性能良好的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(guīlǜ)。冪次越高，要求的加工精度就越高。精品資料（二）三角函數(shù)式的基本(jīběn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律1、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律(guīlǜ)（簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)）柔性沖擊精品資料2.正弦加速度（擺線）運(yùn)動(dòng)(yùndòng)規(guī)律δa3457O1268v8621O7543δδδsh3457O12682741653h/π8特點(diǎn)：無(wú)柔性更無(wú)剛性(ɡānɡxìnɡ)沖擊擺線精品資料 運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合應(yīng)遵循(zūnxún)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)。二、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律(guīlǜ)簡(jiǎn)介精品資料aOABCDEFO梯形(tīxíng)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精品資料四、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律(guīlǜ)的設(shè)計(jì)在選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應(yīng)該考慮各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度(sùdù)幅值vmax、加速度(sùdù)幅值amax及其影響加以分析和比較。從動(dòng)件動(dòng)量mvmax從動(dòng)件慣性力mamax對(duì)于重載凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)選擇vmax值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，宜選擇amax值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。vmaxamaxjmax慣性力的變化率Jmax影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，應(yīng)盡量小。精品資料低速輕負(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)荷若干種從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較運(yùn)動(dòng)規(guī)律δ)/(0maxwhvδ)/(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精品資料凸輪輪廓(lúnkuò)曲線設(shè)計(jì)的基本原理（反轉(zhuǎn)法）2S1123s1s2hOrb-11s11'1s12s2s23hh3'2'§3.4盤(pán)形凸輪(tūlún)輪廓曲線設(shè)計(jì)精品資料一、對(duì)心式凸輪機(jī)構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計(jì)1.尖頂(jiāndǐng)從動(dòng)件1)凸輪機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析凸輪(tūlún)上的觀察結(jié)果機(jī)架上的觀察結(jié)果2)反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)原理(avi)(avi)精品資料rbωrbωA1A2A3A4S2rbωA2A3A1A4S3S4rbωA2A3A1A4rbωA1A2A3A4rbωA1A2A3A4-ωrbωA1A2A3A4-ω-ω-ωA1A2A3A4精品資料3)設(shè)計(jì)(shèjì)步驟123456789101′2′10′3′4′5′6′7′8′9′δS0δSδ0′δS′δ0h已知條件：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、凸輪轉(zhuǎn)向(zhuǎnxiàng)基圓半徑設(shè)計(jì)步驟：a.標(biāo)出－ω方向，并按此方向分割出、、δ0′δS′δ0δS和；c.過(guò)凸輪基圓的中心與過(guò)基圓上等分點(diǎn)作射線；即代表機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)時(shí)各個(gè)相應(yīng)位置的導(dǎo)路。反轉(zhuǎn)中導(dǎo)路線d.在射線上度量出相應(yīng)推桿的位移，得尖頂軌跡點(diǎn)i；′f.光滑連接i得凸輪廓線。′b.在基圓與位移線圖共同將和進(jìn)行n等分，并標(biāo)注等分點(diǎn)；δoδo′-ω475813269101′2′3′δ0δS4′7′8′9′6′5′10′rbω精品資料ωωω2.滾子(ɡǔnzǐ)從動(dòng)件1)分析精品資料rb-ωωδ0794581326101′2′3′4′7′8′9′5′10′6′rb-ωωδ0794581326101′2′3′4′7′8′9′5′10′6′實(shí)際(shíjì)廓線理論(lǐlùn)廓線2)設(shè)計(jì)注意：1.基圓半徑為理論廓線最小向徑；

2.先求理論廓線，后作包絡(luò)線，得實(shí)際廓線。包絡(luò)線精品資料2.平底從動(dòng)件1)分析(fēnxī)ωω尖頂(jiāndǐng)軌跡線精品資料2)設(shè)計(jì)(shèjì)δ0′δ0a.將基圓沿-ω方向?qū)⒑团c位移線圖進(jìn)行對(duì)應(yīng)等分；c.光滑連接i得凸輪理論廓線；′′b.過(guò)等分點(diǎn)作射線；在射線上度量出相應(yīng)推桿的位移，得尖頂軌跡點(diǎn)i；設(shè)計(jì)(shèjì)步驟：d.作平底線的其包絡(luò)線——實(shí)際廓線。1′2′3′4′7′8′9′5′10′6′理論廓線79458132610rb-ωωδ0精品資料′1123′3′2ωrb-ω結(jié)論：a.偏置式凸輪機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件導(dǎo)路線始終(shǐzhōng)切于偏置圓；b.導(dǎo)路線與基圓交點(diǎn)為推桿尖頂最低點(diǎn)——起始點(diǎn)。e二、偏置式凸輪廓線的設(shè)計(jì)1.尖頂(jiāndǐng)從動(dòng)件1)相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析偏置圓精品資料2S1123s1s2h精品資料′22)設(shè)計(jì)(shèjì)已知條件：凸輪轉(zhuǎn)向、基圓半徑偏置圓半徑。ωrbe-ω1o23導(dǎo)路線(lùxiàn)′3δ0′δ0a.連接回轉(zhuǎn)中心與推桿其始點(diǎn)，將基圓沿-ω方向?qū)⒑团c位移線圖進(jìn)行對(duì)應(yīng)等分；c.光滑連接i得凸輪廓線?！洹鋌.過(guò)等分點(diǎn)作偏置圓切線；并在其上度量出相應(yīng)推桿的位移，得尖頂軌跡點(diǎn)i；設(shè)計(jì)步驟：1'2'3'2S1234s1s2h1精品資料2.偏置滾子從動(dòng)件凸輪(tūlún)輪廓曲線設(shè)計(jì)（反轉(zhuǎn)法）2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3已知：S=S（），rb，e，，rr理論(lǐlùn)輪廓實(shí)際輪廓Fv精品資料2S1123s1s2h已知：S=S（），rb，e，，rr精品資料三、擺動(dòng)(bǎidòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)SS''911223344556677883-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C710已知：=

（），rb，L，a，A0B00OS''SA1A2A3A4A5A9A8A7A6B11C9B9Fv3精品資料四、盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)的設(shè)計(jì)——解析法（1）尖頂(jiāndǐng)移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)x2SSOB1eSS0rby-BC0CB0精品資料尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)xOB1eSS0rby-BC0CB0平面旋轉(zhuǎn)(xuánzhuǎn)矩陣精品資料注意：1）若從動(dòng)件導(dǎo)路相對(duì)于凸輪回轉(zhuǎn)中心的偏置(piānzhì)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。精品資料2、尖頂擺動(dòng)(bǎidòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)若凸輪(tūlún)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，則>0，反之<0aLyrbx-AB0B1BO0精品資料3、滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)θ是過(guò)接觸點(diǎn)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’’C’BC’’rrrrrm（a）理論輪廓曲線的設(shè)計(jì)（b）實(shí)際輪廓精品資料4、平底移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)的設(shè)計(jì)1、輪廓(lúnkuò)曲線的設(shè)計(jì)v223OPB1SS0rrb1B-yx考慮到輪廓曲線完全相同，平底凸輪機(jī)構(gòu)只考慮對(duì)心。精品資料3.3盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)基本尺寸的確定

在工程實(shí)際中，為保證較高的機(jī)械效率，改善受力狀況，通常規(guī)定凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角應(yīng)小于或等于某一許用壓力角。maxa][a[a]maxa￡即：根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推薦(tuījiàn)的許用壓力角取值為:推程：直動(dòng)從動(dòng)件取[a]=30°~40°；擺動(dòng)從動(dòng)件取[a]=35°~45°；回程：直動(dòng)和擺動(dòng)從動(dòng)件薦取[a]=70°~80°。精品資料在點(diǎn)P(升程)12V2=ω1*OP12OP12=V2ω1tanα==ds/dj-eS0+SS0+SOP12-eS0=√rb-e22式中：v2P12F12αSOωerb12v2P12′v2F12α在點(diǎn)P′(回程)12tanα==ds/dj+eS0+SS0+SOP12+e同理可推得：綜合可得：tanα==ds/dj

eS0+SS0+SOP12e+-+-P12與導(dǎo)路線(lùxiàn)同側(cè)取“-”；異側(cè)取“+”。S0=ds/djnn一、移動(dòng)(yídòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸的設(shè)計(jì)精品資料影響凸輪壓力(yālì)角的因素：tanα==dS/dj

eS0+S+SOP12e+-+-√rb-e22在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，如何選取凸輪基本(jīběn)尺寸(rb，e)保證凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角amax小于或等于許用壓力角[a]是工作中一個(gè)應(yīng)注意的問(wèn)題。dS/dj，S——從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律rb

，e——凸輪基本尺寸v2P12F12αSOωerb12v2P12′v2F12αS0nn精品資料1、偏距e的大小和偏置方位的選擇(xuǎnzé)原則P12與導(dǎo)路線(lùxiàn)同側(cè)取“-”；異側(cè)取“+”。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，一般可近似取為：tanα==dS/dj

eS0+S+SOP12e+-+-√rb-e22精品資料2、凸輪基圓半徑(bànjìng)的確定加大基圓半徑，可減小壓力角，有利于傳力，但也加大了總體(zǒngtǐ)尺寸tanα==dS/dj

eS0+S+SOP12e+-+-√rb-e221）機(jī)構(gòu)受力不大，要求機(jī)構(gòu)緊湊2）從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律以被選定，及s=s（φ）已知，則dS/dφ求出，帶入上式求的對(duì)應(yīng)的φ值的rb的一系列的值，取最大值做為基圓即可精品資料3）機(jī)構(gòu)受力較大(jiàodà)，對(duì)其尺寸又沒(méi)有嚴(yán)格的限制根據(jù)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度確定(quèdìng)基圓半徑根據(jù)實(shí)際輪廓的最小向徑rm確定基圓半徑rb，校核壓力角安裝在軸上，必須大于輪轂，rm必須大于輪轂的半徑rhrsrhrm鑄鐵凸輪精品資料二、擺動(dòng)(bǎidòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸nO1PKO2rb12Bn0+v2Lanv2O1PKO2rb21BttanL0+整理(zhěnglǐ)得，1

與2同向凸輪的轉(zhuǎn)向1

與從動(dòng)件的轉(zhuǎn)向2相反精品資料1、擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的壓力(yālì)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)。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)(bǎidòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。結(jié)論：精品資料例3-1一移動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)，已知逆時(shí)針?lè)较虻人俎D(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)凸輪從初始位置轉(zhuǎn)過(guò)900時(shí)，從動(dòng)件正弦加速運(yùn)動(dòng)上升20mm，凸輪再轉(zhuǎn)過(guò)900時(shí)，