第三章 凸輪機(jī)構(gòu)

第三章凸輪機(jī)構(gòu)主要內(nèi)容第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類第二節(jié)從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律第三節(jié)圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓第四節(jié)解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓介紹第五節(jié)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)該注意的問題編輯課件

3.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類3.1.1凸輪的應(yīng)用當(dāng)具有一定曲線輪廓的凸輪1以等角速度回轉(zhuǎn)時(shí)，它的輪廓迫使從動(dòng)件2〔閥桿〕按內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)的要求啟閉閥門。

圖1內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)12編輯課件

圖2繞線機(jī)構(gòu)

繞線機(jī)構(gòu)中用于排線的凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)繞線周3快速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)齒輪帶動(dòng)凸輪1緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)，通過凸輪輪廓與尖頂A之間的作用，驅(qū)動(dòng)從動(dòng)檢2往復(fù)擺動(dòng)，從而使線均勻地纏繞在繞線軸上。編輯課件

當(dāng)帶有凹槽的凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過槽中的滾子，驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件2做往復(fù)移動(dòng)。凸輪每轉(zhuǎn)一周，從動(dòng)件即從儲(chǔ)料器中推出一個(gè)工件，送到加工位置。圖3送料機(jī)構(gòu)編輯課件

凸輪一般作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪和從動(dòng)件的接觸可以靠彈簧力、重力或凹槽來實(shí)現(xiàn)，從動(dòng)件可作連續(xù)或間歇的往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)。

圖4自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)編輯課件1233.1.2組成:1、凸輪:

具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件,是主動(dòng)件,通常等速轉(zhuǎn)動(dòng)。2、從動(dòng)件:

由凸輪控制按其運(yùn)動(dòng)規(guī)律作移動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。3、機(jī)架:支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件。凸輪一般作連續(xù)等速運(yùn)動(dòng)，凸輪和從動(dòng)件的接觸可以靠彈簧力、重力或凹槽來實(shí)現(xiàn)，從動(dòng)件可作連續(xù)運(yùn)動(dòng)或間歇的往復(fù)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)。編輯課件3.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類一、凸輪機(jī)構(gòu)可根據(jù)凸輪的形狀和從動(dòng)件的型式分類〔1〕按凸輪的形狀分它是凸輪的最根本型式。這種凸輪是一個(gè)繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)并且具有變化半徑的盤形零件。當(dāng)盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠(yuǎn)時(shí)，凸輪相對(duì)機(jī)架作直線運(yùn)動(dòng)，這種凸輪稱為移動(dòng)凸輪。將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體即成為圓柱凸輪。編輯課件〔2〕按從動(dòng)件的型式分如左上圖，尖頂能與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，因而能實(shí)現(xiàn)任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但因?yàn)榧忭斈p快，所以只宜用于受力不大的低速凸輪機(jī)構(gòu)中。

如左以下圖所示，這種從動(dòng)件與凸輪輪廓外表接觸的端面為一平面，所以它不能與凹陷的凸輪輪廓相接觸。其優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)不考慮摩擦是，凸輪與從動(dòng)件之間的作用力始終與從動(dòng)件的平底相垂直，傳動(dòng)效率較高，且接觸面易于形成油膜，利于潤滑，故常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。1、尖頂凸輪2、平底凸輪編輯課件如左圖所示。在從動(dòng)件的尖頂處安裝一個(gè)滾子，可以克服尖頂從動(dòng)件易磨損的缺點(diǎn)，此就是滾子從動(dòng)件。滾子從動(dòng)件耐磨損，可以承受較大載荷，是最常用的一種從動(dòng)件型式。

3、磙子凸輪編輯課件

3.1.3凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)

1、凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：

〔2〕結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。2、凸輪的缺點(diǎn)是：〔1〕凸輪輪廓與從動(dòng)件之間為點(diǎn)接觸或線接觸，易于磨損，所以通常多用于傳力不大的場合；〔2〕與圓柱面和平面相比，凸輪輪廓的加工要困難得多；〔3〕為使凸輪機(jī)構(gòu)不致過于笨重，從動(dòng)件的行程不能過大?！?〕只需設(shè)計(jì)出適宜的凸輪輪廓，就可使從動(dòng)件獲得所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；編輯課件rmin3.2.1凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程與根本參數(shù)hδs’

δs’δsδSδtδt

1δhδhDD0B0B

sOδ1,t360o基圓基圓半徑rmin推程推程運(yùn)動(dòng)角δt行程

h遠(yuǎn)休止程遠(yuǎn)休止角δs回程回程運(yùn)動(dòng)角δh近休止程近休止角δs’B

位移曲線

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。3.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律編輯課件3.2.2從動(dòng)件常見的運(yùn)動(dòng)形式1、從動(dòng)件的位移線圖

在直角坐標(biāo)系中，以橫坐標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角，以縱坐標(biāo)代表從動(dòng)件位移所得的從動(dòng)件位移與凸輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線。

從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)線圖：從動(dòng)件位移線圖及通過微分作出的從動(dòng)件速度線圖和加速度線圖，統(tǒng)稱為從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)線圖。從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)線圖位移線圖—反映了動(dòng)件的位移s隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角δ變化的規(guī)律.速度線圖—反映從動(dòng)件的速度v隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角δ變化的規(guī)律.加速度線圖—反映從動(dòng)件的加速度a隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角δ

變化的規(guī)律.編輯課件2、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。

從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的表示運(yùn)動(dòng)線圖數(shù)學(xué)方程式位移方程s=f(δ)編輯課件3.2.2幾種常見的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一、多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律式中

從動(dòng)件位移曲線用多項(xiàng)式表示的一般形式為：n+1個(gè)系數(shù)，由給定的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律根據(jù)邊界條件確定。

多項(xiàng)式的方次n越高，意味著對(duì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)要求越高，但方次越高，凸輪的加工誤差對(duì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律影響越大，因此，n大于10的多項(xiàng)式規(guī)律很少使用。下面主要介紹n=1和n=2的等速運(yùn)動(dòng)和等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。編輯課件邊界條件:1、n=1的等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律編輯課件等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線:h000o88升程段

此種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)開始和終了點(diǎn)速度有突變，存在剛性沖擊。編輯課件回程段編輯課件2、n=2等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律升程前半段邊界條件:編輯課件等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線：升程等加速段方程為：升程等減速段方程為：這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)的始末和中點(diǎn)位置加速度存在有限值的突變,會(huì)導(dǎo)致柔性沖擊.h編輯課件回程段方程如下：回程前半段：回程段方程如下：回程后半段：編輯課件多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律總結(jié)推程時(shí)：s=hδ/δ0在始末兩瞬時(shí)有剛性沖擊。推桿等加速推程段：s=2hδ2/δ02推桿等減速推程段：s=h－2h(δ0－δ)2/δ02在始、中、末三瞬時(shí)有柔性沖擊。1〕一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律〔等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律〕2〕二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律〔等加速等減速或拋物線運(yùn)動(dòng)規(guī)律〕推桿的多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一般表達(dá)式為：s=C0+C1δ+C2δ2+…+Cnδn式中：δ為凸輪轉(zhuǎn)角；s為推桿位移；

C0，C1，C2，…Cn為待定系數(shù)，可利用邊界條件等來確定。編輯課件

3–4–5次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程

,tsvah

速度曲線和加速度曲線連續(xù)，無剛性沖擊和柔性沖擊。3-4-5次運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于高速中載場合。編輯課件二、三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦和正弦規(guī)律是兩種根本的三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。編輯課件1、

余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律

,ts

,ta

,tvvmax

1.57h

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合。h

amax

4.93h

2

Φ2編輯課件

2、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合。s

,t

,ta

,tvh

vmax

2h

amax

6.28h

2

2推程編輯課件

三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律總結(jié)推程時(shí)：s＝h[(δ/δ0)－sin(2πδ/δ0)/(2π)]推程時(shí)：s＝h[1－cos(πδ/δ0)]/2在始、末兩瞬時(shí)有柔性沖擊。1〕余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律〔簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律〕2〕正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律〔擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律〕既無剛性沖擊，又無柔性沖擊。編輯課件

⑴當(dāng)機(jī)器的工作過程對(duì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有特殊要求，而凸輪的轉(zhuǎn)速不太高時(shí)，應(yīng)首先從滿足工作需要出發(fā)來選擇或設(shè)計(jì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其次考慮動(dòng)力特性和便于加工。

選擇或設(shè)計(jì)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)應(yīng)考慮的問題⑵當(dāng)機(jī)器的工作過程只要求從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)一定的工作行程，而對(duì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律無特殊要求時(shí)，對(duì)于低速凸輪機(jī)構(gòu)，主要考慮便于加工；對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，首先考慮動(dòng)力特性。⑶當(dāng)機(jī)器對(duì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)特性有特殊要求，而凸輪的轉(zhuǎn)速又較高，并且只用一種根本運(yùn)動(dòng)規(guī)律又難于滿足這些要求時(shí)，可以考慮采用滿足要求的組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律。⑷在設(shè)計(jì)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，除了要考慮其沖擊特性之外，還要考慮從動(dòng)件的最大速度vmax、最大加速度amax以及最大躍度jmax，這一點(diǎn)對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)尤其重要。編輯課件3.3.1凸輪廓線設(shè)計(jì)的根本原理——反轉(zhuǎn)法依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線。

給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以-ω時(shí)，不影響各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件尖頂復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線。O-ω3’1’2’331122ω

3.3圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓編輯課件

反轉(zhuǎn)法：將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)（-），保證各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變。相當(dāng)于將凸輪固定在紙面上；從動(dòng)件與導(dǎo)路一方面繞凸輪軸以（-）角速度轉(zhuǎn)動(dòng),另一方面從動(dòng)件按運(yùn)動(dòng)規(guī)律在導(dǎo)路中移動(dòng)；從動(dòng)件在各位置端點(diǎn)的連線便是凸輪廓線。編輯課件rminOs

13578

60o120o90o90o60o120o

1

2

90oA90o91113151

3

5

7

8

9

11

13

12

14

10

1.對(duì)心尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì)凸輪的基圓半徑rmin，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。3

4

5

6

7

8

1876543210

11

9

12

13

14

1413121110915③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。3.3.2幾種常見的凸輪輪廓的繪制編輯課件rminOA2.對(duì)心滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì)凸輪的基圓半徑rmin，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s

13578

60o120o90o90o91113151

3

5

7

8

9

11

13

12

14

10

60o120o

1

2

90o90o3

4

5

6

7

8

1876543210

11

9

12

13

14

1413121110915

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)步驟編輯課件rminOA

3.對(duì)心平底移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì)凸輪的基圓半徑rmin，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。設(shè)計(jì)步驟

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。s

13578

60o120o90o90o91113151

3

5

7

8

9

11

13

12

14

10

60o120o

1

2

90o90o3

4

5

6

7

8

1876543210

11

9

12

13

14

1413121110915

③確定反轉(zhuǎn)后平底與導(dǎo)路中心線的交點(diǎn)A在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置。④作平底直線族及平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。編輯課件eA4.偏置尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì)凸輪的基圓半徑rmin，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。O

6

1

2

3

4

5

7

8

14

13

12

11

10

9

s

13578

60o120o90o90o91113151

3

5

7

8

9

11

1312

14

10

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編輯課件rbO12345678

60o120o90o90o

5.尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì)凸輪的基圓半徑rmin，角速度，擺桿長度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離L，擺桿角位移曲線，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。1

2

3

4

5

6

7

120oB

1

1B1B2B3B4B5B6B7B860o90o

dB

2

2B

3

3B

4

4B

5

5B

6

6B

7

7A1A2A3A4A5A6A7A8

ABl

①選比例尺

，作位移曲線，作基圓rb和轉(zhuǎn)軸圓OA。

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)的轉(zhuǎn)軸A的位置。

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。編輯課件圖解法繪制輪廓線中的幾個(gè)概念理論廓線:滾子中心的軌跡線.實(shí)際廓線:凸輪的可見輪廓線.尖頂從動(dòng)件:理論廓線與實(shí)際廓線重合。滾子從動(dòng)件:理論廓線與實(shí)際廓線在法線方向上互為等距曲線.平底從動(dòng)件:理論廓線與實(shí)際廓線是兩條不同的曲線。編輯課件3.5設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)該注意的問題

設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，不僅要保證從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還要求傳動(dòng)時(shí)受力良好、結(jié)構(gòu)緊湊。選擇凸輪滾子半徑時(shí)，應(yīng)考慮其對(duì)凸輪輪廓的影響；基圓半徑是凸輪輪廓的一個(gè)重要參數(shù)，它對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)尺寸、受力、磨損和效率有重要的影響。編輯課件3.5.1.滾子半徑確實(shí)定

rr

a

rr

0結(jié)論對(duì)于外凸輪廓，要保證凸輪正常工