1、2022-5-2編制：呂亞清1機械設計基礎主講：呂亞清機電工程學院機械設計研究室2022-5-2編制：呂亞清2第三章 凸輪機構(gòu)Cam Mechanisms凸輪機構(gòu)常用于將主凸輪機構(gòu)常用于將主動件的連續(xù)動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹臑閺膭蛹耐鶑鸵苿油鶑鸵苿踊驍[動或擺動，能使從動件，能使從動件獲得任意預先給定的獲得任意預先給定的運動規(guī)律運動規(guī)律，因而廣泛，因而廣泛用于各種機械、儀表用于各種機械、儀表和操作裝置中。和操作裝置中。2022-5-2編制：呂亞清3第三章 凸輪機構(gòu)Cam Mechanisms31凸輪機構(gòu)的組成、應用和分類凸輪機構(gòu)的組成、應用和分類32從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動

2、規(guī)律33圖解法設計凸輪輪廓圖解法設計凸輪輪廓34凸輪機構(gòu)設計中的幾個問題凸輪機構(gòu)設計中的幾個問題2022-5-2編制：呂亞清4一、組成一、組成u 由三個構(gòu)件組成的一種高副機由三個構(gòu)件組成的一種高副機構(gòu)構(gòu)u 凸輪凸輪camcam：具有曲線輪廓或凹：具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件槽的構(gòu)件u 推桿推桿/ / 從動件從動件followerfollower，運動，運動規(guī)律由凸輪廓線和運動尺寸決定規(guī)律由凸輪廓線和運動尺寸決定u 機架機架 frameframe推桿推桿凸輪凸輪內(nèi)燃機內(nèi)燃機配氣機構(gòu)配氣機構(gòu)機架機架31凸輪機構(gòu)的組成、應用和分類2022-5-2編制：呂亞清5二、特點二、特點優(yōu)點：優(yōu)點：u實現(xiàn)各種復雜的

3、運動要求實現(xiàn)各種復雜的運動要求u結(jié)構(gòu)簡單、緊湊結(jié)構(gòu)簡單、緊湊u設計方便設計方便缺點：缺點：u點、線接觸，易磨損，不適合高速、點、線接觸，易磨損，不適合高速、重載重載推桿凸輪機架2022-5-2編制：呂亞清6三、分類及應用三、分類及應用1.1.按凸輪的形狀分按凸輪的形狀分2.2.按從動件的形狀分按從動件的形狀分3.3.按從動件的運動形式分按從動件的運動形式分4.4.按從動件的布置形式分按從動件的布置形式分5.5.按凸輪與從動件維持高副接觸的方按凸輪與從動件維持高副接觸的方法分法分6.6.小結(jié)小結(jié)推桿凸輪機架2022-5-2編制：呂亞清71 1 . . 按凸輪的形狀分按凸輪的形狀分盤形凸輪盤形凸輪

4、plate, 應用應用u凸輪呈向徑變化的盤形凸輪呈向徑變化的盤形u結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單, 應用最廣泛應用最廣泛移動凸輪移動凸輪traslating, 應用應用u凸輪呈板型凸輪呈板型, 直線移動直線移動圓柱凸輪圓柱凸輪cylindrical, 應用應用u空間凸輪機構(gòu)空間凸輪機構(gòu)u凸輪輪廓做在圓柱凸輪輪廓做在圓柱體上體上u空間運動空間運動推桿推桿凸輪凸輪凸輪凸輪推桿推桿推桿推桿凸輪凸輪2022-5-2編制：呂亞清82. 2. 按從動件的形狀分按從動件的形狀分尖頂推桿尖頂推桿 Knife-edgeu尖頂始終能夠與凸輪輪廓尖頂始終能夠與凸輪輪廓保持接觸，可實現(xiàn)復雜的保持接觸，可實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律運動規(guī)律u

5、易磨損，只宜用于輕載、易磨損，只宜用于輕載、低速低速滾子推桿滾子推桿 Rolleru耐磨、承載大，較常用耐磨、承載大，較常用平底推桿平底推桿 Flat-facedu接觸面易形成油膜，利于接觸面易形成油膜，利于潤滑，常用于高速運動潤滑，常用于高速運動u配合的凸輪輪廓必須全部配合的凸輪輪廓必須全部外凸外凸尖頂推桿尖頂推桿滾子推桿滾子推桿平底推桿平底推桿平底推桿平底推桿2022-5-2編制：呂亞清93 . 3 . 按從動件的運動形式分按從動件的運動形式分直動推桿直動推桿translatingu往復移動往復移動u軌跡為直線軌跡為直線擺動推桿擺動推桿oscillatingu往復擺動往復擺動u軌跡為圓弧軌

6、跡為圓弧尖頂推桿尖頂推桿滾子推桿滾子推桿平底推桿平底推桿直動推桿直動推桿擺動推桿擺動推桿動畫動畫2022-5-2編制：呂亞清104 . 4 . 按從動件的布置形式分按從動件的布置形式分對心對心in-line直動推桿直動推桿偏置偏置offset直動直動推桿推桿尖頂推桿尖頂推桿滾子推桿滾子推桿2022-5-2編制：呂亞清115.5.按凸輪與從動件維持高副接觸的方法分按凸輪與從動件維持高副接觸的方法分力封閉型（力鎖合）力封閉型（力鎖合）Force-closed形封閉型（形鎖合）形封閉型（形鎖合）Form-closed2022-5-2編制：呂亞清126. 6. 小結(jié)小結(jié) 一般凸輪機構(gòu)的命名原則一般凸輪

7、機構(gòu)的命名原則: :u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對心直直動動尖頂尖頂推桿推桿盤盤形凸輪形凸輪機構(gòu)機構(gòu)偏置偏置直直動動滾子滾子推桿推桿盤盤形凸輪形凸輪機構(gòu)機構(gòu)擺擺動動平底平底推桿推桿盤形盤形凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)2022-5-2編制：呂亞清133 31 1從動件的常用運動規(guī)律從動件的常用運動規(guī)律 Follower Motion Curves一一凸輪與從動件的運動關系凸輪與從動件的運動關系二二從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律2022-5-2編制：呂亞清141.1.基圓、基圓半徑基圓、基圓半徑 r rb b2.2.向徑向徑 r r3. 3.

8、推程、推程角推程、推程角 4. 4. 上停程上停程 ( (遠休遠休) ) 上停程角上停程角 ( (遠休止角遠休止角) ) s s5. 5. 回程、回程角回程、回程角 6. 6. 下停程下停程 ( (近休近休) ) 下停程角下停程角 ( (近休止角近休止角) ) s s 7. 7. 轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 、位移位移S S8. 8. 行程行程 ( (升程升程)h )h total follower travel or liftrrbSh ssw一一. .凸輪與從動件的運動關系凸輪與從動件的運動關系2022-5-2編制：呂亞清15一.凸輪與從動件的運動關系（續(xù)）可見可見: 從動件的運動規(guī)律是與凸輪輪廓曲線的形狀

9、相從動件的運動規(guī)律是與凸輪輪廓曲線的形狀相對應的。對應的。從動件位移從動件位移s、速度、速度、加速度、加速度a a隨凸輪轉(zhuǎn)角（時間隨凸輪轉(zhuǎn)角（時間t t）的變化規(guī)律，稱為）的變化規(guī)律，稱為從動件運動規(guī)律從動件運動規(guī)律。2022-5-2編制：呂亞清161. 1. 等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律Constant Velocity Motion Curve ( (直線位移運動規(guī)律、直線位移運動規(guī)律、 一次多項式運動規(guī)律一次多項式運動規(guī)律) )Sdd0HVdd0adHwd0d0特點：特點：設計簡單、勻速進給、設計簡單、勻速進給、a amaxmax 最大。最大。 始點、末點有剛性沖擊。始點、末點有剛性沖擊。

10、二二. .從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律2022-5-2編制：呂亞清172. 2. 等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律Constant Acceleration and Deceleration ( (拋物線位移運動規(guī)律、二次多項式運動規(guī)律拋物線位移運動規(guī)律、二次多項式運動規(guī)律) )Sdd0HVdd0ad2Hwd0d04Hw2d0d0H特點特點: : a amaxmax 最小最小 慣性力小。慣性力小。 起、中、末點有軟性起、中、末點有軟性( (柔性）柔性） 沖擊沖擊. .Sd2022-5-2編制：呂亞清18ad3.3.余弦加速度運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律Cosine Acceler

11、ation ( (簡諧簡諧Simple Harmonic運動位移運動規(guī)律運動位移運動規(guī)律) )d0H0 1 2 3 4 5 6 7 812345678SdVd0 1 2 3 4 5 6 7 8d0pHw2d0012345678p2Hw22d020123456特點特點: : 加速度變化連續(xù)平緩加速度變化連續(xù)平緩. . 始、末點有軟性沖擊始、末點有軟性沖擊. .0 1 2 3 4 5 6 7 8d0782022-5-2編制：呂亞清19add0pHw2d0201246780 1 2 3 4 5 6 7 834.4.正弦加速度運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律 Sine AccelerationVd2Hwd0

12、0123468d00 1 2 3 4 5 6 7 8557Hp特點：特點： 加速度變化連續(xù)加速度變化連續(xù). . a amaxmax 最大最大. . ( (擺線投影位移運擺線投影位移運動動Cycloid Motion規(guī)規(guī)律律) )d01 2 3 4 5 6 7 8dH123456S7002022-5-2編制：呂亞清20AAAAAAAAAAA A Au解析法、作圖法解析法、作圖法u相對運動原理法相對運動原理法:(:(也稱反轉(zhuǎn)也稱反轉(zhuǎn)法法):):principle of inversion對整個系統(tǒng)施加對整個系統(tǒng)施加- -運動運動此時，凸輪保持不動此時，凸輪保持不動推桿作復合運動推桿作復合運動= =

13、反轉(zhuǎn)運反轉(zhuǎn)運動動(-(-) +) +預期運動預期運動( (s)s)A Ar0w w-w wr03 33 3圖解法設計凸輪輪廓圖解法設計凸輪輪廓Graphical Synthesis of the cam Contour一、凸輪廓線設計的基本原理一、凸輪廓線設計的基本原理2022-5-2編制：呂亞清21二、作圖法設計凸輪廓線二、作圖法設計凸輪廓線作圖步驟：作圖步驟：1 1 根據(jù)從動件的運動規(guī)律：作出位根據(jù)從動件的運動規(guī)律：作出位移線圖移線圖S S2 2-1 1，并等分角度，并等分角度2 2 定基圓定基圓3 3 作出推桿在作出推桿在反轉(zhuǎn)運動反轉(zhuǎn)運動中依次占據(jù)中依次占據(jù)的位置的位置4 4 據(jù)運動規(guī)律

14、，求出從動件在據(jù)運動規(guī)律，求出從動件在預期預期運動運動中依次占據(jù)的位置中依次占據(jù)的位置5 5 將兩種運動復合，就求出了從動將兩種運動復合，就求出了從動件尖端在復合運動中依次占據(jù)的件尖端在復合運動中依次占據(jù)的位置點位置點6 6 將各位置點聯(lián)接成光滑的曲線將各位置點聯(lián)接成光滑的曲線7 7 在理論輪廓上再作出凸輪的實際在理論輪廓上再作出凸輪的實際輪廓輪廓1 1 對心直動尖頂推桿對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)盤形凸輪機構(gòu)2 2 對心直動滾子推桿對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)盤形凸輪機構(gòu)3 3 對心直動平底推桿對心直動平底推桿盤形凸輪機構(gòu)盤形凸輪機構(gòu)4 4 偏置直動尖頂推桿偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)盤形凸

15、輪機構(gòu)5 5 擺動推桿盤形凸輪擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)機構(gòu)6 6 小結(jié)小結(jié)2022-5-2編制：呂亞清221 1 對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)Plate Cam with in-line Translating Knife-edge Follower已知：已知：r r0 0，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動設計：設計：凸輪廓線凸輪廓線解：解： 1. 1. 定比例尺定比例尺l l 2. 2. 初始位置及推桿位移曲初始位置及推桿位移曲線線3. 3. 確定推桿確定推桿反轉(zhuǎn)運動反轉(zhuǎn)運動占據(jù)占據(jù)的各位置的各位置4. 4. 確定推桿確定推桿預期運動

16、預期運動占據(jù)占據(jù)的各位置的各位置5. 5. 推桿高副元素族推桿高副元素族6. 6. 推桿高副元素的包絡線推桿高副元素的包絡線sd0h1200600900902022-5-2編制：呂亞清232 2 對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)已知：已知：r r0 0，推桿運動規(guī)律，滾子半徑，推桿運動規(guī)律，滾子半徑r rr r, , 凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動設計：設計：凸輪廓線凸輪廓線解：解： 1. 1. 定比例尺定比例尺l l 2. 2. 初始位置及推桿位移曲線初始位置及推桿位移曲線注：兩條廓線，理論注：兩條廓線，理論實際廓線實際廓線實際廓線基圓實際廓線基圓r rminm

17、in理論廓線基圓理論廓線基圓r r0 03. 3. 確定推桿確定推桿反轉(zhuǎn)運動反轉(zhuǎn)運動占據(jù)的各占據(jù)的各位置位置4. 4. 確定推桿確定推桿預期運動預期運動占據(jù)的各占據(jù)的各位置位置5. 5. 推桿高副元素族推桿高副元素族6. 6. 推桿高副元素的包絡線推桿高副元素的包絡線sd0h120060090090理論輪廓理論輪廓實際輪廓實際輪廓2022-5-2編制：呂亞清24sd0h1200600900903 3 對心直動平底推桿盤形凸輪機構(gòu)對心直動平底推桿盤形凸輪機構(gòu)已知：已知：r r0 0，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動設計：設計：凸輪廓線凸輪廓線解：解： 1. 1.

18、 定比例尺定比例尺l l 2. 2. 初始位置及推桿位移曲線初始位置及推桿位移曲線3. 3. 確定推桿確定推桿反轉(zhuǎn)運動反轉(zhuǎn)運動占據(jù)的占據(jù)的各位置各位置4. 4. 確定確定推桿預期推桿預期運動占據(jù)的運動占據(jù)的各位置各位置5. 5. 推桿高副元素族推桿高副元素族6. 6. 推桿高副元素的包絡線推桿高副元素的包絡線了解了解實際輪廓實際輪廓2022-5-2編制：呂亞清25sd0h1200600900904 4 偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)已知：已知：r r0 0，偏置圓半徑，偏置圓半徑e e，推桿運動規(guī)律，凸輪，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動逆時針方向轉(zhuǎn)動設計：設計：凸輪

19、廓線凸輪廓線解：解： 1. 1. 定比例尺定比例尺l l 2. 2. 初始位置及推桿位移曲線初始位置及推桿位移曲線偏距圓、基圓偏距圓、基圓3. 3. 確定推桿確定推桿反轉(zhuǎn)運動反轉(zhuǎn)運動占據(jù)的占據(jù)的各位置各位置4. 4. 確定推桿確定推桿預期運動預期運動占據(jù)的占據(jù)的各位置各位置5. 5. 推桿高副元素族推桿高副元素族6. 6. 推桿高副元素的包絡線推桿高副元素的包絡線了解了解2022-5-2編制：呂亞清265 5 擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)r0wr0w分析：分析：-w2022-5-2編制：呂亞清27擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)設計設計已知：已知：r r0 0，機架長度，推

20、桿運，機架長度，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動設計：設計：凸輪廓線凸輪廓線解：解： 1. 1. 定比例尺定比例尺l l 2. 2. 初始位置及推桿位移曲線初始位置及推桿位移曲線3. 3. 確定推桿確定推桿反轉(zhuǎn)運動反轉(zhuǎn)運動占據(jù)的占據(jù)的各位置各位置4. 4. 確定推桿確定推桿預期運動預期運動占據(jù)的占據(jù)的各位置各位置5. 5. 推桿高副元素族推桿高副元素族6. 6. 推桿高副元素的包絡線推桿高副元素的包絡線2d10F120060090090w2122232425262728292102112122022-5-2編制：呂亞清286 6 小結(jié)小結(jié)應用反轉(zhuǎn)法時應注意：應用反轉(zhuǎn)法

21、時應注意：u要能正確理解凸輪要能正確理解凸輪實際廓線實際廓線和和理論廓線理論廓線的關系的關系u要正確確定推桿的反轉(zhuǎn)方向要正確確定推桿的反轉(zhuǎn)方向u正確確定推桿在反轉(zhuǎn)運動中占據(jù)的位置正確確定推桿在反轉(zhuǎn)運動中占據(jù)的位置一一直動推桿：直動推桿：推桿在反轉(zhuǎn)前后兩位置線的夾角應等于凸推桿在反轉(zhuǎn)前后兩位置線的夾角應等于凸輪的轉(zhuǎn)角輪的轉(zhuǎn)角二二擺動推桿：擺動推桿：反轉(zhuǎn)前后推桿擺動中心和凸輪軸心的兩連反轉(zhuǎn)前后推桿擺動中心和凸輪軸心的兩連線之間的夾角應等于凸輪的轉(zhuǎn)角線之間的夾角應等于凸輪的轉(zhuǎn)角u正確確定推桿的位移或擺角正確確定推桿的位移或擺角一一直動推桿：直動推桿：位移等于推桿所在位置與理論廓線的交點位移等于推桿所

22、在位置與理論廓線的交點和與基圓交點之間的距離和與基圓交點之間的距離二二擺動推桿：擺動推桿：角位移等于推桿所在位置與推桿起始位置角位移等于推桿所在位置與推桿起始位置之間的夾角之間的夾角2022-5-2編制：呂亞清29實際廓線曲率半徑：實際廓線曲率半徑： a 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： r rr r1 1 內(nèi)凹凸輪廓線內(nèi)凹凸輪廓線 a a= = +r+rr r理論廓線最小理論廓線最小結(jié)論：結(jié)論：無論滾子半徑多大，總能由無論滾子半徑多大，總能由理論廓線得到理論廓線得到實際廓線實際廓線一、滾子半徑的選擇一、滾子半徑的選擇2 2 外凸凸輪廓線外凸凸輪廓線 a a= =

23、-r-rr r r rr r， a a00，實際廓線平滑，實際廓線平滑 =r=rr r， a a=0=0，實際廓線，實際廓線變尖變尖 r rr r， a a0rrrr a= -rr0 r rr r實際設計時，應保證實際設計時，應保證 aminamin = = minmin -r -rr r a a =35 =35 mmmm2022-5-2編制：呂亞清311.1.壓力角壓力角a 與驅(qū)動力與驅(qū)動力 F Fa a a F2 F1 效率效率當當 a a 大于一定值大于一定值, , 將自鎖將自鎖. .一般一般, , 推程推程 aa = 30 = 30 ( (移動移動) ) 3535 45 45 ( (擺動擺動) ) 回程回程 aa = 70 = 70 80 80 a a 過大過大將造成將造成滑脫滑脫QQ二二. .凸輪機構(gòu)的壓力角凸輪機構(gòu)的壓力角F2F1FF1F （有效分力）（有效分力）F2F （有害分力）（有害分力）2022-5-2編制：呂亞清322.2.壓力角壓力角a與基圓半徑assa基圓基圓r r0 0 越小越小 結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊 壓力角壓力角a a 效率效率原則原則