1、第三章 凸輪機構及其設計一、凸輪機構的應用一、凸輪機構的應用3-1 凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類機架機架從動件從動件滾子滾子凸輪凸輪盤形凸輪機構盤形凸輪機構在印刷機中的應用在印刷機中的應用等經凸輪機構等經凸輪機構在機械加工中的應用在機械加工中的應用利用分度凸輪利用分度凸輪機構實現轉位機構實現轉位圓柱凸輪機構在機圓柱凸輪機構在機械加工中的應用械加工中的應用二、凸輪機構的分類二、凸輪機構的分類凸輪機構分類凸輪機構分類1. 按兩活動構件之間按兩活動構件之間 相對運動特性分類相對運動特性分類2. 按從動件運動副按從動件運動副元素形狀分類元素形狀分類3. 按凸輪高副的鎖按凸輪高副的鎖合方式分

2、類合方式分類平面凸輪機構平面凸輪機構空間凸輪機構空間凸輪機構盤形凸輪盤形凸輪移動凸輪移動凸輪 尖頂從動件尖頂從動件滾子從動件滾子從動件平底從動件平底從動件力鎖合力鎖合形鎖合形鎖合（1 1）平面凸輪機構）平面凸輪機構 1 1）盤形凸輪）盤形凸輪1. 按兩活動構件之間的相對運動特性分類按兩活動構件之間的相對運動特性分類 2）移動凸輪）移動凸輪 （2）空間凸輪機構）空間凸輪機構（1） 直動尖頂從動件直動尖頂從動件對心直動尖頂從動件對心直動尖頂從動件偏置直動尖頂從動件偏置直動尖頂從動件2. 按從動件運動副元素形狀分類按從動件運動副元素形狀分類（2）直動滾子從動件）直動滾子從動件（3）直動平底從動件）直

3、動平底從動件 根據運動形式的不同，以上三種從動件還可分為直動從根據運動形式的不同，以上三種從動件還可分為直動從動件，擺動從動件，平面復雜運動從動件。動件，擺動從動件，平面復雜運動從動件。擺動滾子從動件擺動滾子從動件擺動尖頂從動件擺動尖頂從動件擺動平底從動件擺動平底從動件平面復雜運動從動件平面復雜運動從動件3. 按凸輪高副的鎖合方式分類按凸輪高副的鎖合方式分類1) 力鎖合力鎖合2) 形鎖合形鎖合 優點：優點： 只要設計出適當的凸輪輪廓，即可使從動件實現預期只要設計出適當的凸輪輪廓，即可使從動件實現預期的運動規律；結構簡單、緊湊、工作可靠。的運動規律；結構簡單、緊湊、工作可靠。缺點：缺點： 凸輪為

4、高副接觸（點或線），壓強較大，容易磨損，凸輪為高副接觸（點或線），壓強較大，容易磨損，凸輪輪廓加工比較困難，費用較高。凸輪輪廓加工比較困難，費用較高。凸輪機構的優缺點：凸輪機構的優缺點：3-2 從動件常用運動規律及其選擇從動件常用運動規律及其選擇一、凸輪機構的基本名詞術語一、凸輪機構的基本名詞術語 以尖頂從動件為對象予以介紹以尖頂從動件為對象予以介紹凸輪基圓、基圓半徑凸輪基圓、基圓半徑rb從動件行程從動件行程(h，亦稱升距，亦稱升距)d dSd d0 d dS d d0rb推程及推程運動角推程及推程運動角0S遠休止及遠休止角遠休止及遠休止角0 回程及回程運動角回程及回程運動角近休止及近休止角近

5、休止及近休止角S hw w 對心式尖頂從動對心式尖頂從動件盤形凸輪機構件盤形凸輪機構基圓基圓基圓基圓360= d d0+ d dS+ d d 0+ d d S從動件運動線圖：從動件運動線圖：從動件位移從動件位移S、速度、速度v、加速度、加速度a與凸輪與凸輪轉角轉角d d（或時間（或時間t）之間的對應關系曲線。）之間的對應關系曲線。 ddddSd0 dS d0d dSd d0 d dS d d0rbhw w 二、從動件運動規律二、從動件運動規律1. 等速運動規律等速運動規律-vahs特點：特點：存在存在剛性沖擊。剛性沖擊。位置：位置：發生在運動的發生在運動的起始起始點和終止點。點和終止點。ABC

6、vhsa2. 等加等減速運動規律等加等減速運動規律dadt-特點：特點：存在存在柔性沖擊。柔性沖擊。位置：位置：發生發生在運動的在運動的起起始點、中間始點、中間點和終止點點和終止點。v0a0-a03. 余弦加速度余弦加速度(簡諧簡諧)運動規律運動規律 102 3 4 5s6123456qhsavdadt-特點：特點：存在柔沖擊。存在柔沖擊。位置：位置：發生在運動的起始發生在運動的起始點和終止點。點和終止點。4. 正弦加速度（擺線）運動規律正弦加速度（擺線）運動規律 a3457O 1268v8621O7543sh3457O 1 2682741653h/ 8特點：特點：既無柔性更無剛性既無柔性更無

7、剛性沖擊。沖擊。擺線擺線三、從動件運動規律的選擇三、從動件運動規律的選擇 在選擇從動件運動規律時，除要考慮剛性沖擊與柔性沖在選擇從動件運動規律時，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應該考慮各種運動規律的速度幅值擊外，還應該考慮各種運動規律的速度幅值 vmax 、加速度、加速度幅值幅值 amax及其影響加以分析和比較。及其影響加以分析和比較。從動件動量從動件動量mamax從動件慣性力從動件慣性力mamax對于重載凸輪機構，應選擇對于重載凸輪機構，應選擇 vmax值較小的運動規律；值較小的運動規律；對于高速凸輪機構，宜選擇對于高速凸輪機構，宜選擇 amax值較小的運動規律。值較小的運動規律。vmax

8、amax低速輕負荷低速輕負荷中速輕負荷中速輕負荷中低速中負荷中低速中負荷中高速輕負荷中高速輕負荷高速中負荷高速中負荷低速重負荷低速重負荷中高速重負荷中高速重負荷高速輕負荷高速輕負荷若干種從動件運動規律特性比較若干種從動件運動規律特性比較運動規律運動規律d d)/(0maxw whvd d)/(202maxw wha沖沖 擊擊應用場合應用場合等速等速等加速等減速等加速等減速余弦加速度余弦加速度正弦加速度正弦加速度3-4-5多項式多項式改進型等速改進型等速改進型正弦加速度改進型正弦加速度改進型梯形加速度改進型梯形加速度剛剛 性性柔柔 性性柔柔 性性4.004.936.285.778.385.534

9、.891.002.001.572.001.881.331.762.003-3 按預定運動規律用作圖法設計盤形凸輪廓線按預定運動規律用作圖法設計盤形凸輪廓線一、對心式凸輪機構凸輪廓線的設計一、對心式凸輪機構凸輪廓線的設計1. 尖頂從動件尖頂從動件1) 凸輪機構相對運動分析凸輪機構相對運動分析凸輪上的觀察結果凸輪上的觀察結果機架上的觀察結果機架上的觀察結果2) 反轉法設計原理反轉法設計原理rb rb A1A2A3A4S2rb A2A3A1A4S3S4rb A2A3A1A4rb A1A2A3A4rb A1A2A3A4- - rb A1A2A3A4- - - - - - A1A2A3A4S2S3S4r

10、bw w 20v3)設計步驟設計步驟1 2 3 4 5 6 7 8 9101 2103456789d dS0d dSd d0 d dS d d0h已知條件：從動件運動規律、已知條件：從動件運動規律、凸輪轉向基圓半徑。凸輪轉向基圓半徑。1 2 3 4 5 6 7 8 9100 xSx0 xS x0-v10345678921 1 2 3 4 5 6 7 8 9101 2103456789xS0 xSx0 xS x0hrb - - 475813269101 230S47896510設計步驟：設計步驟：a. 標出標出方向，并按此方向分割出方向，并按此方向分割出 、 、0 S 0S 和；和；c. 過位移

11、線圖中等分點作過位移線圖中等分點作y軸平行線交位軸平行線交位移線圖于移線圖于i 點，過基圓上等分點作點，過基圓上等分點作射線射線；反轉中導路線反轉中導路線d. 在射線上度量出相應推桿的位移在射線上度量出相應推桿的位移，得尖頂軌跡點，得尖頂軌跡點i ；f. 光滑連接光滑連接i 得凸輪廓線。得凸輪廓線。b. 在基圓與位移線圖共同將和進行在基圓與位移線圖共同將和進行n等分，并標注等分點；等分，并標注等分點；oo3)設計步驟設計步驟1 2 3 4 5 6 7 8 9101 210 3456789S0S0 S 0h已知條件：從動件運動規律、凸輪已知條件：從動件運動規律、凸輪轉向及基圓半徑。轉向及基圓半徑

12、。 2. 滾子從動件滾子從動件1) 分析分析rb- - 0794581326101 2347895106rb- - 0794581326101 2347895106實際廓線實際廓線理論廓線理論廓線2) 設計設計注意：注意：1. 基圓半徑為基圓半徑為理論廓線理論廓線最小向徑；最小向徑；2. 先求理論廓線，后作包絡線，得實際廓線。先求理論廓線，后作包絡線，得實際廓線。包絡線包絡線2. 平底從動件平底從動件1) 分析分析 尖頂軌跡線尖頂軌跡線1 23478951062) 設計設計理論廓線理論廓線79458132610rb- - 0a.將基圓沿將基圓沿- -方向將方向將d d0 0和和d d 0 0與

13、位與位移線圖進行對應等分；移線圖進行對應等分；c. 光滑連接光滑連接i 得凸輪理論廓線；得凸輪理論廓線；b.過等分點作過等分點作射線射線；在射線上；在射線上度量出相應推桿的位移，得尖度量出相應推桿的位移，得尖頂軌跡點頂軌跡點i ；設計步驟：設計步驟： d. 作平底線的其包絡線作平底線的其包絡線實際廓線。實際廓線。 1123 3 2 rb- - 結論：結論：a. 偏置式凸輪機構中從動件偏置式凸輪機構中從動件導路線始終切于偏置圓；導路線始終切于偏置圓；e1. 尖頂從動件尖頂從動件1) 相對運動分析相對運動分析偏置圓偏置圓二、偏置式凸輪廓線的設計二、偏置式凸輪廓線的設計偏偏 距距b. 導路線與基圓交

14、點為推桿導路線與基圓交點為推桿尖頂最低點尖頂最低點起始點。起始點。S1S2 1123 3 2 rb- - eS1S2 1123 3 2 rb- - eS1S2 22) 設計設計已知條件：凸輪轉向、基圓半徑、偏置圓半徑。已知條件：凸輪轉向、基圓半徑、偏置圓半徑。 rbe- - 1o23導路線導路線 3a. 連接回轉中心與推桿其始點，連接回轉中心與推桿其始點，將基圓沿將基圓沿- -方向將方向將d d0 0和和d d 0 0與位移與位移線圖進行對應等分；線圖進行對應等分；c. 光滑連接光滑連接i 得凸輪廓線。得凸輪廓線。b. 過等分點作過等分點作偏置圓切線偏置圓切線；并在其上度量出相應推桿的位并在其

15、上度量出相應推桿的位移，得尖頂軌跡點移，得尖頂軌跡點i ；設計步驟：設計步驟： 注意：也可在偏置圓上進行運動角注意：也可在偏置圓上進行運動角等分，通過其等分點作偏置圓切線等分，通過其等分點作偏置圓切線以獲得導路線。以獲得導路線。123三、擺動式凸輪機構凸輪廓線的設計三、擺動式凸輪機構凸輪廓線的設計1. 尖頂從動件尖頂從動件1) 凸輪機構相對運動分析凸輪機構相對運動分析 rb1 2 3 4 5 6 7 8 9101 210 3456789j j0S0 S 0j j rbd d0 0123 2 3 1- - A3A1A23-4 盤形凸輪機構基本尺寸的確定盤形凸輪機構基本尺寸的確定一、凸輪機構中的作

16、用力和凸輪機構的一、凸輪機構中的作用力和凸輪機構的壓力角壓力角- -FFF1R1R220sin()( )cosa aj jj j+ + +- -= =lbG ttBnn1j jFa a2j jFR2FR12j j依據力平衡條件，分別由依據力平衡條件，分別由 F = 0、xF = 0、 yM = 0，有，有B- -G + Fcos(a a + ) ( ) = 01j jFFR1R2+ +FR2 cos 2 (l + b) FR1 cos 2 b = 0 j jj j于是有考慮摩擦時驅動力的表達式：于是有考慮摩擦時驅動力的表達式：211tansin21cosj jj jj j)(a a)lb()(a aGF+ + +- -+ += =臨界壓力角臨界壓力角ac 2ba a = arctan1/ (1 + )tanj j2 2 - -j j1 1lc 在工程實際中，為保證較高的機械效率，改善受力狀在工程實際中，為保證較高的機械效率，改善受力狀況，通常規定凸輪機構的最大壓力角況，通常規定凸輪機構的最大壓力角 應小于或等于應小于或等于某一許用壓力角某一許用壓力角 。maxa aa a a a maxa a 即：即：而凸輪機構的許用壓力角則應有：而凸輪機構的許用壓力角則應有：a a r r結論：實際廓線