機械原理與設計-現(xiàn)代機器的認知、分析與設計 課件 ch9-凸輪機構

第九章凸輪機構設計與制造II“設計與制造II”課程

（D&MII，ME3220）目錄第九章凸輪機構概述（凸輪機構設計過程）從動件運動設計凸輪廓線求解凸輪機構基本參數(shù)設計思考題習題3第九章凸輪機構凸輪機構的構成與其功能凸輪機構的分類凸輪機構的基本名詞術語Back概述4概述凸輪機構的構成與其功能5概述凸輪機構的構成與其功能內(nèi)燃機概述凸輪機構的構成與其功能計里鼓車：計里運動--齒輪機構擊鼓運動--凸輪機構概述凸輪機構的構成與其功能概述凸輪機構的構成與其功能兩段組合式翻蓋手機轉(zhuǎn)軸9按凸輪的形狀分類概述凸輪機構的分類移動凸輪盤形凸輪圓柱凸輪10按從動件形狀分類概述凸輪機構的分類尖底曲面滾子平底尖底曲面滾子平底概述凸輪機構的分類移動轉(zhuǎn)動按凸輪的運動形式分類12按從動件的運動形式分類Back概述凸輪機構的分類擺動從動件直動從動件13按高副接觸維持方式分類概述凸輪機構的分類14概述凸輪機構的分類按高副接觸維持方式分類圓柱槽凸輪盤形槽凸輪機構等寬凸輪機構等徑凸輪機構共軛凸輪機構15Back概述凸輪機構的分類機構類型平面凸輪機構空間凸輪機構凸輪形狀盤形凸輪(platecam)移動凸輪(translatingcam)圓柱凸輪(cylindricalcam)圓錐凸輪(conecam)從動件運動方式往復擺動(oscillating)往復移動(reciprocating)從動件上高副接觸元素尖底(knife-edge)尖底(knife-edge)滾子(roller)滾子(roller)平底(flat-face)曲面曲面維持高副接觸的方式力封閉(force-closed)重力、彈簧力力封閉(force-closed)重力、彈簧力形封閉(form-closed)溝槽式、等寬、等徑、共軛凸輪形封閉(form-closed)溝槽式凸輪共軛凸輪機構16Back概述凸輪機構的基本名詞術語基圓(r0)、推程rise、回程fall、行程(h)、休止/停歇段dwell推程運動角(Φ)、回程運動角(Φ’)遠休止角(Φs)、近休止角(Φ’s)凸輪轉(zhuǎn)角(φ)、從動件的位移(s)凸輪運動4種類型概述

RDFD型(Rise-Dwell-Fall-Dwell)RFD型(Rise-Fall-Dwell)RF型(Rise-Fall)

RDF型(Rise-Dwell-Fall)從動件運動設計根據(jù)凸輪機構指定的升程、回程及停歇要求，設計從動件時序圖，確定從動件運動規(guī)律凸輪機構選型根據(jù)機構運動要求，選擇適用的凸輪與從動件類型考慮幾何尺寸限制、環(huán)境及成本要求機構參數(shù)設計確定凸輪機構參數(shù)（基圓、最大壓力角、滾子半徑/平底寬度等）凸輪廓線求解利用圖解法或解析法設計凸輪廓線機構性能分析校核分析凸輪機構的壓力角、曲率半徑、尺寸約束等凸輪設計過程凸輪機構選型從動件運動設計機構參數(shù)設計機構性能校核概述凸輪廓線求解19從動件運動設計多項式類運動規(guī)律三角函數(shù)類運動規(guī)律組合型運動規(guī)律從動件運動設計（凸輪機構運動設計）Back等速(ConstantVelocityMotion)等加速等減速(ConstantAccelerationMotion)五次多項式(3-4-5PolynomialMotion)簡諧運動(SimpleHarmonicMotion)：余弦擺線運動(CycloidalMotion)：正弦20一般形式從動件運動設計多項式類的運動規(guī)律21從動件運動設計多項式類的運動規(guī)律等速運動規(guī)律剛性沖擊推程邊界條件為22回程邊界條件為從動件運動設計多項式類的運動規(guī)律等速運動規(guī)律23從動件運動設計多項式類的運動規(guī)律推程邊界條件為等加速等減速運動規(guī)律作等加速運動24從動件運動設計多項式類的運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律柔性沖擊邊界條件為作等減速運動25回程從動件運動設計多項式類的運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律推程26從動件運動設計多項式類的運動規(guī)律推程五次多項式運動規(guī)律邊界條件為27回程高速凸輪機構從動件運動設計多項式類的運動規(guī)律五次多項式運動規(guī)律28三角函數(shù)運動規(guī)律：從動件的加速度按余弦曲線或正弦曲線變化。從動件運動設計三角函數(shù)類運動規(guī)律余弦加速度：簡諧運動規(guī)律（SimpleHarmonicMotion）正弦加速度：擺線運動規(guī)律（CycloidalMotion）簡余擺正（撿魚擺正）從動件運動設計三角函數(shù)類運動規(guī)律推程簡諧運動規(guī)律的加速度在行程始、終點有突變，這會引起柔性沖擊。但在無休止角的升—降—升凸輪機構中，在連續(xù)的運動中則無沖擊發(fā)生。柔性沖擊簡諧運動規(guī)律(余弦加速度simpleharmonicmotionfunction)30回程從動件運動設計三角函數(shù)類運動規(guī)律推程簡諧運動規(guī)律(余弦加速度simpleharmonicmotionfunction)從動件運動設計三角函數(shù)類運動規(guī)律擺線運動規(guī)律(正弦加速度,cycloidalmotionfunction)推程沖擊？由于加速度沒有突變，因而在運動中沒有沖擊。可在較高速度工況下使用。1599年伽利略命名最速降線問題的解32回程從動件運動設計Back三角函數(shù)類運動規(guī)律擺線運動規(guī)律(正弦加速度,cycloidalmotionfunction)推程33從動件運動設計從動件運動設計（組合運動規(guī)律的設計）1)從動件的最大速度要vmax

盡量小。2)從動件的最大加速度要amax盡量小。3)從動件的最大躍度要jmax盡量小。

vmax、amax

、jmax的值越小越好，但相互矛盾相互制約。Back幾種基本運動規(guī)律的特性值動量

mv：受阻時產(chǎn)生極大沖力。從動件質(zhì)量m較大時，選vmax小者。慣性力

ma：接觸應力大，影響強度、加劇磨損。高速凸輪機構，選amax小者。341)選擇一種基本運動規(guī)律為主體運動規(guī)律，然后用其他運動規(guī)律與之組合，通過優(yōu)化對比，尋求最佳的組合型式。（主輔結合）2)在行程的起始點和終止點，有較好的邊界條件。（啟停柔和）3)不同運動規(guī)律的連接點處，要滿足位移、速度、加速度甚至更高一階導數(shù)的連續(xù)。（段間接續(xù)）4)各段不同的運動規(guī)律要有較好的動力性能和工藝性。從動件運動設計組合型運動規(guī)律組合原則Back35凸輪輪廓曲線的求解凸輪機構的相對運動原理凸輪輪廓曲線凸輪廓線的求解36Back凸輪輪廓曲線的求解凸輪機構的相對運動原理（反轉(zhuǎn)法）凸輪運轉(zhuǎn)凸輪靜止相對關系37凸輪輪廓曲線的求解凸輪輪廓曲線對心尖底直動從動件①選定基圓半徑r0，畫出基圓；②等分位移曲線，確定設計點；③應用反轉(zhuǎn)法逐點作圖確定各接觸點位置B0，B1，B2，……；④光滑連接B0，B1，B2，……點，就得所要設計的凸輪廓線。38凸輪輪廓曲線的求解凸輪輪廓曲線對心尖底直動從動件39凸輪輪廓曲線的求解凸輪輪廓曲線直動滾子從動件凸輪廓線的求解直動平底從動件凸輪輪廓曲線的求解凸輪廓線的求解擺動滾子從動件理論廓線實際廓線凸輪輪廓曲線的求解凸輪廓線的求解擺動平底從動件凸輪輪廓曲線的求解43刀具中心軌跡的坐標計算凸輪廓線的加工凸輪輪廓曲線的求解44凸輪機構基本參數(shù)設計凸輪機構的壓力角凸輪機構基本參數(shù)設計凸輪機構有哪些參數(shù)？機構：壓力角凸輪：基圓大小從動件：滾子大小平底寬度偏置方向偏距大小45凸輪機構的壓力角直動從動件的壓力角（取減號）凸輪機構基本參數(shù)設計凸輪機構的壓力角（取加號）凸輪機構基本參數(shù)設計凸輪機構的壓力角凸輪機構基本參數(shù)設計擺動從動件的壓力角凸輪機構的壓力角凸輪機構基本參數(shù)設計凸輪機構的壓力角凸輪機構基本參數(shù)設計50凸輪機構的許用壓力角凸輪機構的最大壓力角要小于許用壓力角凸輪機構的壓力角凸輪機構基本參數(shù)設計51直動滾子從動件盤形凸輪凸輪機構基本參數(shù)的設計—基圓半徑壓力角與基圓半徑是一對矛盾凸輪機構基本參數(shù)設計52凸輪機構基本參數(shù)的設計—基圓半徑直動平底從動件盤形凸輪按全部廓線外凸的條件設計令凸輪機構基本參數(shù)設計凸輪機構基本參數(shù)的設計—滾子半徑、平底寬度53滾子：強度和運動特性平底：處處與凸輪接觸附加長度Δl由具體結構定。一般取Δl＝5~7mm強度要求：運動特性要求：不發(fā)生運動失真凸輪機構基本參數(shù)設計54從動件偏置方向：減小壓力角一般情況下：從動件速度最大值

機構壓力角最大值偏距e

增大，有利于減小壓力角凸輪機構基本參數(shù)的設計—偏距凸輪機構基本參數(shù)設計教學內(nèi)容與基本要求第九章凸輪機構學習目標(Objective)能描述凸輪機構的常用類型(classification/construction)能解釋從動件常用運動規(guī)律；能按給定運動要求設計凸輪機構重點(Keypoints)

（1）凸輪運動特性(kinematiccharacteristics)（2）從動件運動規(guī)律/曲線(timingdiagram/motionprogram)（3）凸輪輪廓線的設計(camdesign)基本概念(Basicconcept)

基圓(basecircle)、壓力角(pressureangle)、理論廓線(pitchcurve)、實際廓線(camprofile)、推程/角(rise)、回程/角(fall)、行程(lift)56思考題4—1凸輪的基圓半徑是指凸輪的轉(zhuǎn)動中心到理論廓線的量小半徑，還是指凸輪的轉(zhuǎn)動中心到實際廓線的最小半徑?4—2如何理解從動件某一位移時的凸輪的轉(zhuǎn)角?從動件在升程和回程階段的凸輪轉(zhuǎn)角如何度量?4—3直動滾子從動件、尖底從動件、平底從動件的升程階段和回程階段位移如何度量?4—4