機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件!凸輪機(jī)構(gòu)H(公開課)

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)主講：呂亞清機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)研究室2/5/20231編制：呂亞清第三章凸輪機(jī)構(gòu)

CamMechanisms凸輪機(jī)構(gòu)常用于將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹耐鶑?fù)移動或擺動，能使從動件獲得任意預(yù)先給定的運(yùn)動規(guī)律，因而廣泛用于各種機(jī)械、儀表和操作裝置中。2/5/20232編制：呂亞清第三章凸輪機(jī)構(gòu)

CamMechanisms3－1凸輪機(jī)構(gòu)的組成、應(yīng)用和分類3－2從動件常用運(yùn)動規(guī)律3－3圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓3－4凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題2/5/20233編制：呂亞清一、組成

由三個(gè)構(gòu)件組成的一種高副機(jī)構(gòu)

凸輪cam：具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件

推桿/從動件follower，運(yùn)動規(guī)律由凸輪廓線和運(yùn)動尺寸決定

機(jī)架frame推桿凸輪內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)機(jī)架§3－1凸輪機(jī)構(gòu)的組成、應(yīng)用和分類2/5/20234編制：呂亞清二、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動要求結(jié)構(gòu)簡單、緊湊設(shè)計(jì)方便缺點(diǎn)：點(diǎn)、線接觸，易磨損，不適合高速、重載推桿凸輪機(jī)架2/5/20235編制：呂亞清三、分類及應(yīng)用按凸輪的形狀分按從動件的形狀分按從動件的運(yùn)動形式分按從動件的布置形式分按凸輪與從動件維持高副接觸的方法分小結(jié)推桿凸輪機(jī)架2/5/20236編制：呂亞清1.按凸輪的形狀分盤形凸輪plate,應(yīng)用凸輪呈向徑變化的盤形結(jié)構(gòu)簡單,應(yīng)用最廣泛移動凸輪traslating,應(yīng)用凸輪呈板型,直線移動圓柱凸輪cylindrical,應(yīng)用空間凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓做在圓柱體上空間運(yùn)動推桿凸輪凸輪推桿推桿凸輪2/5/20237編制：呂亞清2.按從動件的形狀分尖頂推桿

Knife-edge尖頂始終能夠與凸輪輪廓保持接觸，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律易磨損，只宜用于輕載、低速滾子推桿

Roller耐磨、承載大，較常用平底推桿

Flat-faced接觸面易形成油膜，利于潤滑，常用于高速運(yùn)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2/5/20238編制：呂亞清3.按從動件的運(yùn)動形式分直動推桿translating往復(fù)移動軌跡為直線擺動推桿oscillating往復(fù)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動畫2/5/20239編制：呂亞清4.按從動件的布置形式分對心in-line直動推桿偏置offset直動推桿尖頂推桿滾子推桿2/5/202310編制：呂亞清5.按凸輪與從動件維持高副接觸的方法分力封閉型（力鎖合）Force-closed形封閉型（形鎖合）Form-closed2/5/202311編制：呂亞清6.小結(jié)

一般凸輪機(jī)構(gòu)的命名原則:布置形式+運(yùn)動形式+推桿形狀+凸輪形狀對心直動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)2/5/202312編制：呂亞清§3－1從動件的常用運(yùn)動規(guī)律

Follower

MotionCurves凸輪與從動件的運(yùn)動關(guān)系從動件常用運(yùn)動規(guī)律2/5/202313編制：呂亞清1.基圓、基圓半徑rb2.向徑r3.推程、推程角4.上停程(遠(yuǎn)休)上停程角(遠(yuǎn)休止角)s5.回程、回程角

'6.下停程(近休)下停程角(近休止角)s'7.轉(zhuǎn)角、位移S8.行程(升程)htotalfollowertravelorliftrrbShs's'w一.凸輪與從動件的運(yùn)動關(guān)系2/5/202314編制：呂亞清一.凸輪與從動件的運(yùn)動關(guān)系（續(xù)）可見:從動件的運(yùn)動規(guī)律是與凸輪輪廓曲線的形狀相對應(yīng)的。從動件位移s、速度ν、加速度a隨凸輪轉(zhuǎn)角（時(shí)間t）的變化規(guī)律，稱為從動件運(yùn)動規(guī)律。2/5/202315編制：呂亞清1.等速運(yùn)動規(guī)律ConstantVelocityMotionCurve

(直線位移運(yùn)動規(guī)律、一次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律)Sdd0HVdd0adHwd0∞∞d0特點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡單、勻速進(jìn)給、amax最大。始點(diǎn)、末點(diǎn)有剛性沖擊。

二.從動件常用運(yùn)動規(guī)律2/5/202316編制：呂亞清2.等加速等減速運(yùn)動規(guī)律ConstantAccelerationandDeceleration

(拋物線位移運(yùn)動規(guī)律、二次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律)Sdd0HVdd0ad2Hwd0d04Hw2d0d0H特點(diǎn):amax最小→慣性力小。

起、中、末點(diǎn)有軟性(柔性）沖擊.Sd2/5/202317編制：呂亞清ad3.余弦加速度運(yùn)動規(guī)律CosineAcceleration

(簡諧SimpleHarmonic運(yùn)動位移運(yùn)動規(guī)律)d0H01234567812345678SdVd012345678d0pHw2d0012345678p2Hw22d020123456特點(diǎn):

加速度變化連續(xù)平緩.始、末點(diǎn)有軟性沖擊.01234

5678d0782/5/202318編制：呂亞清add0pHw2d02012467801234

567834.正弦加速度運(yùn)動規(guī)律

SineAccelerationVd2Hwd00123468d001234

5678557Hp特點(diǎn)：加速度變化連續(xù).amax最大.

(擺線投影位移運(yùn)動CycloidMotion規(guī)律)d012345678dH123456S7002/5/202319編制：呂亞清AAAAAAAAAAAAA解析法、作圖法相對運(yùn)動原理法:(也稱反轉(zhuǎn)法):principleofinversion

對整個(gè)系統(tǒng)施加-ω運(yùn)動此時(shí)，凸輪保持不動推桿作復(fù)合運(yùn)動=反轉(zhuǎn)運(yùn)動(-)+預(yù)期運(yùn)動(s)AAr0-r0§3－3圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓GraphicalSynthesisofthecamContour一、凸輪廓線設(shè)計(jì)的基本原理2/5/202320編制：呂亞清二、作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線作圖步驟：1根據(jù)從動件的運(yùn)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(yùn)動中依次占據(jù)的位置4據(jù)運(yùn)動規(guī)律，求出從動件在預(yù)期運(yùn)動中依次占據(jù)的位置5將兩種運(yùn)動復(fù)合，就求出了從動件尖端在復(fù)合運(yùn)動中依次占據(jù)的位置點(diǎn)6將各位置點(diǎn)聯(lián)接成光滑的曲線7在理論輪廓上再作出凸輪的實(shí)際輪廓1對心直動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)2對心直動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)3對心直動平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)4偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)5擺動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)6小結(jié)2/5/202321編制：呂亞清1對心直動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)

PlateCamwithin-lineTranslatingKnife-edgeFollower已知：r0，推桿運(yùn)動規(guī)律，凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動設(shè)計(jì)：凸輪廓線解：

1.定比例尺μl

2.初始位置及推桿位移曲線3.確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運(yùn)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(luò)線s0h2/5/202322編制：呂亞清2對心直動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知：r0，推桿運(yùn)動規(guī)律，滾子半徑rr,凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動設(shè)計(jì)：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(shí)際廓線實(shí)際廓線基圓rmin理論廓線基圓r03.確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運(yùn)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(luò)線s0h理論輪廓實(shí)際輪廓2/5/202323編制：呂亞清s0h3對心直動平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知：r0，推桿運(yùn)動規(guī)律，凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動設(shè)計(jì)：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(yùn)動占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運(yùn)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(luò)線了解實(shí)際輪廓2/5/202324編制：呂亞清s0h4偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知：r0，偏置圓半徑e，推桿運(yùn)動規(guī)律，凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動設(shè)計(jì)：凸輪廓線解：

1.定比例尺l

2.初始位置及推桿位移曲線偏距圓、基圓3.確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運(yùn)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(luò)線了解2/5/202325編制：呂亞清5擺動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)r0r0分析：-w2/5/202326編制：呂亞清擺動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已知：r0，機(jī)架長度，推桿運(yùn)動規(guī)律，凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動設(shè)計(jì)：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(yùn)動占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運(yùn)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(luò)線f210Ff21f22f23f24f25f26f27f28f29f210f211f2122/5/202327編制：呂亞清6小結(jié)應(yīng)用反轉(zhuǎn)法時(shí)應(yīng)注意：要能正確理解凸輪實(shí)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(yùn)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(yīng)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(yīng)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(diǎn)和與基圓交點(diǎn)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2/5/202328編制：呂亞清實(shí)際廓線曲率半徑：a理論廓線曲率半徑：滾子半徑：rr1內(nèi)凹凸輪廓線a=+rr理論廓線最小

結(jié)論：無論滾子半徑多大，總能由理論廓線得到實(shí)際廓線一、滾子半徑的選擇2外凸凸輪廓線a=-rr>rr，a>0，實(shí)際廓線平滑=rr，a=0，實(shí)際廓線變尖<rr，a<0，實(shí)際廓線出現(xiàn)交叉，切割，運(yùn)動失真a=-rr＝0arr理論實(shí)際aa=+rrrr>rrrra=-rr<0rr=rra=-rr>0<rr§3－4凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題2/5/202329編制：呂亞清結(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(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證amin=min-rr[a]=3~5mm2/5/202330編制：呂亞清1.壓力角a與驅(qū)動力Fa

a↑→F2

↑F1→效率η↓當(dāng)a大于一定值,將自鎖.一般,推程[a

]=30

(移動)35—45(擺動) 回程[a'

]=70—80

a'過大將造成滑脫QQ二.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角ｎｎｔｔνF2F1FF1＝Fｃｏｓα（有效分力）F2＝Fｓｉｎα（有害分力）2/5/202331編制：呂亞清2.壓力角與基圓半徑ss基圓r0越小

結(jié)構(gòu)緊湊

壓力角

效率原則max[]

基圓越大凸輪推程廓線越平緩壓力角越??；