凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)第一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類(lèi)4.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.特點(diǎn)凸輪機(jī)構(gòu)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊的機(jī)構(gòu)，具有很少的活動(dòng)構(gòu)件，占據(jù)空間小最大優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于任意要求的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，都可以毫無(wú)困難地設(shè)計(jì)出凸輪廓線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：由于是高副接觸，易磨損。因此，多用于傳力不大的場(chǎng)合。第二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.應(yīng)用●實(shí)現(xiàn)無(wú)特定運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求的工作行程●實(shí)現(xiàn)有特定運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求的工作行程●實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性有特殊要求的工作行程●實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律雙凸輪組合寫(xiě)R字機(jī)圓柱凸輪輸送機(jī)凸輪繞線(xiàn)機(jī)第三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)1.按凸輪的形狀分盤(pán)形凸輪移動(dòng)凸輪圓柱凸輪第四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.按從動(dòng)件的型式分尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件

第五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二3.按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)分?jǐn)[動(dòng)從動(dòng)件移動(dòng)從動(dòng)件偏置移動(dòng)從動(dòng)件對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件第六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.按凸輪與從動(dòng)件維持接觸（鎖合）的方式分力鎖合形鎖合溝槽凸輪等寬凸輪等徑凸輪第七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二DrbeABCsCDh行程推程運(yùn)動(dòng)角遠(yuǎn)休止角回程運(yùn)動(dòng)角近休止角Bos4.2從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪的基圓該位置為初始位置4.2.1基本概念偏距圓1.直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)第八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二推程運(yùn)動(dòng)角凸輪的基圓遠(yuǎn)休止角回程運(yùn)動(dòng)角近休止角行程對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)第九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二O1O22.擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)AB1B推程運(yùn)動(dòng)角CD遠(yuǎn)休止角回程運(yùn)動(dòng)角近休止角oB最大擺角擺角第十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一般表示主動(dòng)件凸輪一般作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（角速度為），從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)方程式為位移速度加速度類(lèi)速度類(lèi)加速度4.2.2運(yùn)動(dòng)規(guī)律第十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律其位移方程的一般形式為:式中，ω為凸輪的轉(zhuǎn)角（rad)；c0，c1，c2，….cn為n+1個(gè)待定系數(shù)。第十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二OS（1）等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程的運(yùn)動(dòng)方程：hvOvOa從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)起始位置和終止兩瞬時(shí)的加速度在理論上由零值突變?yōu)闊o(wú)窮大，慣性力也為無(wú)窮大。由此的沖擊稱(chēng)為剛性沖擊。適用于低速場(chǎng)合。其推程的邊界條件為：第十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二0amax-amaxa（2）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程等加速運(yùn)動(dòng)的邊界條件為：推程等加速運(yùn)動(dòng)的方程式為：149410h1423560s0vvmax第十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二在運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程的始末點(diǎn)和前后半程的交接處，加速度雖為有限值，但加速度對(duì)時(shí)間的變化率理論上為無(wú)窮大。由此引起的沖擊稱(chēng)為柔性沖擊。（3）n≥3的高次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律適當(dāng)增加多項(xiàng)式的冪次，就有可能獲得性能良好的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但冪次越高，要求的加工精度也愈高。適用于中、低速場(chǎng)合。0amax-amaxa第十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二vmaxa123456amax-amaxv1234562.三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律（1）余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律1'2'3'4'5'6'0s123456h該運(yùn)動(dòng)規(guī)律在推程的開(kāi)始和終止瞬時(shí)，從動(dòng)件的加速度仍有突變，故存在柔性沖擊。因此適用于中、低速場(chǎng)合。，s推程階段運(yùn)動(dòng)方程：第十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二12345678sohs''s'S=S''-S'2'1'3'4'6'h/25'7's（2）正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程階段的正弦加速度方程為：12345678ovvmax12345678oaamax-amax這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度及加速度曲線(xiàn)都是連續(xù)的，沒(méi)有任何突變，因而既沒(méi)有剛性沖擊、又沒(méi)有柔性沖擊，可適用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。第十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二3.組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合時(shí)應(yīng)遵循以下原則：（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(xiàn)在銜接處相切，以保證速度曲線(xiàn)的連續(xù)。即要求在銜接處的位移和速度應(yīng)分別相等。（2）對(duì)于中、高速運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，要求從動(dòng)件的速度曲線(xiàn)在銜接處相切，以保證加速度曲線(xiàn)連續(xù)，即要求在銜接處的位移、速度和加速度應(yīng)分別相等。為了獲得更好的運(yùn)動(dòng)特性，還可以將以上各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合起來(lái)加以應(yīng)用。在選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，除了要考慮剛性沖擊和柔性沖擊以外，還要對(duì)各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律所具有的最大速度vmax和最大加速度amax及其影響加以比較。第十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二a0修正梯形組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律a12345678oamax=(h2/2)×4.00amax=(h2/2)×6.28等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律a=10.1250.50.875修正梯形組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律amax=(h2/2)×4.888第十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.3凸輪輪廓曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)（圖解法）已知從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸及轉(zhuǎn)向，求凸輪輪廓曲線(xiàn)上點(diǎn)的坐標(biāo)值或作出凸輪的輪廓曲線(xiàn)。1.設(shè)計(jì)思路4.3.1設(shè)計(jì)原理第二十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二r0esB0BosB1S-S-2.反轉(zhuǎn)法原理第二十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）對(duì)心機(jī)構(gòu)4.3.2直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)211.尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)sO180o120o60o12345678910-180o120oB0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10C1C8C9C6C5C7C3C4C2C10C0第二十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二r0O（2）偏置機(jī)構(gòu)-c1c2c3c4c5c6c7c0e180oB1B3B4B2B5B8B6c10c8c9B7120oB9B1060oB0oS180o120o60o12345678910h第二十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二輪廓曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)步驟：（1）將滾子中心作為尖頂從動(dòng)件的尖頂求出理論輪廓；（2）再求滾子從動(dòng)件凸輪的工作輪廓曲線(xiàn)即實(shí)際輪廓曲線(xiàn)。注意：（1）理論輪廓與實(shí)際輪廓互為等距曲線(xiàn)；（2）凸輪的基圓半徑是指理論輪廓曲線(xiàn)的最小向徑。2.滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪第二十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二213.平底移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)-180o120o第二十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.3.3擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)第二十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二O180o120o60oo12345678910A1A2A3A5A6A7A8A9A10A400000000000rbC0L180°60°120°C1C2C3C4C5C6C7C8C9C101B12B23B3B4B5B6B7B8B9B10RA0a-尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)平底和滾子擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)可參照直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。第二十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二21R4.3.4圓柱凸輪輪廓曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)圓柱凸輪可以展成平面移動(dòng)凸輪B-RB0xy02Rnnrrv1v21v2第二十八頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.4平面凸輪輪廓曲線(xiàn)的設(shè)計(jì)（解析法）4.4.1理論基礎(chǔ)動(dòng)系x’oy’相對(duì)于靜系xoy轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)點(diǎn)A固定在動(dòng)系上，隨動(dòng)系相對(duì)靜系轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)過(guò)θ角后，動(dòng)點(diǎn)A在靜系中的坐標(biāo)為（x1，y1），在動(dòng)系中坐標(biāo)為（x2，y2）。顯然，若動(dòng)系未轉(zhuǎn)，動(dòng)點(diǎn)A在靜系中的坐標(biāo)為（x2，y2）。由圖知，A點(diǎn)在靜坐標(biāo)系中運(yùn)動(dòng)時(shí)，其位置坐標(biāo)關(guān)系為：用解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線(xiàn)時(shí)，靜系固定在機(jī)架上，動(dòng)系固定在凸輪上。第二十九頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.4.2直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)η=1；凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)η=-1。從動(dòng)件導(dǎo)路偏于y軸正側(cè)時(shí)δ=1；偏于y軸負(fù)側(cè)時(shí)δ=-1。第三十頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.4.3擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)第三十一頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定4.5.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與自鎖設(shè)計(jì)基本尺寸時(shí)務(wù)必使max[]許用壓力角的推薦值：工作行程移動(dòng)從動(dòng)件，[]=30o~38o擺動(dòng)從動(dòng)件，[]=40o~45o非工作行程：可在70o~80o之間選取壓力角α：從動(dòng)件所受凸輪對(duì)其的驅(qū)動(dòng)力F與從動(dòng)件上與凸輪的接觸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度V2之間所夾的角。第三十二頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.直動(dòng)移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)

當(dāng)ηδ=1，稱(chēng)為正偏置，當(dāng)ηδ=-1，為負(fù)偏置。

從動(dòng)件偏置的目的是減少推程壓力角。設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)采用正偏置，以減少推程壓力角?；鶊A半徑的確定：在max[]前提下，盡可能取小的基圓半徑。正偏置負(fù)偏置第三十三頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)Ｐ為凸輪與從動(dòng)件的速度瞬心第三十四頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.5.2滾子半徑的確定1.理論曲線(xiàn)內(nèi)凹時(shí)實(shí)際輪廓為光滑曲線(xiàn)

2.理論曲線(xiàn)外凸時(shí)顯然，要保證實(shí)際輪廓為光滑曲線(xiàn)，滾子半徑的大小應(yīng)受到理論廓線(xiàn)的最小曲率半徑的制約。第三十五頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）理論廓線(xiàn)的最小曲率半徑大于滾子半徑時(shí)′min’minrT實(shí)際輪廓為光滑曲線(xiàn)

（2）理論廓線(xiàn)的最小曲率半徑等于滾子半徑時(shí)實(shí)際輪廓出現(xiàn)尖點(diǎn)

第三十六頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二minrr為避免運(yùn)動(dòng)失真，建議：（3）理論廓線(xiàn)的最小曲率半徑小于滾子半徑時(shí)實(shí)際輪廓相交而造成從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)失真第三十七頁(yè)，共四十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.5.3平底移動(dòng)從動(dòng)件凸輪