《機械原理(yuánlǐ)》

第三章凸輪機構精品資料目錄(mùlù)§3-1凸輪機構的應用及分類§3-2從動件常用運動(yùndòng)規律§3-3盤形凸輪機構基本尺寸的確定§3-4根據預定運動(yùndòng)規律設計盤形凸輪輪廓曲線§3-5空間凸輪機構精品資料凸輪是一個具有曲線輪廓(lúnkuò)的構件。含有凸輪的機構稱為凸輪機構。它由凸輪、從動件和機架組成。一、凸輪(tūlún)機構的應用§3.1凸輪機構的應用及分類精品資料內燃機配氣凸輪(tūlún)機構精品資料凸輪機構(jīgòu)的應用精品資料打標機精品資料進刀(jìndāo)凸輪機構精品資料精品資料內燃機配氣凸輪(tūlún)機構精品資料多缸內燃機-配氣機構(jīgòu)精品資料沖壓機精品資料精品資料精品資料凸輪(tūlún)機構的優缺點優點:只需確定適當的凸輪輪廓曲線，即可實現從動件復雜的運動規律；結構簡單，運動可靠。缺點：從動件與凸輪接觸應力大,易磨損用途(yòngtú)：載荷較小的運動控制精品資料一）按凸輪(tūlún)的形狀分二、凸輪機構(jīgòu)的分類1、盤形凸輪2、移動凸輪精品資料3、圓柱(yuánzhù)凸輪精品資料4、圓錐(yuánzhuī)凸輪精品資料1、尖頂(jiāndǐng)從動件二）按從動件上高副元素的幾何(jǐhé)形狀分2、滾子從動件3、平底從動件精品資料三）按凸輪(tūlún)與從動件的鎖合方式分1、力鎖合的凸輪(tūlún)機構力鎖合的凸輪機構形鎖合的凸輪機構精品資料2、形鎖合的凸輪(tūlún)機構溝槽凸輪(tūlún)機構等寬凸輪(tūlún)機構等徑凸輪(tūlún)機構主回凸輪(tūlún)機構1）溝槽凸輪機構精品資料2）等徑凸輪(tūlún)機構精品資料3）等寬凸輪(tūlún)機構精品資料4）主回凸輪(tūlún)機構精品資料擺動(bǎidòng)從動件凸輪機構（對心、偏置(piānzhì)）移動從動件凸輪機構四）根據從動件的運動形式分精品資料有趣(yǒuqù)的凸輪機構名稱偏置(piānzhì)滾子移動從動件盤形凸輪機構對心尖頂移動從動件盤形凸輪機構…精品資料sh偏心(piānxīn)距s(從動件位移)02πe回程(huíchéng)運動角推程運動角遠休止角近休止角AD(,s)CBOrb三、凸輪機構的工作原理基圓行程ABCDB’h’s’s?推程角Φ為什么是∠BOB‘？而不是∠BOA？圖中推程運動角Φ是...精品資料A’B’C’D’A’B’C’D’A’B’C’D’O推程運動(yùndòng)角ΦABCDB’問1：導致Φ≠∠BOA的原因(yuányīn)是什么？或：什么條件下Φ=∠BOA？問2：考慮到：推程運動角Φ=∠BOB’近休止角Φs’=∠DOA？遠休止角Φs=∠COB？回程運動角Φ’=∠DOC？那么凸輪旋轉一周，4個角的和豈不是>360°？精品資料D’ABCDO回程角Φ’回程(huíchéng)運動角Φ’現象:只要偏心距e不為(bùwéi)0,即使AB與CD形狀相同,回程速度比推程速度快。如果從動件偏向O點左側,問1：回程速度和推程速度哪個快？問2：這樣布置是否合理？精品資料rba擺動(bǎidòng)從動件凸輪機構中心(zhōngxīn)距a桿長l擺桿初始位置角0角位移擺幅maxABCDO1O2max0B’基圓l船海1105聶小云的答案(2013-3-19)精品資料Sh()(max)3）凸輪機構曲線(qūxiàn)輪廓的設計4）繪制凸輪機構工作圖1）從動件運動規律(guīlǜ)的設計2）凸輪機構基本尺寸的設計移動從動件：基圓半徑rb，偏心距e;擺動從動件：基圓半徑rb，凸輪轉動中心到從動件擺動中心的距離a及擺桿的長度l;滾子從動件：除上述外，還有滾子半徑rr。平底從動件：除上述外，平底長度L。O1O2alO1erbrb四、凸輪機構的設計任務精品資料§3-2從動件常用運動(yùndòng)規律一、基本運動規律二、組合運動規律簡介(jiǎnjiè)三、從動件運動規律設計精品資料升-停-回-停型(RDRD)升-回-停型(RRD)升-停-回型(RDR)升-回型(RR)S()S()S()S()運動(yùndòng)循環的類型精品資料從動件運動(yùndòng)規律的數學方程式類速度類加速度類躍動度位移速度加速度躍動度精品資料一、基本(jīběn)運動規律a=2(2c2+6c3

+12c42

+……+n(n-1)cnn-2)（一）多項式運動(yùndòng)規律s=c0+c1

+c22

+c33

+……+cnnv=(c1+2c2

+3c32

+……+ncnn-1)式中，為凸輪的轉角（rad）；c0，c1，c2，…，為n+1個待定系數。j=3(6c3+24c4

+……+n(n-1)(n-2)cnn-3)精品資料1）n=1的運動(yùndòng)規律等速運動(děnɡsùyùndònɡ)規律0aa=00sh0vv剛性沖擊=0，s=0;=，s=h問：回程的方程式呢？精品資料0amaxa-amax0sh0vvmaxj0+∞-∞+∞等加速等減速運動(jiǎnsùyùndònɡ)規律柔性沖擊柔性沖擊2）n=2的運動(yùndòng)規律精品資料（二）余弦(yúxián)加速度規律sovoaojoh精品資料（三）正弦(zhèngxián)加速度規律sovoaojoh正弦(zhèngxián)/余弦對比精品資料二、組合運動規律(guīlǜ)簡介 運動規律組合應遵循的原則： 1、對于中、低速運動的凸輪機構，要求(yāoqiú)從動件的位移曲線在銜接處相切，以保證速度曲線的連續。 2、對于中、高速運動的凸輪機構，則還要求(yāoqiú)從動件的速度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線的連續。精品資料aOABCDEFO梯形加速度運動(yùndòng)規律a改進型等速運動(děnɡsùyùndònɡ)規律00aa=0v0sh精品資料三、從動件運動(yùndòng)規律設計1、從動件的最大速度vmax要盡量(jǐnliàng)小；2、從動件的最大加速度amax要盡量(jǐnliàng)小；3、從動件的最大躍動度jmax要盡量(jǐnliàng)小。精品資料運動規律Vmax(hw/F)amax

(hw2/F2)沖擊特性適用范圍等速1.0￥剛性低速輕載等加速等減速2.04.00柔性中速輕載余弦加速度1.574.93柔性中速中載正弦加速度2.006.28無高速輕載從動件常用基本(jīběn)運動規律特性精品資料§3–3盤形凸輪(tūlún)機構基本尺寸的確定一、移動從動件盤形凸輪機構(jīgòu)的基本尺寸二、擺動從動件盤形凸輪機構(jīgòu)的基本尺寸精品資料tt一、移動從動件盤形凸輪機構的基本尺寸(chǐcun)設計11es0srbP13COP23nnP23Av2tt1eCOnnP23A對于(duìyú)對心移動從動件盤形凸輪機構，e=0，則有：精品資料思考：某對心尖頂移動從動件盤形凸輪(tūlún)機構的運動規律如下圖，確定壓力角最大點。S0S0精品資料1、偏距e的大小(dàxiǎo)和偏置方位的選擇原則應有利于減小從動件工作行程時的最大壓力角。為此應使從動件在工作行程中，點C和點P位于凸輪回轉中心O的同側，此時凸輪上C點的線速度指向與從動件工作行程的線速度指向相同。偏距不宜取得(qǔdé)太大，可近似取為：精品資料2、凸輪基圓半徑(bànjìng)的確定加大基圓半徑，可減小壓力角，有利于傳力;不足是：同時(tóngshí)加大了機構尺寸。因此，原則如下：1）若機構受力不大，且要求機構緊湊時這時，若從動件運動規律s=s()已知，代入下式，可求得一系列rb，取最大者為基圓半徑取較小的基圓半徑，按許用壓力角([α

]=30度)求精品資料根據實際(shíjì)輪廓的最小向徑rm確定基圓半徑rb，校核壓力角根據結構和強度確定(quèdìng)基圓半徑如考慮到安裝在軸上，必須有大的輪轂rsrhrm2）若機構受力較大，且對尺寸沒有嚴格限制精品資料二、擺動從動件盤形凸輪(tūlún)機構的基本尺寸整理(zhěnglǐ)后，得：情況1：凸輪的轉向1

與從動件的轉向2反向其中：nn12rbKv2la0+BPO1O2精品資料情況(qíngkuàng)2：1與2同向與反向(fǎnxiànɡ)時的情況對比：nn12rbKv2la0+BO1O2P整理后,得：精品資料一般性原則(yuánzé)擺動從動件盤形凸輪機構的壓力角與從動件的運動規律、擺桿長度、基圓半徑及中心距有關。在運動規律和基本尺寸(chǐcun)相同的情況下，1與2異向，可減小擺動從動件盤形凸輪機構的壓力角。精品資料一、圖解法設計盤形凸輪機構(jīgòu)二、解析法設計盤形凸輪機構(jīgòu)§3-4根據預定運動規律(guīlǜ)設計盤形凸輪輪廓曲線精品資料一、盤形凸輪(tūlún)機構的設計——圖解法1、尖頂(jiāndǐng)移動從動件盤形凸輪機構2、滾子移動從動件盤形凸輪機構3、平底移動從動件盤形凸輪機構4、尖頂(jiāndǐng)擺動從動件盤形凸輪機構精品資料2S1123s1s2hOrb-11s11'1s12s2s23hh3'2'凸輪(tūlún)輪廓曲線設計的基本原理（反轉法）精品資料ss113h-rbe1、偏置(piānzhì)尖頂移動從動件凸輪輪廓設計O3'11hs1s11’31思考：找出圖中所有(suǒyǒu)夾角為1的線對？12已知：s=s()，rb，e，作圖要點：1）在偏距圓上旋轉轉角

2）以基圓為基點量位移s1Φ精品資料2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3Fvs11已知：S=S（），rb，e，偏置尖頂移動(yídòng)從動件凸輪輪廓設計—作圖過程精品資料2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3已知：S=S(),rb,

e,,rr理論(lǐlùn)輪廓實際(shíjì)輪廓Fv2、偏置滾子移動從動件凸輪輪廓設計精品資料3、平底移動從動件凸輪輪廓(lúnkuò)設計與滾子移動從動件盤形凸輪機構的設計(shèjì)基本相似。先以B0點為基準作出理論輪廓線；而后畫出平底；作平底的包絡線。OALmaxP精品資料SS''911223344556677883-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C710已知：=f()，rb，L(桿長)，a(中心(zhōngxīn)距)，A0B00OS''SA1A2A3A4A5A9A8A7A6B11C9B9Fv34、尖頂(jiāndǐng)擺動從動件盤形凸輪機構Ψ1精品資料二、盤形凸輪機構(jīgòu)的設計——解析法1、尖頂移動從動件盤形凸輪(tūlún)機構2、尖頂擺動從動件盤形凸輪(tūlún)機構3、滾子移動從動件盤形凸輪(tūlún)機構4、平底移動從動件盤形凸輪(tūlún)機構精品資料坐標(zuòbiāo)旋轉公式-推導yxO(x1,y1)(x,y)于是(yúshì):坐標順時針轉動？坐標逆時針轉動精品資料1、尖頂(jiāndǐng)移動從動件盤形凸輪機構的設計yes0srbxC0OB1B0BC-2ssB精品資料平面(píngmiàn)旋轉矩陣尖頂移動從動件盤形凸輪(tūlún)機構yes0srbxC0OB1B0BC-精品資料e與的符號(fúhào)若從動件導路相對于凸輪回轉中心的偏置方向與x方向同向，則e>0,反之e<0。注意：對于壓力角計算公式：若e帶符號,則公式中的“±”應修正為“－”。若凸輪逆時針方向轉動，則>0，反之<0。注意：所有角度均按同樣(tóngyàng)原則帶符號，如：Φ、Φs、Φ’、Φs’、…精品資料2、尖頂(jiāndǐng)擺動從動件盤形凸輪機構若凸輪(tūlún)逆時針方向轉動，則>0，反之<0aLyrbx-AB0B1BO0精品資料3、滾子移動從動件盤形凸輪(tūlún)機構的設計θ是過接觸點的法線夾角。而切線斜率(xiélǜ)與法線斜率(xiélǜ)互為負倒數(高等數學)，所以：OnnB0Brb’’’yxrrC’C’’rm（a）理論輪廓曲線的設計（b）實際輪廓C’BC’’rrrrθ精品資料2種計算方法方法一：求tan;根據tan的分子/分母(fēnmǔ)確定的值求sin、cos方法二：依據(yījù)公式：此法無須考慮θ精品資料(c)刀具(dāojù)中心軌跡方程砂輪滾子rrrcrc-rr'c鉬絲滾子rrrcrr-rc'c上式中用|rc-rr|代替rr即得刀具(dāojù)中心軌跡方程精品資料(d)滾子(ɡǔnzǐ)半徑的確定rrbminminrr<minbmin

=

min

-rr>0rr=minminbmin

=

min

-rr=0rr當rr<min時，實際輪廓為一光滑(guānghuá)曲線。當rr=min時，實際輪廓將出現尖點，極易磨損，會引起運動失真。精品資料當rr>min時，實際輪廓將出現交叉現象，會引起運動(yùndòng)失真。rrbminminbmin

=

min

+rr>0內凹的輪廓曲線(qūxiàn)不存在失真。minrrrr>minbmin

=

min

-rr<0精品資料bmin=min–rr≥3mm

rr≤min

-3mm

rr≤0.8min

rr≤0.4rb

或一般精品資料yx4、平底移動從動件盤形凸輪(tūlún)機構的設計1、輪廓(lúnkuò)曲線的設計v223ss0rb1-考慮到輪廓曲線完全相同，平底凸輪機構只考慮對心。1B1OBP精品資料(1)基本(jīběn)尺寸的確定L

=Lmax+

L’max+(4~10)mmLmax=(OP)max=(ds/d)maxL為平底總長，Lmax和L’max為平底與凸輪(tūlún)接觸點到從動件導路中心線的左、右兩側的最遠距離。543211’2’3’4’5’rbrb（2）凸輪輪廓的向徑不能變化太快。OALmaxP2.平底長度的確定精品資料平底移動凸輪(tūlún)機構的特殊情況對于平底凸輪機構，其運動(yùndòng)規律不可隨意選擇，實驗證明，在已講過的4種運動(yùndòng)規律中，等速運動(yùndòng)規律必定導致輪廓失真。下面是不同參數下的設計輪廓。精品資料凸輪機構(jīgòu)的計算機輔助設計使用(shǐyòng)要求選擇凸輪機構的類型設計從動件的運動規律確定基本尺寸建立凸輪廓線方程計算機仿真評價決策精品資料建立(jiànlì)直角坐標系，以凸輪回轉中心為原點，y軸與從動件導路平行，凸輪理論廓線方程為：例：一直動偏置滾子(ɡǔnzǐ)從動件凸輪機構，已知rb=50mm，rr=3mm，e=12mm，凸輪以等角速度逆時針轉動，當凸輪轉過=1800，從動件以等加速等減速運動規律上升h=40mm，凸輪再轉過=1500，從動件以余弦加速度運動規律下降回原處，其余s=300，從動件靜止不動。試用解析法計算1=600，2=2400時凸輪實際廓線上點的坐標值。解：精品資料從動件運動(yùndòng)規律：回程升程注意:這里(zhèlǐ)與書中的公式有區別!精品資料理論(lǐlùn)廓線上點的坐標：實際(shíjì)廓線上點的坐標:精品資料解析(jiěxī)法計算的關鍵點凸輪轉角的方向，與的取值坐標軸與3種凸輪的相對(xiāngduì)位置關系：尖頂（滾子）移動從動