05章-凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)1

05章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)[1]05章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)[1]05章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)[1]05章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)[1]05章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)[1]105章-凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)[1]205章-凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)[1]3第六章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的組成，分類和應(yīng)用第二節(jié)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇第三節(jié)凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定第六章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的組成，分類和應(yīng)4組成：三個(gè)構(gòu)件——從動(dòng)件、凸輪和機(jī)架。一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的組成，分類和應(yīng)用組成：三個(gè)構(gòu)件——從動(dòng)件、凸輪和機(jī)架。一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成第一5繞線機(jī)構(gòu)擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)繞線機(jī)構(gòu)擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)6移動(dòng)凸輪仿形車床移動(dòng)凸輪仿形車床7印刷機(jī)印刷機(jī)8攻絲機(jī)攻絲機(jī)9其它應(yīng)用舉例：其它應(yīng)用舉例：10按凸輪形狀分類：盤形、移動(dòng)、圓柱凸輪。二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類：按凸輪形狀分類：盤形、移動(dòng)、圓柱凸輪。二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類：11弧面凸輪機(jī)構(gòu)圓錐凸輪機(jī)構(gòu)弧面凸輪機(jī)構(gòu)圓錐凸輪機(jī)構(gòu)122.按從動(dòng)件端部形狀分類：尖頂、滾子、平底、曲面從動(dòng)件。特點(diǎn)：尖頂－－構(gòu)造簡單、易磨損、用于儀表機(jī)構(gòu)；滾子――磨損小，應(yīng)用廣；平底――受力好、潤滑好，用于高速傳動(dòng)。2.按從動(dòng)件端部形狀分類：特點(diǎn)：尖頂－－構(gòu)造簡單、易磨損、用1305章-凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)[1]143.按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類：直動(dòng)(對(duì)心、偏置)、擺動(dòng)直動(dòng)(對(duì)心)直動(dòng)(偏置)擺動(dòng)3.按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類：直動(dòng)(對(duì)心)直動(dòng)(偏置)擺動(dòng)15重力彈簧力（1）力封閉（力鎖合型）：4.按凸輪與從動(dòng)件保持接觸方式分類：重力彈簧力（1）力封閉（力鎖合型）：4.按凸輪與從動(dòng)件保持接16等徑凸輪等寬凸輪凹槽凸輪（2）幾何封閉(幾何鎖合型)：等徑凸輪等寬凸輪凹槽凸輪（2）幾何封閉(幾何鎖合型)：17主回凸輪幾何封閉(幾何鎖合型)：主回凸輪幾何封閉(幾何鎖合型)：18r1r2r1+r2=constW凹槽凸輪主回凸輪等寬凸輪等徑凸輪r1r2r1+r2=constW凹槽凸輪主回凸輪等寬凸輪等19作用：將凸輪的連續(xù)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)件直線移動(dòng)或擺動(dòng)。三、凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用：作用：將凸輪的連續(xù)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)件直線移動(dòng)或擺動(dòng)。三、凸輪機(jī)20優(yōu)點(diǎn)：可精確實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，簡單緊湊。缺點(diǎn)：高副，線接觸，易磨損，傳力不大。優(yōu)點(diǎn)：可精確實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，簡單緊湊。缺點(diǎn)：高副，線接觸，21應(yīng)用：內(nèi)燃機(jī)氣門機(jī)構(gòu)靠彈簧力封閉應(yīng)用：內(nèi)燃機(jī)氣門機(jī)構(gòu)22第二節(jié)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)：是根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、合理確定結(jié)構(gòu)尺寸、設(shè)計(jì)輪廓曲線。根據(jù)工作要求選定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的前提。第二節(jié)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)：根據(jù)23一、基本概念從動(dòng)件在推程或回程時(shí)，其位移S、速度V、和加速度a隨時(shí)間t的變化規(guī)律。S=S(t)V=V(t)a=a(t)1.從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：一、基本概念從動(dòng)件在推程或回程時(shí)，其位移S、速度V、和加速度242.名詞術(shù)語：基圓、推程運(yùn)動(dòng)角δ0、基圓半徑r0、推程、遠(yuǎn)休止角δ01

、回程運(yùn)動(dòng)角δ0’

、回程、近休止角δ02、行程h；※一個(gè)循環(huán)r0hB’otδsδ01δ01δ02δ02δ0δ0δ0’δ0’ωADCB從動(dòng)件的位移線圖2.名詞術(shù)語：基圓、推程運(yùn)動(dòng)角δ0、基圓半徑r0、推程、25分類：多項(xiàng)式、三角函數(shù)。S=S(t)V=V(t)a=a(t)當(dāng)凸輪以ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)：S=S(t)=S（δ）V=V(t)=V（δ

）a=a(t)=α（δ）δ

：凸輪轉(zhuǎn)角分類：多項(xiàng)式、三角函數(shù)。S=S(t)當(dāng)凸輪以ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)：S26邊界條件：凸輪轉(zhuǎn)過推程運(yùn)動(dòng)角δ0,從動(dòng)件上升h；凸輪轉(zhuǎn)過回程運(yùn)動(dòng)角δ0’

,從動(dòng)件下降h；1.多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律一般表達(dá)式：s=C0+C1δ+C2δ2+…+Cnδn求一階導(dǎo)數(shù)得速度方程：v=ds/dt求二階導(dǎo)數(shù)得加速度方程：

a=dv/dt

δ－凸輪轉(zhuǎn)角，dδ/dt=ω－凸輪角速度,Ci－待定系數(shù)。=C1ω+2C2ωδ+…+nCnωδn-1=2C2ω2+6C3ω2δ…+n(n-1)Cnω2δn-2二、從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律邊界條件：1.多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律一般表達(dá)式：s=C0+C1δ+27（1）一次多項(xiàng)式（等速運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)規(guī)律一般表達(dá)式：s=C0+C1δ在推程起始點(diǎn)：δ=0，s=0在推程終止點(diǎn)：δ=δ0，s=h代入得：C0＝0，C1＝h/δ0推程運(yùn)動(dòng)方程：

s＝hδ/δ0

v＝

hω/δ0

a=0（1）一次多項(xiàng)式（等速運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)規(guī)律一般表達(dá)式：s=C028推程運(yùn)動(dòng)方程：

s＝hδ/δ0

v＝

hω/δ0

a=0sδδ0vδaδh+∞－∞剛性沖擊：由無窮大的慣性力使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生極大的沖擊；同理得回程運(yùn)動(dòng)方程：

s＝h(1-δ/δ0’

)v＝-hω/δ0’a＝0推趕以等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)：在運(yùn)動(dòng)的開始點(diǎn)和終止點(diǎn)有剛性沖擊；（凸輪與推桿的高副接觸點(diǎn)處產(chǎn)生沖擊）推程運(yùn)動(dòng)方程：s＝hδ/δ0v＝hω/δ0sδδ29（2）二次多項(xiàng)式（等加等減速）運(yùn)動(dòng)規(guī)律一般表達(dá)式：s=C0+C1δ+C2δ2推程加速上升段邊界條件：起始點(diǎn)：δ=0，s=0，

v＝0中間點(diǎn)：δ=δ0/2，s=h/2

求得：C0＝0，C1＝0，C2＝2h/δ02加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s＝2hδ2/δ02

v＝4hωδ/δ02a＝4hω2/δ02（2）二次多項(xiàng)式（等加等減速）運(yùn)動(dòng)規(guī)律一般表達(dá)式：s=C30推程減速上升段邊界條件：終止點(diǎn)：δ=δ0，s=h，

v＝0中間點(diǎn)：δ=δ0/2，s=h/2求得：C0＝－h(huán)，C1＝4h/δ0，

C2＝-2h/δ02

減速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s

＝h-2h(δ-δ0)2/δ02

1δsδvδav＝-4hω(δ-δ0)/δ02

a

＝-4hω2/δ0223546h/2δ0h/22hω/δ04hω2/δ02推程減速上升段邊界條件：終止點(diǎn)：δ=δ0，s=h，v＝31前半段作：等加速加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s＝2hδ2/δ02

v＝4hωδ/δ02a＝4hω2/δ021δsδvδa23546h/2δ0h/22hω/δ04hω2/δ02※等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律前半段作：等加速加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s＝2hδ2/δ0232

減速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s

＝h-2h(δ-δ0)2/δ02

1δsδvδav＝-4hω(δ-δ0)/δ02

a

＝-4hω2/δ0223546h/2δ0h/22hω/δ0柔性沖擊：由有限值的慣性力產(chǎn)生的沖擊；4hω2/δ02推桿以等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)：在運(yùn)動(dòng)的開始點(diǎn)、中間點(diǎn)和終止點(diǎn)有柔性沖擊；后半段作：等減速減速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s＝h-2h(δ-δ0)2/δ0233前半段作：等加速；后半段作：等減速從動(dòng)件在推程以等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)：

從動(dòng)件位移線圖的作圖方法：前半段作：等加速；后半段作：等減速從動(dòng)件在推程以等加等減速運(yùn)34（3）五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律s=C0+C1δ+C2δ2+C3δ3+C4δ4+C5δ5

v=ds/dt=C1ω+2C2ωδ+3C3ωδ2+4C4ωδ3+5C5ωδ4a=dv/dt=2C2ω2+6C3ω2δ+12C4ω2δ2+20C5ω2δ3邊界條件：起始點(diǎn)：δ=0，s=0，

v＝0，

a＝0終止點(diǎn)：δ=δ0，s=h,

v＝0，a＝0求得：C0＝C1＝C2＝0,C3＝10h/δ03,

C4＝15h/δ04,C5＝6h/δ05位移方程：

s=10h(δ/δ0)3－15h(δ/δ0)4+6h(δ/δ0)5δsvahδ0無沖擊，適用于高速凸輪。（3）五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律s=C0+C1δ+C2δ2+352.簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程：

s＝h[1-cos(πδ/δ0)]/2

v=πhωsin(πδ/δ0)δ/2δ0a=π2hω2cos(πδ/δ0)/2δ02

回程：

s＝h[1＋cos(πδ/δ0’)]/2

v=-πhωsin(πδ/δ0’)δ/2δ0’a=-π2hω2cos(πδ/δ0’)/2δ’02123456δaδvδshδ0123456Vmax=1.57hω/δ0在起始和終止處理論上a為有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。2.簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程：v=πhωsin(π36sδ正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程：s＝h[δ/δ0-sin(2πδ/δ0)/2π]

v=hω[1-cos(2πδ/δ0)]/δ0a=2πhω2sin(2πδ/δ0)/δ02

回程：

s＝h[1-δ/δ0’+sin(2πδ/δ0’)/2π]

v

=hω[cos(2πδ/δ0’)-1]/δ0’a

=-2πhω2sin(2πδ/δ0’)/δ’02123456vδδahδ0r=h/2πvmax=2hω/δ0amax=6.28hω2/δ02無沖擊，但amax

較大。

θ=2πδ/δ03.擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律sδ正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程：v=hω[1-cos(2πδ/37三、從動(dòng)件組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡介δδδhvsaoooδ0+∞-∞vsaδδδhoooδ0改進(jìn)型等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律三、從動(dòng)件組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡介δδδhvsaoooδ0+∞-∞v38運(yùn)動(dòng)規(guī)律的組合將幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合，以改善運(yùn)動(dòng)特性。2.運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇選擇原則：（1）機(jī)器的工作過程只要求凸輪轉(zhuǎn)過一角度δ0時(shí)，推桿完成一行程h（直動(dòng)推桿）或φ（擺動(dòng)推桿），對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律并無嚴(yán)格要求。則應(yīng)選擇直線或圓弧等易加工曲線作為凸輪的輪廓曲線。如夾緊凸輪。四、從動(dòng)件組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇于設(shè)計(jì)δδδhvsaoooδ0+∞-∞vsaδδδhoooδ0運(yùn)動(dòng)規(guī)律的組合將幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合，2.運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇選擇原39ω工件ω工件ωδ0φωhδ0（2）機(jī)器的工作過程對(duì)推桿運(yùn)動(dòng)有要求，則應(yīng)嚴(yán)格按工作要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來設(shè)計(jì)凸輪廓線。如刀架進(jìn)給凸輪。（3）對(duì)高速凸輪，要求有較好的動(dòng)力特性，除了避免出現(xiàn)剛性或柔性沖擊外，還應(yīng)當(dāng)考慮Vmax和amax。ω工件ω工件ωδ0φωhδ0（2）機(jī)器的工作過程對(duì)推桿運(yùn)動(dòng)40高速重載凸輪要選Vmax和amax比較小的理由：

②amax↑→動(dòng)量mv↑,若機(jī)構(gòu)突然被卡住，則沖擊力將很大;（F=mv/t）對(duì)重載凸輪，則適合選用Vmax較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?！鷳T性力F=-ma↑對(duì)強(qiáng)度和耐磨性要求↑。對(duì)高速凸輪，希望amax

愈小愈好。①Vmax↑高速重載凸輪要選Vmax和amax比較小的理由：②41等加等減速

2.04.0

柔性中速輕載五次多項(xiàng)式

1.885.77

無高速中載余弦加速度

1.574.93

柔性中速中載正弦加速度

2.06.28

無高速輕載改進(jìn)正弦加速度

1.765.53

無高速重載100分鐘

從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較運(yùn)動(dòng)規(guī)律

Vmax

amax

沖擊推薦應(yīng)用范圍

(hω/δ0)×

(hω/δ02)×等速

1.0∞

剛性低速輕載等加等減速2.04.0421.凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理--反轉(zhuǎn)法原理第三節(jié)凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)2.用作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線***3.用解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線1.凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理--反轉(zhuǎn)法原理第三節(jié)凸輪43“反轉(zhuǎn)法原理”1.凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理--反轉(zhuǎn)法原理“反轉(zhuǎn)法原理”1.凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理--反轉(zhuǎn)法原理44反轉(zhuǎn)法原理：

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。反轉(zhuǎn)法原理：給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以-ω時(shí)，不影響各構(gòu)件之45依據(jù)反轉(zhuǎn)法原理用幾何作圖的方法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線；-ωω依據(jù)反轉(zhuǎn)法原理用幾何作圖的方法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線；-ωω46二、用作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線1、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)二、用作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線1、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線設(shè)47偏距圓對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏距圓對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸48已知:凸輪的基圓半徑r0，角速度ω和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（從動(dòng)件的位移線圖），偏心距e;偏距圓（1）偏置尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓設(shè)計(jì)已知:凸輪的基圓半徑r0，角速度ω和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（從動(dòng)件49eＢω基圓偏距圓OeＢω基圓偏距圓O50盤形凸輪輪廓的繪制第一步:sφ60°120°90°90°eBωO凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)盤形凸輪輪廓的繪制第一步:sφ60°120°90°90°eB51盤形凸輪輪廓的繪制第二步:sφ60°120°90°90°eB-ωω120°90°60°90°O以O(shè)B為初始線:盤形凸輪輪廓的繪制第二步:sφ60°120°90°90°eB52盤形凸輪輪廓的繪制第三步:sφ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’eＢ-ωω120°90°60°90°O1234567815141312111091’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’盤形凸輪輪廓的繪制第三步:sφ60°120°90°90°1’53盤形凸輪輪廓的繪制第四步:sφ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’eＢ-ωω120°90°60°90°O1234567815141312111091’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’盤形凸輪輪廓的繪制第四步:sφ60°120°90°90°1’54設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓r0，偏距圓（半徑為e）。②以O(shè)B為初始線：反向等分各運(yùn)動(dòng)角。（沿著-ω的方向，按著位移線圖的等分，等分偏距圓）；原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。eＢ-ωω120°90°60°90°O1234567815141312111091’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓r0，②以O(shè)B為初始線：反55設(shè)計(jì)思路:ABC3421理論輪廓實(shí)際輪廓ABC231（2）偏置滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路:ABC3421理論輪廓實(shí)際輪廓ABC231（2）偏56

偏置滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中：已知凸輪的基圓半徑r0，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω（的方向），從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其偏心距e；設(shè)計(jì)該凸輪的理論輪廓曲線。第一步:繪制理論輪廓線sφ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’eＢ-ωω120°90°60°90°O1234567815141312111091’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’偏置滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中：已知凸輪的基57※基圓半徑r0從凸輪的回轉(zhuǎn)中心到理論廓線的最小向徑——基圓半徑r0基圓eＢ-ωω120°90°60°90°O1234567815141312111091’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’※基圓半徑r0從凸輪的回轉(zhuǎn)中心到理論廓線的最小向徑——58第二步:繪制實(shí)際輪廓線選定滾子半徑rTeＢ-ωω120°90°60°90°O1234567815141312111091’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’第二步:繪制實(shí)際輪廓線選定滾子半徑rTeＢ-ωω120°9059eＢ-ωωO1234567815141312111091’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’nnnnnnnnnn理論輪廓線與實(shí)際輪廓線之間的關(guān)系:是法線方向的等距線;eＢ-ωωO1234567815141312111091’260-ωS課堂練習(xí)：根據(jù)圖示已知條件作出從動(dòng)件與凸輪在B點(diǎn)接觸時(shí)從動(dòng)件的位移SB

、凸輪A→B轉(zhuǎn)過的角度Ψ。Ψ-ωS課堂練習(xí)：根據(jù)圖示已知條件作出從動(dòng)件與凸輪在B點(diǎn)接觸時(shí)61***對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)12345678sδ已知:凸輪的基圓半徑r0，角速度ω和推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律;60°120°90°90°1’3’5’7’8’91113159’11’13’12’14’從動(dòng)件的位移線圖***對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)123456762eOAωr0偏置尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置距偏距圓r0ωA對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)e=0eOAωr0偏置尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置距偏距圓r0ω6312345678Ar060°90°90°120°-ωωsδ1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線;60°120°90°90°1’3’5’7’8’91113159’11’13’12’14’1876543214131211109從動(dòng)件的位移線圖12345678Ar060°90°90°120°-ωωsδ16412345678Ar060°90°90°120°-ωωsδ1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓r0。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。（沿著-ω的方向，按著位移線圖的等分，等分基圓）原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。60°120°90°90°1’3’5’7’8’91113159’11’13’12’14’187654321413121110912345678Ar060°90°90°120°-ωωsδ1653、直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)已知:凸輪的基圓半徑r0，角速度ω和推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律;設(shè)計(jì)思路:把平底與導(dǎo)路的交點(diǎn)當(dāng)作從動(dòng)件的尖頂3、直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)已知:凸輪的基圓半徑r66設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線sδ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’Ar060°90°90°120°-ωω1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’1876543214131211109設(shè)計(jì)步驟：①選比例尺μl作基圓r0。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件平底直線在各等份點(diǎn)的位置。設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線sδ60°120°90°90°1’3’567④作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線（輪廓線與平底公共相切）。123456788’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’1514131211109sδ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’④作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線（輪廓線與平底公共相切）。1234568123456788’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’15141312111091）平底上與凸輪實(shí)際廓線相切的點(diǎn)是隨機(jī)構(gòu)位置而變化的。

2）為了保證在所有位置從動(dòng)件平底都能與凸輪輪廓曲線相切，凸輪的所有廓線都必須是外凸的；123456788’7’6’5’4’3’2’1’9’10’169≥b’≥b’’平底尺寸的確定：平底左、右兩側(cè)的寬度應(yīng)分別大于導(dǎo)路中心線至左、右最遠(yuǎn)切點(diǎn)的距離。≥b’≥b’’平底尺寸的確定：平底左、右兩側(cè)的寬度應(yīng)分別大于70已知:凸輪的基圓半徑r0，滾子半徑rT,角速度ω和推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律;***對(duì)心滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)已知:凸輪的基圓半徑r0，滾子半徑rT,角速度ω和推桿的71ABC342設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線:1理論輪廓實(shí)際輪廓ABC342設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線:1理論輪廓實(shí)際輪廓72r060°90°90°120°-ωω1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’設(shè)計(jì)步驟：①選比例尺μl作基圓r0。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件滾子中心在各等份點(diǎn)的位置。④將各中心點(diǎn)連接成一條光滑曲線（理論輪廓線）。A⑤作各位置滾子圓的內(nèi)包絡(luò)線（實(shí)際輪廓線）。sδ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’理論輪廓實(shí)際輪廓1876543214131211109r060°90°90°120°-ωω1’2’3’4’5’6’73r060°90°90°120°-ωω1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’A⑤作各位置滾子圓的內(nèi)、外包絡(luò)線（實(shí)際輪廓線）。理論輪廓實(shí)際輪廓1876543214131211109實(shí)際輪廓凹槽凸輪r060°90°90°120°-ωω1’2’3’4’5’6’741）實(shí)際輪廓線是理論輪廓線在法線方向的等距曲線；2）盤形凸輪的實(shí)際輪廓線是滾子的內(nèi)包絡(luò)線；3）槽凸輪的實(shí)際輪廓線是滾子的內(nèi)、外兩條包絡(luò)線；基圓半徑：從凸輪回轉(zhuǎn)中心到凸輪理論輪廓線的最小向徑；r060°90°90°120°-ωω1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’A理論輪廓實(shí)際輪廓1876543214131211109實(shí)際輪廓1）實(shí)際輪廓線是理論輪廓線在法線方向的等距曲線；基圓半徑：從75

圖示的凸輪為偏心圓盤:圓心為O，半徑為R，滾子半徑為rr；試求(均在圖上標(biāo)出)：

1)推桿的行程h和凸輪的基圓半徑r0

；

2)推程運(yùn)動(dòng)角δ0、遠(yuǎn)休止角δ01

?；爻踢\(yùn)動(dòng)角δ0′和近休止角δ02；

3)從B點(diǎn)接觸到C點(diǎn)接觸凸輪所轉(zhuǎn)過的角度δ和推桿的位移s；圖示的凸輪為偏心圓盤:76-ωhsr0課堂練習(xí)：※遠(yuǎn)休止角δ01=00

近休止角δ02=00-ωhsr0課堂練習(xí)：※遠(yuǎn)休止角δ01=00772、擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)擺動(dòng)推桿長度l；擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離d；ld2、擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)擺動(dòng)推桿長度l；擺桿回轉(zhuǎn)中78ωr0ABlABlOAO尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)?OA機(jī)架的長度;?AB從動(dòng)件擺桿的長度;ωr0ABlABlOAO尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)?OA機(jī)架79φδ60°120°90°90°1’2’3’4’123456785’7’6’8’角位移線圖：φ：擺桿的角位移δ：凸輪的轉(zhuǎn)角μ?

：角位移線圖的作圖比例（0/mm）μ?=111’=5mmφ1=50角位移線圖：φδ60°120°90°90°1’2’3’4’12345680已知：凸輪的基圓半徑r0，角速度ω，擺動(dòng)推桿長度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離d，擺桿角位移線圖;ldφδ60°120°90°90°1’2’3’4’123456785’7’6’8’角位移線圖：11’=5mmφ1=5022’=10mmφ2=10033’=15mmφ3=15044’=20mmφ4=200已知：凸輪的基圓半徑r0，角速度ω，擺動(dòng)推桿長度l以及擺桿回81根據(jù):ψ(10/mm)1-1'=5mmψ1=50盤形凸輪輪廓的繪制第一步:2-2'=10mmψ2=1003-3'=15mmψ3=1504-4'=20mmψ4=200φδ60°120°90°90°1’2’3’4’123456785’7’6’8’角位移線圖：尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)（P134圖6-24）根據(jù):ψ(10/mm)1-1'=5mmψ1=50盤形凸輪輪廓82ωr0ABl盤形凸輪輪廓的繪制第二步:Oωr0ABl盤形凸輪輪廓的繪制第二步:O83ωr0ABlO盤形凸輪輪廓的繪制第三步:-ω120°60°90°90°ψφ60°120°90°90°1’2’3’4’123456785’7’6’8’角位移線圖ωr0ABlO盤形凸輪輪廓的繪制第三步:-ω120°60°84盤形凸輪輪廓的繪制第四步:ωr0ABlO-ω120°60°90°90°ψφ60°120°90°90°1’2’3’4’123456785’7’6’8’角位移線圖A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B8B’1φ1B’2φ2B’3φ3B’4φ4B’5φ5B’6φ6B’7φ7盤形凸輪輪廓的繪制第四步:ωr0ABlO-ω120°60°85盤形凸輪輪廓的繪制第五步:ωr0ABlO-ω120°60°90°90°ψφ60°120°90°90°1’2’3’4’123456785’7’6’8’角位移線圖A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B8B’1φ1B’2φ2B’3φ3B’4φ4B’5φ5B’6φ6B’7φ7盤形凸輪輪廓的繪制第五步:ωr0ABlO-ω120°60°86設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓r0，擺桿固定鉸鏈A點(diǎn)的軌跡圓（半徑為d）。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。（沿著-ω的方向，按著位移線圖的等分，等分?jǐn)[桿固定鉸鏈A點(diǎn)的軌跡圓）；原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B8120°60°90°B’1φ1B’2φ2B’3φ3B’4φ4B’5φ5B’6φ6B’7φ7ω-ωr0ABld設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓r0，擺桿固定鉸鏈A點(diǎn)的軌87擺動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)滾子推桿88**擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制**擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制89**擺動(dòng)平底推桿盤形凸輪輪廓設(shè)計(jì)1）擺動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪的輪廓線始終于平底相切；2）要保證輪廓線始終于平底相切，凸輪輪廓線必須全部外凸；**擺動(dòng)平底推桿盤形凸輪輪廓設(shè)計(jì)1）擺動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪的90yxB0yxs0s三、用解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線偏置滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)θ由圖可知：s0＝(r02-e2)1/2實(shí)際輪廓線－為理論輪廓法線方向的等距線。原理：反轉(zhuǎn)法。設(shè)計(jì)結(jié)果：輪廓的參數(shù)方程。δx=(s0+s)sinδ+ecosδy=(s0+s)cosδ-esinδe(1)s0er0δδ-ω

ω

rrr0nnyxB0yxs0s三、用解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線偏置滾子直動(dòng)從91曲線任意點(diǎn)切線與法線斜率互為負(fù)倒數(shù)：dx/dδ＝(ds/dδ-e)sinδ+(s0+s)cosδdy/dδ＝(ds/dδ-e)cosδ-(s0+s)sinδ式中“－”對(duì)應(yīng)于內(nèi)等距線，“＋”對(duì)應(yīng)于外等距線。實(shí)際輪廓為B’點(diǎn)的坐標(biāo)：

x’=y’=tgθ=-dx/dy=(dx/dδ)/(-dy/dδ)=sinθ/cosθx-rrcosθ(x,y)rrnn(x’,y’)θ(x’,y’)θsinθ=(dx/dδ)/(dx/dδ)2+(dy/dδ)2

cosθ=-(dy/dδ)/

(dx/dδ)2+(dy/dδ)2y-rrsinθyxB0yxs0sθδes0er0δδ-ω

ω

rrr0nn(1)求導(dǎo)得：解方程組可以求得：曲線任意點(diǎn)切線與法線斜率互為負(fù)倒數(shù)：dx/dδ＝(ds/dδ92s0r0B0Ox-ωyωδ2.對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)OP=v/ωy=x=ds/dδs0sδP建立坐標(biāo)系如圖：反轉(zhuǎn)δ后，推桿移動(dòng)距離為S，P點(diǎn)為相對(duì)瞬心，(r0+s)sinδ+(ds/dδ)cosδ(r0+s)cosδ－ds/dδ)sinδv推桿移動(dòng)速度為：=(ds/dt)/(dδ/dt)=ds/dδ100分鐘v=vp=OPωδ

(x,y)Bs0r0B0Ox-ωyωδ2.對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)933.滾子擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)式中：a－中心距，

l－擺桿長度理論廓線方程：實(shí)際輪廓方程的求法同前。

x=asinδ－lsin(δ+φ+φ0)y=acosδ－lcos(δ+φ+φ0)yxδa對(duì)應(yīng)點(diǎn)B’

的坐標(biāo)為：

x’=x

rrcosθy’=y

rrsinθasinδacosδlsin(δ+φ+φ0)φ0xr0B0O-ωyωlA0Bφ0φAδ3.滾子擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)式中：a－中心距，理論廓線方94第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定

設(shè)計(jì)廓線時(shí)的凸輪結(jié)構(gòu)參數(shù)r0、e、rr等，是預(yù)先給定的。實(shí)際上，這些參數(shù)也是根據(jù)機(jī)構(gòu)的受力情況是否良好、動(dòng)作是否靈活、尺寸是否緊湊等因素由設(shè)計(jì)者確定的。一.凸輪機(jī)構(gòu)中的作用力和凸輪機(jī)構(gòu)壓力角二.凸輪基圓半徑的確定三.滾子半徑的選擇四.平底直動(dòng)從動(dòng)件平底尺寸的確定五.典型例題第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定設(shè)計(jì)廓線時(shí)的凸輪95

所謂凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角，是指在不計(jì)摩擦的情況下，凸輪對(duì)從動(dòng)件作用力的方向與從動(dòng)件上受力點(diǎn)速度方向之間所夾的銳角。nneOBωαr0FV一.凸輪機(jī)構(gòu)中的作用力和凸輪機(jī)構(gòu)壓力角1.壓力角所謂凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角，是指在不計(jì)摩擦的情況下，凸96受力圖中，由∑Fx=0，∑Fy=0，∑MB=0

有：lbFr2Fr1Fttnnφ1φ2φ2αBωd-Fsin(α+φ1

)+(Fr1－Fr2)cosφ2=0－G+Fcos(α+φ1

)－(Fr1+Fr2)sinφ2=0Fr2cosφ2(l+b)－Fr1cosφ2

b=0由以上三式消去Fr1、Fr2

得：vGF=cos(α+φ1)－(1+2b/l)sin(α+φ1

)tgφ2Gα↑→分母↓→F↑，若α大到使分母趨于0，則P→∞,機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。2.壓力角與作用力的關(guān)系受力圖中，由∑Fx=0，∑Fy=0，∑MB=0有：lb97lbFr2Fr1Fttnnφ1φ2φ2αBωdvGαc=arctg[1/(1+2b/l)tgφ2

]-φ1增大導(dǎo)軌長度l或減小懸臂尺寸b可提高αc臨界壓力角

:lbFr2Fr1Fttnnφ1φ2φ2αBωdvGαc=ar98工程上要求：αmax

≤[α]直動(dòng)推桿：[α]＝30°擺動(dòng)推桿：[α]＝35°～45°回程：[α]’＝70°～80°提問：平底推桿α＝？nn00vOωr03.壓力角的許用值推程工程上要求：αmax≤[α]直動(dòng)推桿：[α]＝30°擺動(dòng)推99求圖示凸輪機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件由圖示位置轉(zhuǎn)到與凸輪廓線上Ｂ接觸時(shí)，凸輪轉(zhuǎn)過的角度φ、從動(dòng)件的位移Ｓ、Ｂ點(diǎn)的壓力角α；-ωSΦα求圖示凸輪機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件由圖示位置轉(zhuǎn)到與凸輪廓線上Ｂ接觸時(shí)，凸100-ωS課堂練習(xí)：根據(jù)圖示已知條件作出從動(dòng)件與凸輪在B點(diǎn)接觸時(shí)從動(dòng)件的位移SB

及壓力角αB、凸輪A→B轉(zhuǎn)過的角度Ψ。ΨαB-ωS課堂練習(xí)：根據(jù)圖示已知條件作出從動(dòng)件與凸輪在B點(diǎn)接觸時(shí)101-ωhsr0課堂練習(xí)：※遠(yuǎn)休止角δ01=00

近休止角δ02=00αCαmax-ωhsr0課堂練習(xí)：※遠(yuǎn)休止角δ01=00αCαma102運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定后：凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角α與基圓半徑r0直接相關(guān)。二.凸輪基圓半徑的確定ds/dδnnPeOCBωvvαr0s0sD運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定后：二.凸輪基圓半徑的確定ds/dδnnPeO103P點(diǎn)為相對(duì)瞬心：由△BCP得:ds/dδnnPeOCBωOP=v/ωvv=[ds/dt]/[dδ/dt]=[ds/dδ]αr0=(ds/dδ-e)/[(r02-e2)1/2+s]s0sDtgα=(OP-e)/BC1.基圓半徑r0對(duì)壓力角α的影響P點(diǎn)為相對(duì)瞬心：由△BCP得:ds/dδnnPeOCBωOP104設(shè)計(jì)時(shí)要求：α≤[α]對(duì)心布置有：tgα=ds/dδ/[(r0+s]ds/dδnnPeOCBωvvαr0s0sD設(shè)計(jì)時(shí)要求：α≤[α]對(duì)心布置有：ds/dδnnPeOCBω105ds/dδnnPeOCBωvvαr0s0sDP點(diǎn)為相對(duì)瞬心：由△BCP得:OP=v/ω=[ds/dt]/[dδ/dt]=[ds/dδ]=(ds/dδ-e)/[(r02-e2)1/2+s]tanα=(OP-e)/BC2.從動(dòng)件偏置方位的確定

凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)從動(dòng)件右偏置：正偏置ds/dδnnPeOCBωvvαr0s0sDP點(diǎn)為相對(duì)瞬心：106ds/dδnnPeCOBωvvαr0s0sDP點(diǎn)為相對(duì)瞬心：由△BCP得:OP=v/ω=[ds/dt]

/[dδ/dt]=[ds/d

δ]=(ds/dδ

+e)/[(r02-e2)1/2+s]tanα=(OP+e)/BC

凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)從動(dòng)件左偏置：負(fù)偏置ds/dδnnPeCOBωvvαr0s0sDP點(diǎn)為相對(duì)瞬心107ds/dφnnPeCOBωvvαr0s0sDds/dφnnPeOCBωvvαr0s0sD凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)件右偏置凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)件左偏置正偏置負(fù)偏置ds/dφnnPeCOBωvvαr0s0sDds/dφnnP108凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)從動(dòng)件左偏置：凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)從動(dòng)件左偏置：109凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)從動(dòng)件右偏置；凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)從動(dòng)件左偏置；凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)從動(dòng)件左偏置；凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)從動(dòng)件右偏置；—+凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)從動(dòng)件右偏置；凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)從動(dòng)件左偏置；—+110可知:適當(dāng)選擇從動(dòng)件的偏置方向和偏距e的大小，可以減小壓力角。

壓力角計(jì)算公式中e前的符號(hào)為“—”，壓力角減小。反之e前的符號(hào)為“＋”，壓力角增大，機(jī)構(gòu)傳力性能變壞?？芍?適當(dāng)選擇從動(dòng)件的偏置方向和偏距e的大壓力角計(jì)111由△BCP得:ds/dδnnPeOCBωvvαr0=(ds/dδ-e)/[(r02-e2)1/2+s]s0sD設(shè)計(jì)時(shí)要求：α≤[α]于是有：tgα=(OP-e)/BC3.凸輪基圓半徑的確定