第5章 凸輪機(jī)構(gòu)

第5章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)本章教學(xué)內(nèi)容《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義1、應(yīng)用與分類2、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律3、凸輪廓線曲線的設(shè)計(jì)4、凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定本章教學(xué)要求◆幾種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn)和應(yīng)用◆盤(pán)形凸輪廓線曲線的設(shè)計(jì)1、了解凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用與分類2、掌握凸輪廓線曲線的設(shè)計(jì)3、掌握凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定重點(diǎn)和難點(diǎn)：《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義§5-1概述

內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)一．凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義沖床凸輪機(jī)構(gòu)繞線機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義圓柱凸輪輸送機(jī)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義配鑰匙移動(dòng)凸輪、寫(xiě)R字機(jī)構(gòu)

凸輪機(jī)構(gòu)的組成

凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架。

凸輪機(jī)構(gòu)的適用場(chǎng)合廣泛用于各種機(jī)械，特別是自動(dòng)機(jī)械、自動(dòng)控制裝置和裝配生產(chǎn)線。凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠，可以使從動(dòng)件準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還易于實(shí)現(xiàn)多個(gè)運(yùn)動(dòng)的相互協(xié)調(diào)配合。

凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)凸輪輪廓與從動(dòng)件之間是高副接觸，易于磨損。《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義二．凸輪機(jī)構(gòu)的分類(一)按凸輪的形狀分

盤(pán)形凸輪移動(dòng)凸輪《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義圓柱凸輪(二)按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素的形狀分尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義平底從動(dòng)件(三)按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分?jǐn)[動(dòng)從動(dòng)件移動(dòng)從動(dòng)件《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義(四)按凸輪與從動(dòng)件維持高副接觸(封閉)的方式分力封閉型凸輪機(jī)構(gòu)形封閉型凸輪機(jī)構(gòu)力封閉型凸輪機(jī)構(gòu)彈簧力封閉重力封閉

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義形封閉型凸輪機(jī)構(gòu)凹槽凸輪機(jī)構(gòu)等寬凸輪機(jī)構(gòu)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義等徑凸輪機(jī)構(gòu)共軛凸輪機(jī)構(gòu)rb

三．凸輪機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)與運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)h

DD0B0B

sO360o基圓基圓半徑rb推程h推程角遠(yuǎn)休止遠(yuǎn)休止角s回程回程角近休止近休止角sB位移曲線《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義

從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)線圖

位移線圖—反映了從動(dòng)件的位移s隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。

速度線圖—反映了從動(dòng)件的速度v隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。

加速度線圖—反映了從動(dòng)件的加速度a隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。

結(jié)論凸輪輪廓曲線的形狀決定了從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。要使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)某種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就要設(shè)計(jì)出與其相應(yīng)的凸輪輪廓曲線。

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義

二、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由凸輪輪廓曲線形狀決定。從動(dòng)件不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，要求凸輪具有不同形狀的輪廓曲線。正確選擇和設(shè)計(jì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律—工程實(shí)際中經(jīng)常用到的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

運(yùn)動(dòng)線圖從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的表示方法

數(shù)學(xué)方程式

（位移方程s=f()）

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義位移從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律包含的內(nèi)容速度加速度§5-2從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

三、幾種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn)⑴等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程

速度曲線不連續(xù)，機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生剛性沖擊。等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于低速輕載場(chǎng)合。s2v2a2h位移線圖加速度線圖速度線圖《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義h2h2

⑵等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

加速度曲線不連續(xù)，機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生柔性沖擊。等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中速輕載場(chǎng)合。a2s2v2推程后半程前半程《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義位移曲線畫(huà)法

⑶余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律s2a2v2推程

加速度曲線不連續(xù)，存在柔性沖擊。余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中速中載場(chǎng)合。h《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義位移曲線畫(huà)法

⑷正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律

速度曲線和加速度曲線連續(xù)，無(wú)剛性沖擊和柔性沖擊。正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于高速輕載場(chǎng)合。sa2v2h推程《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義§5-2

盤(pán)形凸輪輪廓設(shè)計(jì)

一、凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理

作圖法凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)方法解析法

基本原理反轉(zhuǎn)法原理《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義rbOs13578

60o120o90o90o60o120o1290oA90o91113151357

891113121410二、

用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線

1.

對(duì)心尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì)

已知凸輪的基圓半徑rb，凸輪角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。

①選比例尺l，作位移曲線和基圓rb。

②

等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動(dòng)角，確定反轉(zhuǎn)后對(duì)應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動(dòng)件的位置。345

67

818765432101191213141413121110915

③

確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖頂在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置。

設(shè)計(jì)步驟④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。運(yùn)動(dòng)規(guī)律反轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)rbOA

2.

對(duì)心滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì)

已知凸輪的基圓半徑rb，滾子半徑rr、凸輪角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。

①選比例尺l，作位移曲線和基圓rb。

②等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動(dòng)角，確定反轉(zhuǎn)后對(duì)應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動(dòng)件的位置。理論輪廓曲線實(shí)際輪廓曲線s13578

60o120o90o90o91113151357

89111312141060o120o1290o90o345

67

818765432101191213141413121110915

③確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件滾子中心在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置。④將各點(diǎn)連接成一條光滑曲線。⑤作滾子圓族及滾子圓族的內(nèi)(外)包絡(luò)線。

設(shè)計(jì)步驟eA3.偏置尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì)

已知凸輪的基圓半徑rb，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及偏心距e，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。

①選比例尺l，作位移曲線、基圓rb和偏距圓e。

②

等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動(dòng)角，確定反轉(zhuǎn)后對(duì)應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動(dòng)件的位置。O6123457814131211109s13578

60o120o90o90o91113151357

891113121410

③

確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖頂在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置。④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。

設(shè)計(jì)步驟k1k2k3k5k4k6k7k812345678k9k10k11k12k13k14k159101112131415思考題：偏置滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪的設(shè)計(jì)方法運(yùn)動(dòng)規(guī)律反轉(zhuǎn)

設(shè)計(jì)

§5-4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定

設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)要保證從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還應(yīng)考慮凸輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)受力狀況良好、結(jié)構(gòu)緊湊。這些要求與凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角、基圓半徑、滾子半徑等有關(guān)。

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義一、壓力角的確定

壓力角—不計(jì)摩擦?xí)r，凸輪對(duì)從動(dòng)件作用力方向線nn與從動(dòng)件上力作用點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳角。

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義

F

不變時(shí)，壓力角增大，有效分力F'越小，有害分力F"越大，凸輪工作的性能越差。當(dāng)壓力角增大到使F"引起的摩擦阻力超過(guò)F'，機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。

凸輪機(jī)構(gòu)能正常工作的重要條件max

[]最大壓力角出現(xiàn)在凸輪輪廓曲率半徑最小的部位

推程移動(dòng)從動(dòng)件[]30o40o；擺動(dòng)從動(dòng)件[]

40o45o

。

回程

[]70o80o。

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義CnnOBes0sDrbdsd二、基圓半徑的確定

限制基圓半徑的條件⑴凸輪機(jī)構(gòu)的整體尺寸⑵最大壓力角max許用壓力角[]

；⑶凸輪輪廓曲線的最小曲率半徑min0。

選擇原則：在滿足壓力角max

[]

的前提下盡可能選擇小的基圓半徑，以使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊。vvP

三、滾子半徑的確定rrarr0結(jié)論

對(duì)于外凸輪廓，要保證凸輪正常工作，應(yīng)使min

rr。

輪廓失真arr

rrarr

0輪廓正常輪廓變尖內(nèi)凹輪廓a

rrrrarr輪廓正常外凸輪廓a理論輪廓曲線

實(shí)際輪廓曲線

rrrrrr

小結(jié)在進(jìn)行凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)之前，需要先確定基圓半徑rb。在確定rb時(shí)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)條件、壓力角、工作輪廓是否失真等因素。對(duì)于滾子凸輪機(jī)構(gòu)要注意滾子的直徑。此外，還應(yīng)注意滿足強(qiáng)度和工藝性要求?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義作業(yè)P765.55.6

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義題5.5解：《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義題5.6解：比例尺：l=1:1；《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義單項(xiàng)選擇題（從給出的A、B、C、D中選一個(gè)答案）1.與連桿機(jī)構(gòu)相比，凸輪機(jī)構(gòu)最大的缺點(diǎn)是（）。A．慣性力難以平衡B．點(diǎn)、線接觸，易磨損C．設(shè)計(jì)較為復(fù)雜D．不能實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)2.與其他機(jī)構(gòu)相比，凸輪機(jī)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是（）。A．可實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律B．便于潤(rùn)滑C．制造方便，易獲得較高的精度D．從動(dòng)件的行程可較大3.下述幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律中，（）既不會(huì)產(chǎn)生柔性沖擊也不會(huì)產(chǎn)生剛性沖擊，可用于高速場(chǎng)合。

A．等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律B．?dāng)[線運(yùn)動(dòng)規(guī)律（正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律）

C．等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律D．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律（余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律4.對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的推程壓力角超過(guò)許用值時(shí)，可采用（）措施來(lái)解決。

A．增大基圓半徑B．改用滾子推桿

C．改變凸輪轉(zhuǎn)向D．改為偏置直動(dòng)尖頂推桿《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義習(xí)題《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》講義5．（）對(duì)于較復(fù)雜的凸輪輪廓曲線，也能準(zhǔn)確地獲得所需要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

A尖頂式從動(dòng)桿 B.滾子式從動(dòng)桿 C.平底式從動(dòng)桿6．（）的摩擦阻力較小，傳力能力大。

A尖頂式從動(dòng)桿B.滾子式從動(dòng)桿C平底式從動(dòng)桿7.（）的磨損較小，適用于沒(méi)有內(nèi)凹槽凸輪輪廓曲線的高速凸輪機(jī)構(gòu)

A、尖頂式從動(dòng)桿 B.滾子式從動(dòng)桿 C.平底式從動(dòng)桿