凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析與設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)情境四（4課時(shí)）凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析與設(shè)計(jì)能力目標(biāo)：能夠正確分析凸輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)并合理利用；能夠初步進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。環(huán)節(jié)一、提出工作任務(wù)

任務(wù)：設(shè)計(jì)某凸輪機(jī)構(gòu)。s

030已知理論輪廓基圓半徑rb=40mm，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下圖所示，凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，試用作圖法設(shè)計(jì)盤形凸輪輪廓曲線。環(huán)節(jié)二、資訊

一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類1、凸輪機(jī)構(gòu)的組成及特點(diǎn)組成：凸輪：具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件從動(dòng)件（推桿):運(yùn)動(dòng)規(guī)律由凸輪廓線決定的構(gòu)件機(jī)架凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪1、從動(dòng)件2、機(jī)架3三個(gè)基本構(gòu)件組成。是一種高副機(jī)構(gòu)。通常凸輪作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件則在凸輪輪廓的控制下按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，占用空間小；具有多用性和靈活性，只要恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線，可使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。缺點(diǎn)：易于磨損,多用于傳力不大的場(chǎng)合；凸輪輪廓精度高，加工難度較大；從動(dòng)件的行程不能過大，否則使凸輪笨重。2、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：只需確定適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，即可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)可靠。缺點(diǎn)：從動(dòng)件與凸輪接觸應(yīng)力大，易磨損用途：載荷較小的運(yùn)動(dòng)控制凸輪機(jī)構(gòu)：凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓的構(gòu)件。含有凸輪的機(jī)構(gòu)稱為凸輪機(jī)構(gòu)。它由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)

靠模車削機(jī)構(gòu)3、凸輪機(jī)構(gòu)的分類（1）、按凸輪的形狀分

盤形凸輪移動(dòng)凸輪圓柱凸輪可看成是移動(dòng)凸輪卷在圓柱體上凸輪繞固定軸回轉(zhuǎn)相當(dāng)于機(jī)架往復(fù)直線移動(dòng)尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件（2）、按從動(dòng)件幾何形狀分能與任意凸輪輪廓保持接觸，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；易磨損，只宜用于輕載、低速耐磨、承載大，較常用接觸面易形成油膜，利于潤(rùn)滑，常用于高速運(yùn)動(dòng)；配合的凸輪輪廓必須全部外凸（3）、按凸輪與從動(dòng)件的鎖合（維持高副接觸）形式分力鎖合凸輪機(jī)構(gòu)依靠從動(dòng)件的重力、彈簧力或其他外力幾何鎖合凸輪機(jī)構(gòu)

溝槽凸輪機(jī)構(gòu)等寬凸輪機(jī)構(gòu)依靠凸輪和從動(dòng)件的特殊幾何形狀而始終維持接觸。等徑凸輪機(jī)構(gòu)共軛凸輪機(jī)構(gòu)（4）、根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分?jǐn)[動(dòng)從動(dòng)件對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件偏置移動(dòng)從動(dòng)件根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分?jǐn)[動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)

移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)（對(duì)心、偏置）①

盤形凸輪——凸輪為具有變化向徑的盤狀構(gòu)件，凸輪繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可推動(dòng)從動(dòng)件在垂直于凸輪軸的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。盤形凸輪實(shí)物盤形凸輪機(jī)構(gòu)②移動(dòng)凸輪——當(dāng)盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠(yuǎn)時(shí)，盤形凸輪就演化成了移動(dòng)凸輪。凸輪呈板狀，相對(duì)機(jī)架做直線運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)凸輪靠模車削機(jī)構(gòu)③圓柱凸輪——凸輪是一個(gè)具有曲線凹槽或端面曲線輪廓的圓柱，可以看成是把移動(dòng)凸輪卷成圓柱體演化而成。自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)圓柱凸輪實(shí)物尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件直動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件2、按從動(dòng)件形狀及運(yùn)動(dòng)類型分：三、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用舉例1、自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)2、內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)3、繞線機(jī)構(gòu)凸輪打包送書機(jī)構(gòu)一般凸輪機(jī)構(gòu)的命名原則布置形式＋運(yùn)動(dòng)形式＋推桿形狀＋凸輪形狀對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)

從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移線圖的形成一、凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律與凸輪形狀的關(guān)系

從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律反轉(zhuǎn)法求位移線圖回程，回程運(yùn)動(dòng)角

h

休止，休止角

s、

s’行程（推程或回程中移動(dòng)的距離），h運(yùn)動(dòng)線圖：從動(dòng)件的位移s、速度v、加速度a等隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角d變化的關(guān)系圖。

t推程

s遠(yuǎn)休止

h回程

s’近休止hA’BCDArb

t

s

h

s’

二、從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指從動(dòng)件的位移、速度、加速度等隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角δ變化的規(guī)律。t

s0基圓，基圓半徑rb推程，推程運(yùn)動(dòng)角

t動(dòng)畫演示1、凸輪機(jī)構(gòu)的基本名詞術(shù)語2、從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(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（1）、等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律沖擊特性：始點(diǎn)、末點(diǎn)剛性沖擊適用場(chǎng)合：低速輕載hs

0v

0a

0-

位移速度加速度+

+

t

t’-

運(yùn)動(dòng)線圖（2）、等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律沖擊特性：起、中、末點(diǎn)柔性沖擊適用場(chǎng)合：低速輕載s

0

tv

0a

0h/2h/2

t/2

t/2h運(yùn)動(dòng)線圖（3）、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律沖擊特性：始、末點(diǎn)有軟性沖擊適用場(chǎng)合：中低速、中輕載δsδa123456δvhδt運(yùn)動(dòng)線圖（4）、正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律advd012345678h

t沖擊特性：·無沖擊適用場(chǎng)合：高速輕載

t

tsd運(yùn)動(dòng)線圖三、凸輪輪廓輪廓設(shè)計(jì)“反轉(zhuǎn)法“原理0‘1”2”3”4”oo-

作圖步驟：根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：作出位移線圖S-δt，并等分角度；定基圓；作出推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置點(diǎn)；將各位置點(diǎn)聯(lián)接成光滑的曲線；在理論輪廓上再作出凸輪的實(shí)際輪廓。作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線（1）、對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知：rb

，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)：凸輪廓線s

0h定比例尺

初始位置及推桿位移曲線確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置點(diǎn)將各位置點(diǎn)聯(lián)接成光滑的曲線,即為輪廓曲線。求解步驟：（2）、對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知：rb

，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滾子半徑rk,凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)：凸輪廓線s

0h理論輪廓實(shí)際輪廓求解步驟：定比例尺

初始位置及推桿位移曲線（注：兩條廓線，理論／實(shí)際廓線）實(shí)際廓線基圓rmin理論廓線基圓rb確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置；將各位置點(diǎn)聯(lián)接成光滑的曲線,即為理論輪廓曲線；作出高副元素的包絡(luò)線。（3）、對(duì)心直動(dòng)平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知：rb

，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)：凸輪廓線求解步驟：

定比例尺

初始位置及推桿位移曲線確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置點(diǎn)；作推桿高副元素的包絡(luò)線。s

0h實(shí)際輪廓（4）、偏置直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)了解已知：rb，偏置圓半徑e，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)：凸輪廓線s

0h定比例尺

初始位置及推桿位移曲線偏距圓、基圓確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置點(diǎn)；作推桿高副元素的包絡(luò)線。求解步驟：環(huán)節(jié)三、小組討論—完成任務(wù)

任務(wù)：設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)凸輪配氣機(jī)構(gòu)。已知理論輪廓基圓半徑rb=40mm，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下圖所示，凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，試用作圖法設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)盤形凸輪輪廓曲線。s

0301、尖頂對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪的設(shè)計(jì)1）已知條件：位移線圖如下，基圓半徑為rb=40mm，凸輪以等角速度ω1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，試?yán)L制凸輪的輪廓曲線。Sd0360018003000H2100圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓解:1.把位移曲線等分成12等份，編號(hào)Sd0H

圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓

2.按1：1比例作基圓，分12等份，逆著凸輪轉(zhuǎn)向編號(hào)1274568910123w0123456789103.作等分射線4.在等分射線上截取相應(yīng)角度的位移，得尖頂各位置5.用曲線光滑連接各點(diǎn)，得凸輪輪廓曲線解:1.把位移曲線等分成12等份，編號(hào)Sd0H圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓

2.以mS

=1：1作基圓，分12等份，逆著凸輪轉(zhuǎn)向編號(hào)1274568910123w0123456789103.作等分射線4.在等分射線上截取相應(yīng)角度的位移，得尖頂各位置5.用曲線光滑連接各點(diǎn)，得凸輪輪廓曲線理論廓線實(shí)際廓線2、滾子對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪的設(shè)計(jì)按尖底從動(dòng)件的設(shè)計(jì)方法，作出理論輪廓曲線在理論輪廓上畫出一系列滾子，畫出滾子的內(nèi)包絡(luò)線得到實(shí)際輪廓曲線。視野拓展

間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)用以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)、進(jìn)給、轉(zhuǎn)位或分度功能。一、棘輪機(jī)構(gòu)（一）、棘輪機(jī)構(gòu)的組成棘輪機(jī)構(gòu)由擺桿、棘爪、棘輪、機(jī)架、止回爪等部分組成。棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理、特點(diǎn)和應(yīng)用

擺桿1左右擺動(dòng)，當(dāng)擺桿左擺時(shí)，棘爪4插入棘輪3的齒內(nèi)推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)過某一角度。當(dāng)擺桿右擺時(shí)，棘爪4滑過棘輪3，而棘輪靜止不動(dòng)，往復(fù)循環(huán)，制動(dòng)爪5防止棘輪反轉(zhuǎn)。

如果要求搖桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)都能使棘輪向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則可采用圖所示的雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)。如果要求棘輪作雙向間歇運(yùn)動(dòng)時(shí)，可采用具有矩形齒的棘輪以及與之相適應(yīng)的雙向棘爪。有齒的棘輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠，從動(dòng)棘輪容易實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)節(jié)，但是有噪聲、沖擊，輪齒易摩損，高速時(shí)尤其嚴(yán)重，常用于低速、輕載的間歇傳動(dòng)。

起重機(jī)、絞盤常用棘輪機(jī)構(gòu)使提升的重物能停在任何位置，以防止由于停電等原因造成事故。

自行車后輪牛頭刨床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)

(二)、棘輪機(jī)構(gòu)的類型1、外接棘輪機(jī)構(gòu)2、內(nèi)接棘輪機(jī)構(gòu)3、雙棘爪棘輪機(jī)構(gòu)4、雙向棘輪機(jī)構(gòu)（一）、槽輪機(jī)構(gòu)的組成

典型槽輪機(jī)構(gòu)由主動(dòng)撥盤、從動(dòng)槽輪和機(jī)架等組成。二、槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作原理G

工作原理：撥盤的連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為槽輪的單向間歇運(yùn)動(dòng)。撥盤槽輪定位盤定位弧鎖止弧槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠適用于分度、轉(zhuǎn)位等步進(jìn)機(jī)構(gòu)槽輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一次和停歇一次構(gòu)成一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)。（二）、槽輪機(jī)構(gòu)的類型1、外槽輪機(jī)構(gòu)2、內(nèi)槽輪機(jī)構(gòu)3、空間槽輪機(jī)構(gòu)三、不完全齒輪機(jī)構(gòu)由普通齒輪機(jī)構(gòu)演化而來，不同之處在于輪齒不布滿整個(gè)圓周。主動(dòng)輪轉(zhuǎn)一周，從動(dòng)