南京理工大學(xué)機(jī)械原理課件 第四章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

第四章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

§4-1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類

①盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)——平面凸輪機(jī)構(gòu)②移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)——平面凸輪機(jī)構(gòu)③圓柱凸輪機(jī)構(gòu)——空間凸輪機(jī)構(gòu)一、應(yīng)用：二、組成：凸輪——一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通過(guò)高副接觸從動(dòng)件：平動(dòng)，擺動(dòng)機(jī)架三、分類：1、按凸輪的形狀：當(dāng)從動(dòng)件的位移、速度、加速度必須嚴(yán)格按照預(yù)定規(guī)律變化時(shí)，常用凸輪機(jī)構(gòu)。五、要求2、按從動(dòng)件的型式：①尖底從動(dòng)件：用于低速；②滾子從動(dòng)件：應(yīng)用最普遍；③平底從動(dòng)件：用于高速。3、按鎖合的方式：力鎖合（重力、彈簧力）、幾何鎖合四、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1、能夠?qū)崿F(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；2、設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：1、承載能力低，主要用于控制機(jī)構(gòu)；2、凸輪輪廓加工困難。1、分析從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2、按照運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓§4-2常用從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

2、偏距e：偏距圓一、幾個(gè)概念尖底偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)1、基圓：凸輪輪廓上最小矢徑為半徑的圓推程運(yùn)動(dòng)角：φ=BOB′=∠AOB1運(yùn)休止角：φS=∠BOC=∠B1OC1回程運(yùn)動(dòng)角：φ′=∠C1OD近休止角：φS′=∠AOD從動(dòng)件位移線圖：從動(dòng)件速度線圖，加速度線圖二、分析從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)行程：h(最大位移)上升——?！怠Ｈ?、常用從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律剛性沖擊：由于加速度發(fā)生無(wú)窮大突度而引起的沖擊稱為剛性沖擊。1、勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（推程段）2、等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律柔性沖擊：加速度發(fā)生有限值的突變

（適用于中速場(chǎng)合）

3、加速度按余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化運(yùn)動(dòng)特征：若為零，無(wú)沖擊，若不為零，有沖擊

4、加速度按正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化（了解）

運(yùn)動(dòng)特征：沒(méi)有沖擊

5、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律為了獲得更好的運(yùn)動(dòng)特征，可以把上述幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合起來(lái)應(yīng)用，組合時(shí)，兩條曲線在拼接處必須保持連續(xù)。設(shè)計(jì)方法：作圖法，解析法已知轉(zhuǎn)向。作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓一、直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)法

§4-3凸輪輪廓的設(shè)計(jì)1、尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計(jì)：已知轉(zhuǎn)向（3）在理論輪廓上畫(huà)出一系列滾子，畫(huà)出滾子的內(nèi)包絡(luò)線——實(shí)際輪廓曲線。設(shè)計(jì)滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，凸輪的基圓半徑是指理論輪廓曲線的基圓半徑。2、滾子從動(dòng)件（1）去掉滾子，以滾子中心為尖底。（2）按照上述方法作出輪廓曲線——理論輪廓曲線（3）過(guò)B1、B2…點(diǎn)作出一系列平底，得到一直線族。作出直線族的包絡(luò)線，便得到凸輪實(shí)際輪廓曲線。3、平底從動(dòng)件（1）取平底與導(dǎo)路的交點(diǎn)B0為參考點(diǎn)（2）把B0看作尖底，運(yùn)用上述方法找到B1、B2…二、擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)已知：ω轉(zhuǎn)向，r0，a，l，ψmax，φ-ψ§4—4用解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線

一、滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪

1．理論輪廓曲線方程

（1）直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)

圖示偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。求凸輪理論廓線的方程，反轉(zhuǎn)法給整個(gè)機(jī)構(gòu)一個(gè)繞凸輪軸心O的公共角速度-ω，這時(shí)凸輪將固定不動(dòng)，而從動(dòng)件將沿-ω方向轉(zhuǎn)過(guò)角度ψ，滾子中心將位于B點(diǎn)。B點(diǎn)的坐標(biāo)，亦即理論廓線的方程為：

ra為理論廓線的基圓半徑

式1對(duì)于對(duì)心從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，因e=0，所以s0=ra

（2）擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)

擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。仍用反轉(zhuǎn)法使凸輪固定不動(dòng)，而從動(dòng)件沿-ω方向轉(zhuǎn)過(guò)角度，滾子中心將位于B點(diǎn)。B點(diǎn)的坐標(biāo)，亦即理論廓線的方程為：

ψ0為從動(dòng)件的起始位置與軸心連線OA0之間的夾角。

式2式3在設(shè)計(jì)凸輪廓線時(shí)，通常e、r0、rT、a、l等是已知的尺寸，而s和ψ是的函數(shù)，它們分別由已選定的位移方程s=s(ψ)和角位移方程ψ=ψ（ψ）確定。

2．實(shí)際廓線方程

滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪的實(shí)際廓線是圓心在理論廓線上的一族滾子圓的包絡(luò)線。由微分幾何可知，包絡(luò)線的方程為：

式中x1、y1為凸輪實(shí)際廓線上點(diǎn)的直角坐標(biāo)。

對(duì)于滾子從動(dòng)件凸輪，由于產(chǎn)生包絡(luò)線（即實(shí)際廓線）的曲線族是一族滾子圓，其圓心在理論廓線上，圓心的坐標(biāo)由式1~3確定，所以由式4有：

式4聯(lián)立求解x1和y1，即得滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪的實(shí)際廓線參數(shù)方程：

上面的一組加減號(hào)表示一根外包絡(luò)廓線，下面的一組加減號(hào)表示另一根內(nèi)包絡(luò)廓線。

§4-5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定擺動(dòng)從動(dòng)件：[α]=40°~50°直動(dòng)從動(dòng)件：[α]=30°~38°一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和自鎖壓力角：接觸點(diǎn)法線與從動(dòng)件上作用點(diǎn)速度方向所夾的銳角。自鎖極限壓力角→l2，l1，f，潤(rùn)滑二、按許用壓力角確定凸輪回轉(zhuǎn)中心位置和基圓半徑η——轉(zhuǎn)向系數(shù)δ——從動(dòng)件偏置方向系數(shù)由式可知：r0↓α