1、凸輪機構及其設計本章重點本章重點幾種常用運動規律的特點幾種常用運動規律的特點壓力角與機構尺寸、機構效率的關系壓力角與機構尺寸、機構效率的關系盤形凸輪廓線曲線的設計盤形凸輪廓線曲線的設計第三章第三章 凸輪機構凸輪機構 3-1 凸輪機構的應用及分類 3-2 從動件常用運動規律 3-3 凸輪機構的壓力角 3-4 凸輪輪廓的設計主要內容主要內容: : 1. 1.凸輪機構的類型、特點凸輪機構的類型、特點 2. 2.常用從動件運動規律及運動線圖的繪制常用從動件運動規律及運動線圖的繪制 3. 3.凸輪輪廓曲線的設計凸輪輪廓曲線的設計本章重點本章重點: : 從動件運動線圖的繪制從動件運動線圖的繪制 凸輪輪廓曲

2、線的設計凸輪輪廓曲線的設計本章難點本章難點: : 從動件運動線圖的繪制從動件運動線圖的繪制凸輪凸輪:具有曲線輪廓的原動件具有曲線輪廓的原動件從動桿從動桿:運動規律受凸輪限制運動規律受凸輪限制機架機架3機架2從動件e1凸輪高副組組成成3-1 3-1 凸輪機構的應用和類型凸輪機構的應用和類型eh凸輪機構凸輪機構 由凸輪，從動件由凸輪，從動件和機架構成的三桿高副機構。和機架構成的三桿高副機構。eh凸凸輪輪機機構構的的優優點點：只要適當地設計凸輪的輪廓曲線，便可使從動件獲得任意預定的運動規律，且機構簡單緊湊。凸凸輪輪機機構構的的缺缺點點：凸輪與從動件是高副接觸，比壓較大，易于磨損，故這種機構一般僅用于

3、傳遞動力不大的場合。應用一、內燃機配氣機構應用二、繞線機構 1 2應用三、送料機構應用四、自動機床上的走刀機構2)2)按照從動件形狀分類按照從動件形狀分類: :尖頂、平底、滾子尖頂、平底、滾子3)3)按照從動件運動方式分類按照從動件運動方式分類: :挪動、擺動挪動、擺動二、分類二、分類1)1)按照凸輪形狀分類按照凸輪形狀分類: :盤形、挪動、圓柱盤形、挪動、圓柱4 4一般凸輪機構的命名原則一般凸輪機構的命名原則: :布置形式布置形式+運動形式運動形式+推桿形狀推桿形狀+凸輪形狀凸輪形狀對心直動尖對心直動尖頂推桿盤形頂推桿盤形凸輪機構凸輪機構偏置直動滾偏置直動滾子推桿盤形子推桿盤形凸輪機構凸輪機

4、構擺動平底推桿擺動平底推桿盤形凸輪機構盤形凸輪機構凸輪機構的封閉凸輪機構的封閉(鎖合鎖合)方法方法 力封閉凸輪機構力封閉凸輪機構 重力封閉重力封閉 彈簧力封閉彈簧力封閉 幾何封閉凸輪機構幾何封閉凸輪機構等寬凸輪等寬凸輪等徑凸輪等徑凸輪主回凸輪主回凸輪凹槽凸輪凹槽凸輪留意留意: :必須設法使凸輪與從動件始終保持接觸必須設法使凸輪與從動件始終保持接觸按從動件的運動分類擺動從動件凸輪機構擺動從動件凸輪機構直動從動件凸輪機構直動從動件凸輪機構按從動件的形狀分類滾子從動件凸輪機構滾子從動件凸輪機構尖頂從動件凸輪機構尖頂從動件凸輪機構平底從動件凸輪機構平底從動件凸輪機構小結按凸輪的形狀分類盤形凸輪機構盤形

5、凸輪機構移動凸輪機構移動凸輪機構圓柱凸輪機構圓柱凸輪機構3-2 3-2 從動件的常用運動規律從動件的常用運動規律一、凸輪運動常用術語一、凸輪運動常用術語基圓：以輪廓的最小向徑基圓：以輪廓的最小向徑所作的圓所作的圓(rmin基圓半徑基圓半徑)升程：推程所移動的距離升程：推程所移動的距離推程運動角推程運動角t：與推程對：與推程對應的凸輪轉角。應的凸輪轉角。推程：從動件從離回轉中推程：從動件從離回轉中心最近心最近最遠的這一過程最遠的這一過程回程運動角回程運動角h：與回程對：與回程對應的凸輪轉角。應的凸輪轉角。一、凸輪運動常用術語一、凸輪運動常用術語遠休止角遠休止角s: 從動件在從動件在最遠位置不動凸

6、輪轉最遠位置不動凸輪轉角角(BC)近休止角近休止角s:從動件從動件最近位置不動的轉最近位置不動的轉角角(DA)位移位移2:從動件移動從動件移動的距離的距離2 是時間是時間的函數的函數圓弧段圓弧段1200120060060012001200600600rmin基圓rmin）以最短向徑所作的圓12001200600600rminFEBD12001200600600rminFEBDS21120012000600180012006003600300012001200600600rbFEBDS21120012000600180012006003600300012001200600600rbFEBDS21

7、1200120006001800120060036003000h h升程h推桿的最大位移。其對應的凸輪轉角t推程運動角t t12001200600600rbFEBDS211200120006001800120060036003000htEF段從動件在遠處停止，其對應的轉角s遠休止角。s遠休止角推程運動角12001200600600rbFEBDS211200120006001800120060036003000htDF段從動件回落回程s遠休止角推程運動角12001200600600rbFEBDS211200120006001800120060036003000h12001200600600rbF

8、EBDS211200120006001800120060036003000htshst推程運動角；s遠休止角h回程運動角；s近休止角A凸輪機構的運動過程凸輪機構的運動過程 基圓基圓( (以凸輪輪廓最小向徑所組成的圓以凸輪輪廓最小向徑所組成的圓) )，基圓半，基圓半徑徑rminrmin 推程，推程運動角推程，推程運動角t t 遠休止，遠休止角遠休止，遠休止角s s 回程，回程運動角回程，回程運動角h h 近休止，近休止角近休止，近休止角s s 行程升程），行程升程），h h運動線圖運動線圖: : 從動件的位移、速度、加速度等從動件的位移、速度、加速度等隨時間隨時間t t或凸輪轉角或凸輪轉角變化關

9、系圖變化關系圖t sh srmin t推程推程 s遠休止遠休止 h回程回程 s近休止近休止t1s20BCDhA重點：重點： 如何根據從動件的運動規律如何根據從動件的運動規律2 2 與與1 1 函函數數關系作運動線圖關系作運動線圖有幾種？特點？有幾種？特點？二、從動件的常用運動規律二、從動件的常用運動規律 凸輪的外型由從動件運動規律決定凸輪的外型由從動件運動規律決定: :2 2 與與1 1 函數關系曲線函數關系曲線 位移方程：位移方程： 速度方程：速度方程： 加速度方程：加速度方程：( )ss( )ss t( ) ( )aa 多項式運動規律多項式運動規律 一次多項式運動規律一次多項式運動規律等速

10、運動等速運動 二次多項式運動規律二次多項式運動規律等加速等減速運動等加速等減速運動 三角函數運動規律三角函數運動規律 余弦加速度運動余弦加速度運動簡諧運動簡諧運動 正弦加速度運動正弦加速度運動擺線運動擺線運動常用運動規律：常用運動規律：多項式運動規律多項式運動規律推程段推程段(0t)運動方運動方程程hs 0 tv 0a 0-+1. 等速運動等速運動一次多項式運動規一次多項式運動規律律2012.nnsCCCC01sCC邊界條件邊界條件:00;= ,s=t= ,s= h00C1thCths位位移移方方程程：tdsds dhdtddt速速度度方方程程：0dadt加加速速度度方方程程：剛性沖擊剛性沖擊

11、一次多項式運動規律一次多項式運動規律等速運動續）等速運動續）回程段回程段(0h) 運動運動方程方程s 0v 0a 0h- +- th1hsh位位移移方方程程：hh速速度度方方程程：0a 加加速速度度方方程程：At sh srminBCDA10mmS211204012080在啟動與終止段用其它運動規律過渡在啟動與終止段用其它運動規律過渡 適于低速、輕載、從動桿質量不大，要求勻速處。適于低速、輕載、從動桿質量不大，要求勻速處。h例：已知從動件作等速運動例：已知從動件作等速運動,20mm，t120, S40,h120,s80,作運動線圖。作運動線圖。取作圖比例取作圖比例ll2. 二次多項式運動規律二

12、次多項式運動規律-等加速等減速運動等加速等減速運動 推程段運動方程推程段運動方程:s 0tv 0a 0h/2h/2t/2t/2h2012sCCC122dsCCdt222daCdt邊界條件邊界條件:00,0;= ,s=/2t= 2,s=h010,0CC222thC推程加速段推程加速段: 推程運動方程推程運動方程:222ths222 ()tthsh s 0tv 0a 0h/2h/2t/2t/2h24thv224tha24()tthv 224tha(0t/2) (t/2t)加速段加速段減速段減速段位移方程位移方程速度方程速度方程加速度方程加速度方程2. 二次多項式運動規律二次多項式運動規律-等加速等

13、減速運動等加速等減速運動柔性沖擊柔性沖擊位移位移1 : 4 : 9如升程前半行程取如升程前半行程取=3=3149升程后半段等減速升程后半段等減速對應的對應的2X2X為為9 : 4 : 19 : 4 : 10h/2h 作圖作圖: (: (升程升程) )前半行程前半行程(h/2)(h/2)等加速等加速后半行程后半行程(h/2)(h/2)等減速等減速 位位 1 : 4 : 9 :16 移移 16 : 9 : 4 : 1tt3 3 簡諧運動簡諧運動分析分析: : 點在圓周上作勻速運動時點在圓周上作勻速運動時, , 它在這個圓的直徑上它在這個圓的直徑上的投影所構成的運動。的投影所構成的運動。始點與終點有

14、柔性沖擊始點與終點有柔性沖擊中、低速凸輪機構中、低速凸輪機構)cos(2)sin(2)cos1 (22cos1221211111ttttttthahvhShRRRS 實際上實際上, , 從動件在推、回程的運動規律并非要相同。從動件在推、回程的運動規律并非要相同。作圖作圖: : 圖圖3-83-8留意留意: :橫軸和半圓的等分點一定要相同不是度數相同）橫軸和半圓的等分點一定要相同不是度數相同）h1s2h1s2h1s24. 正弦加速度運動正弦加速度運動擺線運動擺線運動推程推程運動方程：運動方程： 運動線圖運動線圖 沖擊特性：無沖擊沖擊特性：無沖擊 適用場合：高速凸輪適用場合：高速凸輪 缺陷：加速度最

15、大值缺陷：加速度最大值amax較大，慣性力較大，要求較大，慣性力較大，要求較高的加工精度較高的加工精度av0 00 1 2 3 4 5 6 7 8shA2ph0 12sin2ttsh21 costthv2222sinttha a a 有害分力有害分力F F當當 a a 大于一定值大于一定值, , 將自鎖將自鎖. .普通普通, , 推程推程 a 30 a 30 ( (挪動挪動) ) 35 35 45 45 ( (擺動擺動) ) 回程回程 a 70 a 70 80 80 aQ3-3 3-3 凸輪機構的壓力角凸輪機構的壓力角一、壓力角一、壓力角與作用力的關系與作用力的關系FFFopaasincos

16、FFFF二、壓力角二、壓力角與凸輪機構尺寸的關系與凸輪機構尺寸的關系1212ddsvlop22min21222min2erseddserseltgopa 結論結論1 1、在最大壓力角小于許用壓力角的前提下，盡可能選用、在最大壓力角小于許用壓力角的前提下，盡可能選用 小的基圓半徑。小的基圓半徑。2 2、為了減小推程壓力角，應將從動件導路向相對速度瞬、為了減小推程壓力角，應將從動件導路向相對速度瞬 心的同側偏置心的同側偏置3-4 3-4 圖解法設計凸輪輪廓圖解法設計凸輪輪廓相對運動原理相對運動原理 （作圖法）（作圖法）反轉法：反轉法：給整個機構加給整個機構加 - -運動運動凸輪不動，凸輪不動，機架

17、反轉，機架反轉，從動件作復合運動從動件作復合運動一、設計方法的原理一、設計方法的原理按給定從動件運動規律設計凸輪輪廓AAAAAAAAAAA A A凸輪廓線設計的基本原理凸輪廓線設計的基本原理相對運動原理法相對運動原理法:(運動學反轉運動學反轉法法):對整個系統施加對整個系統施加-w運動運動 凸輪保持不動凸輪保持不動 推桿作復合運動推桿作復合運動=反轉運動反轉運動(- ) +往復移動往復移動(s)A Ar0 -r0二、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制二、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制1 1、尖頂對心直動從動件盤形凸輪的設計、尖頂對心直動從動件盤形凸輪的設計3 3、滾子、滾子( (對心直動對心直動) )

18、從動件凸輪的設計從動件凸輪的設計4 4、平底、平底( (對心直動對心直動) )從動件凸輪的設計從動件凸輪的設計2 2、偏置尖頂直動從動件凸輪的設計、偏置尖頂直動從動件凸輪的設計作圖法設計凸輪廓線作圖法設計凸輪廓線作圖步驟：作圖步驟：1.根據從動件的運動規律根據從動件的運動規律,作出位移作出位移線圖線圖 s-，并等分運動角，并等分運動角; (或根據位移方程求出各對應或根據位移方程求出各對應的的s)2.畫基圓畫基圓,并等分運動角并等分運動角,并作出對應并作出對應射線；射線；3.根據推桿位移作出在反轉運動中依根據推桿位移作出在反轉運動中依次次 占據的位置占據的位置,求出推桿尖端在反轉求出推桿尖端在反

19、轉運動運動 中依次占據的位置點中依次占據的位置點4.將各位置點聯接成光滑的曲線將各位置點聯接成光滑的曲線1.1.尖頂對心直動從動件桿盤形凸輪尖頂對心直動從動件桿盤形凸輪: :知:rmin、h、w1、從動桿運動規律凸輪轉角從動桿運動 0 180 等速上升 h180 210 遠休止210 300 等速下降 300 360 近休止解:1.作位移曲線(取比例l)S2103600180021003000h1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 122.等份S2- 1圖10123456789103.作基圓(注意比例一致)4.-等分基圓得導軌5.量取相應位移6.作輪廓線注意比例一致注意比例一致11h

20、s0h1200600900902.2.偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構知：知：rmin， (逆時針逆時針), 偏距偏距e，運動規律，運動規律設計：凸輪廓線設計：凸輪廓線步驟：步驟：1. 取比例尺取比例尺l , 畫基圓和偏距圓畫基圓和偏距圓;2. 分析推桿運動規律分析推桿運動規律;3. 等分等分0,并作出對應射線；并作出對應射線；4.根據推桿位移作出在反轉運動根據推桿位移作出在反轉運動中依次占據的位置中依次占據的位置,求出推桿求出推桿尖端在反轉運動中依次占據尖端在反轉運動中依次占據的位置點的位置點; . .3 滾子(對心直動)從動件按尖頂從動件作凸輪輪廓線按尖頂從動件作凸

21、輪輪廓線0(0(理論輪廓理論輪廓) ) 理論廓線理論廓線0實際廓線實際廓線以以00各點為圓心作圓各點為圓心作圓( (滾子半徑為半徑滾子半徑為半徑) )作這些圓的包絡線作這些圓的包絡線(實際輪廓實際輪廓) )知：知：rmin，推桿運動規律，滾子半徑，推桿運動規律，滾子半徑rr, 凸輪逆時針方向轉動凸輪逆時針方向轉動 實際廓線曲率半徑：實際廓線曲率半徑： a 理論廓線曲率半徑：理論廓線曲率半徑： 滾子半徑：滾子半徑： rr 1 內凹凸輪廓線內凹凸輪廓線 a= +rr 理論廓線最小理論廓線最小 結論：無論滾子半徑多大，總能結論：無論滾子半徑多大，總能由理論廓線得到實際廓線由理論廓線得到實際廓線(1)

22、(1)合理選擇滾子半徑合理選擇滾子半徑2 外凸凸輪廓線外凸凸輪廓線a= -rrrr，a0，實際廓線平滑，實際廓線平滑=rr，a=0，實際廓線變尖，實際廓線變尖rr，arrrr a= -rr0 rr注意問題注意問題(2)(2)合理選擇基圓半徑合理選擇基圓半徑4 平底(對心直動)從動件按尖頂從動件作理論輪廓線一系列點按尖頂從動件作理論輪廓線一系列點A0,A1,A2,. A0,A1,A2,. 過各點作作各位置的平底過各點作作各位置的平底A0B0,A1B1,A2B2.A0B0,A1B1,A2B2.作這些平底的包絡線作這些平底的包絡線 實際輪廓實際輪廓實際廓線實際廓線A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B1011留意：