1、第三章 凸輪機構及間歇機構2學時課程3-1 3-1 凸輪機構概述凸輪機構概述3-2 3-2 凸輪從動件的運動規律凸輪從動件的運動規律3-3 3-3 凸輪輪廓設計凸輪輪廓設計3-4 3-4 間歇機構介紹間歇機構介紹章節分布：本章重點：本章難點：1.凸輪機構的運動規律；凸輪機構的運動規律；2.凸輪輪廓的設計。凸輪輪廓的設計。1.解析法設計凸輪的輪廓。解析法設計凸輪的輪廓。2學時課程一 凸輪機構的組成凸輪機構的組成 及凸輪及凸輪的形狀的形狀凸輪、從動件和機架三個構件組成。 其中凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件，通常做連續的等速運動 。 從動件按一定的規律作間歇或連續的直線往復運動或擺動。3-1 3

2、-1 凸輪機構概述凸輪機構概述第一節 凸輪機構概述凸輪按形狀分類：凸輪按形狀分類：第一節 凸輪機構概述盤形凸輪和移動凸輪與從動件之間的相對運動為平面運動；而圓柱凸輪與從動件之間的相對運動為空間運動，所以前兩者屬于平面凸輪機構，后者屬于空間凸輪機構。 第一節 凸輪機構概述2.凸輪按從動件的型式分以下三種：a.尖底從動件：能與任意復雜的凸輪輪廓保持接觸，可以實現任意運動規律。 缺點：尖頭易磨損，用于低速小載荷中。b.滾子從動件：耐磨損，承載大，常用。c.平底從動件：可以保持從動件的受力方向不變，接觸部分易于形成楔形油膜， 常用于高速凸輪機構中。第一節 凸輪機構概述凸輪機構的優點：只須設計適當的凸輪

3、輪廓，便可以使從動 件得到任意 的預期運動，而且結構簡單緊湊，設計方 便，因此在自動機械、各種儀器儀表、各種電氣開關中得 到廣泛的應用。凸輪機構的缺點：凸輪輪廓與從動件作用間為點或線接觸， 易于磨損，所以通常用于傳力不大的控制機構中。本節結束第一節 凸輪機構概述基圓 :凸輪輪廓的最小向徑為半徑做的圓。0r推程運動角遠休止角回程運動角近休止角 從動件的運動規律是指從動件的位移、速度、加速度與凸輪轉角（時間）之間的關系。3-2 3-2 凸輪從動件的運動規律凸輪從動件的運動規律第二節 凸輪從動件的運動規律一）.多項式運動規律多項式運動規律的一般形式) 1(62()32(232212321332210

4、nnnnnncnnccanccccvcccccs1) 等速運動規律定義：指凸輪以等角速度轉動時，從動件的運動速度為常量。在上式中當n=1時可以得出從動件的運動方程。0110acvccs第二節 凸輪從動件的運動規律推程時， 當 時， ； 時， 可以解出待定常數， 代入上式可以得出, 000shs /1hc00c0ahvhs回程時， 當 時， ； 時， 可以解出待定常數， 代入上式可以得出 ,hs 0s/1 hchc 00ahvhhs第二節 凸輪從動件的運動規律 從動件按等速運動規律運動時的位移、速度、加速度對凸輪轉角的變化曲線如左圖所示。 從圖中可以看出從動件在行程的起點與終點處(O, A，B)

5、，由于速度發生突變，加速度在理論上無窮大。導致從動件產生非常大的沖擊慣性力，稱為剛性沖擊。 第二節 凸輪從動件的運動規律2) 等加速和等減速運動規律定義：指凸輪以等角速度轉動時，從動件在一個行程中，前半段作等加速運動，后半段作等減速運動。 在多項式中當n=2時可以得出從動件的運動方程。2210/2 0 02/ 2/ . 20, 0 0 . 12/, 0 ,hccchsvs可以求得：時，時，其邊界條件為：，時從動件作等加速運動即推程前半段222hs24hv224ha) 1(62()32(2322123121332210nnnnnncnnccanccccvcccccs第二節 凸輪從動件的運動規律2

6、2)(2hhs)(42hv224ha同理可以求出回程的運動方程2210/2 /4 0, . 2/2, 2/ 2/ . 1, 2/ ,hchchcvhshvhs可以求得：時，時，其邊界條件為：，時從動件作等減速運動即推程后半段第二節 凸輪從動件的運動規律這是n=2時從動桿的運動規律圖，從圖上可以看出：1）位移曲線為凸輪轉角的二次函數，為拋物線方程。2）有（0，A，B，C，D）五點的加速度有突變，因而從動件的慣性力也有突變。由于加速度的突變為一有限值，故慣性力的突變也是有限值，對凸輪機構的沖擊也是有限的，故稱為柔性沖擊。第二節 凸輪從動件的運動規律二）.簡諧運動規律 在運動始末點（A、E點），加速

7、度有變化柔性沖擊，只適于中速；當從動件作連續升-降循環運動時，加速度曲線連續，無沖擊，可用于高速凸輪機構。222(1 cos)2sin2cos2hshvha 本節結束第二節 凸輪從動件的運動規律一 、 作圖法設計凸輪輪廓作圖法設計凸輪輪廓 凸輪輪廓曲線設計的主要任務：是根據從動件的運動規律和其他設計數據，畫出凸輪的輪廓曲線或計算出輪廓曲線的坐標值。已知：從動件的運動規律 凸輪的基圓半徑 方法：反轉法 原理：設想凸輪固定不動，從動件一方面隨導路繞凸輪軸心反方向轉動，同時又按給定的運動規律在導路中作相對運動，從動 件尖底的運動軌跡就是凸輪的輪廓曲線。3-3 3-3 凸輪輪廓設計凸輪輪廓設計第三節

8、凸輪的輪廓設計相對運動法作凸輪的輪廓第三節 凸輪的輪廓設計已知：尖底從動件凸輪機構中：從動件導路與凸輪回轉中心的偏距e 凸輪基圓半徑rb 凸輪以等角速度逆時針方向轉動 從動件的位移線圖步驟：以o為圓心作基圓和偏距圓確定從動件起始位置C。使從動件中心線與偏距圓切于A點，并與基圓交于C點。將運動線圖分成若干等分，并將偏距圓自A點沿順時針方向分成對應的等分A1、A2。erbCAO第三節 凸輪的輪廓設計過分點A1、A2作偏距圓切線，交基圓于B1、B2等點。從動件尖底從B1點沿切線方向移動S1到C1點，從B2移動S2到C2點，用光滑曲線連接C-C1-C2，此曲線為凸輪輪廓曲線。第三節 凸輪的輪廓設計二、

9、二、 解析法設計平面凸輪輪廓解析法設計平面凸輪輪廓已知一個尖底直動從動件，盤形凸輪輪廓機構的偏距e、基圓半徑rb 、從動件運動規律sf（） 求：凸輪輪廓曲線上各點坐標 設計原理反轉法 第三節 凸輪的輪廓設計極點極點極軸極軸極坐標系極坐標系向徑向徑極角極角0A2222arctanarctanbbAreresee2222()Abrrese第三節 凸輪的輪廓設計0A2222arctanarctanbAbreerese2222()AbrreseCOAC0第三節 凸輪的輪廓設計 10 20 30 403021060240902701203001503301800 凸 輪 輪 廓 Smax=10偏 心 圓

10、 e=10基 圓 Rb=302222arctanarctanbAbreerese2222()Abrrese02468024681012角 度 fi的 變 化s對應角度的變化值 五 凸輪機構的壓力凸輪機構的壓力角角 凸輪與從動件接觸點的法線方向與從動件上力作用點的速度方向夾的銳角。凸輪輪廓線上各處壓力角是變化的。一般規定壓力角的最大值必須在以下范圍內： 對于移動從動件，推程時 對于擺動從動件，推程時 回程045030080壓力角：不考慮摩擦時，凸輪對從動件的正壓力（沿壓力角：不考慮摩擦時，凸輪對從動件的正壓力（沿n nn n方方向）與從動件上力作用點的速度方向所夾的銳角。向）與從動件上力作用點的

11、速度方向所夾的銳角。壓力角越小，推動從動件的有效分力越大，壓力角越小，推動從動件的有效分力越大，機構受力情況越好，效率越高。機構受力情況越好，效率越高。基圓半徑的大小會影響壓力角 半徑越大壓力角越小（相同運動條件）對于尺寸不受限制的凸輪，基圓半徑 可初步選為：br)(106(8 . 1mmrrrTbTrr凸輪軸的半徑滾子的半徑第三節 凸輪的輪廓設計本節結束一）槽輪機構 1.電影放映機上電影放映機上槽輪機構槽輪機構2.冰淇淋機上冰淇淋機上槽輪機構槽輪機構第四節 間歇機構簡介3-4 3-4 間歇機構介紹間歇機構介紹槽輪機構舉例：槽輪機構舉例：Z/22221ZZZttKd222/2221槽輪機構的運動系數： K槽輪的運動時間/主動輪（撥盤）的運動時間主動撥盤主動撥盤槽輪槽輪22K22:11ttttdd：運動系數：槽輪運動的時間為：為則撥盤運動一周的時間設撥盤的勻速角速度為第四節 間歇機構簡介 單圓銷外嚙合槽輪機構的基本尺寸如上圖示，其幾何關系如下：)()/cos(cos)/sin(sin22rRashZaasZaaRZ一般取46第四節 間歇機構簡介二）棘輪機構 棘輪、棘爪、搖桿、機架、棘輪罩。單單向式向式 棘輪機構棘輪機