機械基礎(chǔ)3凸輪課件

第3章凸輪機構(gòu)3-1

凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類3-2

推桿的運動規(guī)律3-3

凸輪輪廓曲線的設(shè)計3-4

凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定基本要求:了解凸輪機構(gòu)的類型及特點掌握從動件常用運動規(guī)律的特點掌握凸輪機構(gòu)基本尺寸確定的原則熟練掌握反轉(zhuǎn)法原理并進行凸輪機構(gòu)設(shè)計機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)第3章凸輪機構(gòu)3-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類基本要求:機械設(shè)13-1

凸輪機構(gòu)的組成及分類一、組成二、特點三、分類四、應(yīng)用機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)3-1凸輪機構(gòu)的組成及分類一、組成機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)2一、組成動畫１、動畫2由三個構(gòu)件組成的一種高副機構(gòu)凸輪cam：具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件推桿/從動件follower，運動規(guī)律由凸輪廓線和運動尺寸決定機架frame推桿凸輪機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)一、組成動畫１、動畫2推桿凸輪機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)3二、特點優(yōu)點：實現(xiàn)各種復(fù)雜的運動要求結(jié)構(gòu)簡單、緊湊設(shè)計方便缺點：點、線接觸，易磨損，不適合高速、重載推桿凸輪機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)二、特點優(yōu)點：推桿凸輪機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)4三、分類1按凸輪的形狀分2按從動件的形狀分3按從動件的運動形式分4按從動件的布置形式分5小結(jié)推桿凸輪機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)三、分類1按凸輪的形狀分推桿凸輪機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)51按凸輪的形狀分盤形凸輪,實例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,實例凸輪呈板型,直線移動圓柱凸輪,實例空間凸輪機構(gòu)凸輪輪廓做在圓柱體上空間運動推桿凸輪凸輪推桿推桿凸輪機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)1按凸輪的形狀分盤形凸輪,實例圓柱凸輪,實例推桿凸輪凸62按從動件的形狀分尖頂推桿

尖頂始終能夠與凸輪輪廓保持接觸，可實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律易磨損，只宜用于輕載、低速滾子推桿耐磨、承載大，較常用平底推桿接觸面易形成油膜，利于潤滑，常用于高速運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機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)2按從動件的形狀分尖頂推桿平底推桿尖頂推桿滾子推桿平底73按從動件的運動形式分直動推桿往復(fù)移動軌跡為直線擺動推桿往復(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機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)3按從動件的運動形式分直動推桿擺動推桿尖頂推桿滾子推桿平底84按從動件的布置形式分對心直動推桿偏置直動推桿尖頂推桿滾子推桿機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)4按從動件的布置形式分對心直動推桿偏置直動推桿尖頂推桿滾子95

小結(jié)一般凸輪機構(gòu)的命名原則:布置形式+運動形式+推桿形狀+凸輪形狀對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)擺動平底推桿盤形凸輪機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)5小結(jié)一般凸輪機構(gòu)的命名原則:對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)10四、應(yīng)用1實現(xiàn)無特定運動規(guī)律要求的工作行程例：車床床頭箱中利用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)變速操縱2實現(xiàn)無特定運動規(guī)律要求的工作行程例：自動機床中利用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)進刀、退刀3實現(xiàn)對運動和動力特性有特殊要求的工作行程例：船用柴油機中利用凸輪機構(gòu)控制閥門的啟閉4實現(xiàn)復(fù)雜的運動軌跡例：印刷機中利用凸輪機構(gòu)適當組合實現(xiàn)吸紙吸頭的復(fù)雜運動軌跡機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)四、應(yīng)用1實現(xiàn)無特定運動規(guī)律要求的工作行程機械設(shè)計基礎(chǔ)——113-2

推桿的運動規(guī)律一、凸輪機構(gòu)的運動過程二、推桿常用運動規(guī)律三、選擇運動規(guī)律應(yīng)注意的問題機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)3-2推桿的運動規(guī)律一、凸輪機構(gòu)的運動過程機械設(shè)計基礎(chǔ)——12A一、凸輪機構(gòu)的運動過程從動件的運動規(guī)律是指從動件的位移、速度、加速度等隨時間t或凸輪轉(zhuǎn)角j變化的規(guī)律基圓(以凸輪輪廓最小向徑所組成的圓)，基圓半徑r0推程，推程運動角

0遠休止，遠休止角

01

回程，回程運動角

0’近休止，近休止角

02

行程（升程），h運動線圖:

從動件的位移、速度、加速度等隨時間t或凸輪轉(zhuǎn)角j變化關(guān)系圖

0

01

0’

02r0

0推程

01遠休止

0’回程

02近休止t

s0BCD

hA’機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)A一、凸輪機構(gòu)的運動過程從動件的運動規(guī)律是指從動件的位移、速13二、推桿常用運動規(guī)律1等速運動2等加速等減速運動3擺線運動注意：為便于理解各種運動規(guī)律特性,本章將運動規(guī)律單獨應(yīng)用于推程或回程機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)二、推桿常用運動規(guī)律1等速運動注意：機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機141等速運動——一次多項式運動規(guī)律推程(0

0)運動方程：位移方程：速度方程：加速度方程：運動線圖沖擊特性：始點、末點剛性沖擊適用場合：低速輕載hs

0

0v

0a

0-

Displacement

VelocityAcceleration

+

機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)1等速運動——一次多項式運動規(guī)律推程(00)運動線15等速運動（續(xù)）回程(0

’0)運動方程：位移方程：速度方程：加速度方程：運動線圖沖擊特性：始點、末點剛性沖擊適用場合：低速輕載s

0v

0a

0

0’-

++

-

0hDisplacement

VelocityAcceleration

機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)等速運動（續(xù)）回程(0’0)運動線圖s0v0a162等加速等減速運動—二次多項式運動規(guī)律推程運動方程:運動線圖沖擊特性：起、中、末點柔性沖擊適用場合：低速輕載s

0

0v

0a

0h/2h/2

0/2

0/2h(0

0/2)(

0/20)加速段減速段位移方程速度方程加速度方程機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)2等加速等減速運動—二次多項式運動規(guī)律推程運動線圖s0173擺線運動——正弦加速度運動推程運動方程：運動線圖沖擊特性：無沖擊適用場合：高速輕載advd

0

0012345678sdhA2ph

0

機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)3擺線運動——正弦加速度運動推程運動線圖advd0018三、選擇運動規(guī)律應(yīng)注意的問題實際使用時,推程或回程的運動規(guī)律可采用單一運動規(guī)律,也可以將幾種運動規(guī)律復(fù)合使用1.當機械的工作過程只要求推桿實現(xiàn)一定的工作行程，而對運動規(guī)律無特殊要求時，主要考慮動力特性和便于加工低速輕載時，便于加工優(yōu)先；速度較高時，動力特性優(yōu)先。2.當機械的工作過程對推桿運動規(guī)律有特殊要求時：轉(zhuǎn)速較低時，首先滿足運動規(guī)律，其次再考慮動力特性和加工轉(zhuǎn)速較高時，兼顧運動規(guī)律和動力特性，采用組合運動機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)三、選擇運動規(guī)律應(yīng)注意的問題實際使用時,推程或回程的運動規(guī)193-3凸輪輪廓曲線的設(shè)計一、凸輪廓線設(shè)計的基本原理二、作圖法設(shè)計凸輪廓線機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)3-3凸輪輪廓曲線的設(shè)計一、凸輪廓線設(shè)計的基本原理機械設(shè)計20AAAAAAAAAAAAA一、凸輪廓線設(shè)計的基本原理解析法、作圖法相對運動原理法:(也稱反轉(zhuǎn)法):對整個系統(tǒng)施加-w運動此時，凸輪保持不動推桿作復(fù)合運動=反轉(zhuǎn)運動(-

)+預(yù)期運動(s)AAr0

-

r0機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)AAAAAAAAAAAAA一、凸輪廓線設(shè)計的基本原理解析法、21二、作圖法設(shè)計凸輪廓線作圖步驟：1

根據(jù)從動件的運動規(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)運動中依次占據(jù)的位置4據(jù)運動規(guī)律，求出從動件在預(yù)期運動中依次占據(jù)的位置5將兩種運動復(fù)合，就求出了從動件尖端在復(fù)合運動中依次占據(jù)的位置點6將各位置點聯(lián)接成光滑的曲線7在理論輪廓上再作出凸輪的實際輪廓1

對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)2

對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)3

對心直動平底推桿盤形凸輪機構(gòu)4

偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)5

擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)6小結(jié)機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)二、作圖法設(shè)計凸輪廓線作圖步驟：1對心直動尖頂推桿盤形凸輪221

對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)已知：r0，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動設(shè)計：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)運動占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運動占據(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s

0h機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)1對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)已知：r0，推桿運動規(guī)律，凸232對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)已知：r0，推桿運動規(guī)律，滾子半徑rr,凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動設(shè)計：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／實際廓線實際廓線基圓rmin理論廓線基圓r03.確定推桿反轉(zhuǎn)運動占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運動占據(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s

0h理論輪廓實際輪廓機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)2對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)已知：r0，推桿運動規(guī)律，滾24s

0h3

對心直動平底推桿盤形凸輪機構(gòu)已知：r0，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動設(shè)計：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)運動占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運動占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡(luò)線機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)了解實際輪廓s0h3對心直動平底推桿盤形凸輪機構(gòu)已知：r0，推桿運動25s

0h4

偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)已知：r0，偏置圓半徑e，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動設(shè)計：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)運動占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運動占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡(luò)線機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)了解s0h4偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)已知：r0，偏置圓半265

擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)r0

r0

分析：-w機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)5擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)r0r0分析：-w機械設(shè)計基礎(chǔ)—27擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計已知：r0，機架長度，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動設(shè)計：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)運動占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運動占據(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f2

10F

f21f22f23f24f25f26f27f28f29f210f211f212機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計已知：r0，機架長度，推桿運動規(guī)律，286

小結(jié)應(yīng)用反轉(zhuǎn)法時應(yīng)注意：要能正確理解凸輪實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和與基圓交點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機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)6小結(jié)應(yīng)用反轉(zhuǎn)法時應(yīng)注意：機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)293-4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定一、滾子半徑的選擇二、基圓半徑的確定機械設(shè)計基礎(chǔ)——凸輪機構(gòu)3-4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定一、滾子半徑的選擇機械設(shè)計基礎(chǔ)30實際廓線曲率半徑：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際廓線一、滾子半徑的選擇2外凸凸輪廓線

a=-rr

>rr，a>0，實際廓線平滑

=rr，a=0，實際廓線變尖

<rr，a<0，實際廓線出現(xiàn)交叉，切割，運動失真

a=-rr＝0

arr理論實際

a

a=+rrrr

>rrrr

a=-rr<0rr

=rr