關(guān)于凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定第1頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三第三章凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類9.1凸輪輪廓曲線的設(shè)計9.3從動件的運動規(guī)律9.2第九章凸輪機構(gòu)第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三§9-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類

凸輪機構(gòu)是通過凸輪與從動件間的接觸來傳遞運動和動力，是一種常見的高副機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，只要設(shè)計出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，就可以使從動件實現(xiàn)任何預(yù)定的復(fù)雜運動規(guī)律。

一、凸輪機構(gòu)的組成和應(yīng)用第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三

3、特點:凸輪從動件1、組成：凸輪，從動件，機架機架2、作用：將凸輪的轉(zhuǎn)動或移動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹囊苿踊驍[動

結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；可精確實現(xiàn)從動件任意的運動規(guī)律；設(shè)計方法簡單；高副接觸易磨損；制造較連桿機構(gòu)困難。第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三實現(xiàn)從動件不同位移第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三4、應(yīng)用：用于實現(xiàn)運動規(guī)律有特殊要求，載荷不大、行程較小的場合，廣泛用于各種機械，特別是控制裝置、儀器儀表、自動機械中。第6頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三二、凸輪機構(gòu)的類型1、按凸輪的形狀和運動分類(1)、盤形凸輪(2)、移動凸輪(3)、圓柱凸輪

它可以看成是將移動凸輪卷繞在圓柱體的外表面上而形成的,屬于空間凸輪機構(gòu).第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三2、按從動件的形狀分類(1)、尖底從動件(3)、平底從動件(2)、滾子從動件易磨損，承載能力低，用于輕載低速磨損小，承載能力較大，用于中載中速受力好，潤滑好，常用于高速第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三3、按從動件的運動形式

(1)、直動從動件(2)、擺動從動件第10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三對心直動從動件偏置直動從動件直動從動件又分為：第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三4、按封閉方式的不同（1）幾何封閉凸輪:如槽凸輪、等徑及等寬凸輪等。維持運動副中兩個構(gòu)件之間的接觸方式稱為封閉。第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（2）力封閉凸輪:如靠重力、彈簧力鎖合的凸輪等。重力封閉彈簧力封閉第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三一、基本概念常見的凸輪輪廓由四段曲線組成：曲線AB，以O(shè)為圓心的圓弧，曲線CD和基圓的圓弧。BCDA以偏置直動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)為例。偏距(e)：凸輪回轉(zhuǎn)中心至從動件導(dǎo)路間的偏置距離。偏距圓：以O(shè)為圓心，偏距e為半徑的圓。基圓(r0)：以凸輪回轉(zhuǎn)中心O為圓心，凸輪輪廓曲線最小矢徑r0為半徑所作的圓。§9-2從動件的運動規(guī)律O第14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三行程h：最大位移（或角度）推程運動角：t=BOB=AOB1AOB遠休止角：s=BOC=B1OC1回程運動角：h=C1OD近休止角：s=AODt推程s遠休止h回程s近休止ts0hO從動件位移線圖第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三二、從動件常用運動規(guī)律◆多項式運動規(guī)律

★一次多項式運動規(guī)律——等速運動

★二次多項式運動規(guī)律——等加速等減速運動

★五次多項式運動規(guī)律◆三角函數(shù)運動規(guī)律★余弦加速度運動規(guī)律——簡諧運動規(guī)律★正弦加速度運動——擺線運動規(guī)律◆組合運動規(guī)律重點：掌握各種運動規(guī)律的運動特性說明：

凸輪一般為等速運動，有推桿運動規(guī)律常表示為推桿運動參數(shù)隨凸輪轉(zhuǎn)角δ變化的規(guī)律。第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三1、多項式運動規(guī)律（1）n=1等速運動運動線圖→

stvahh/t始、末位置：理論上：a

→

∞

慣性力→∞→極大沖擊

=剛性沖擊只能用于低速、輕載場合約定：①凸輪轉(zhuǎn)角從各段運動規(guī)律的起始位置計量起；②推桿的位移S總是從最低位置算起。第17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三149410h1423560s0

沒有剛性沖擊

但在δ=0、δt/2、δt

處，a發(fā)生有限值突變，有柔性沖擊。

適用于中速、輕載場合

s=Kδ

2=1：2：3……s=1：4：9……（2）n=2等加速等減速運動第18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（2）n=5五次多項式運動既無剛性沖擊，也無柔性沖擊

適用于高速、中載場合

第19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三Sht余弦加速度運動簡諧運動

2、三角函數(shù)運動規(guī)律s1234561263450R=h/2位移S=R-Rcos=h(1-cos)/2

得到運動方程：始、末：柔性沖擊中速、中載當(dāng)質(zhì)點沿著以推程h為直徑的圓周勻速運動時，它在直徑上的投影即為從動件簡諧運動規(guī)律的位移曲線。第20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三正弦加速度運動規(guī)律運動特性：推桿作正弦加速度運動時，其加速度沒有突變，因而將不產(chǎn)生沖擊。適用于高速凸輪機構(gòu)，推程運動線圖正弦加速度運動規(guī)律

擺線運動規(guī)律第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三★采用組合運動規(guī)律的目的：避免有些運動規(guī)律引起的沖擊，改善推桿其運動特性。★構(gòu)造組合運動規(guī)律的原則：

◆組合運動規(guī)律Ⅰ、根據(jù)工作要求選擇主體運動規(guī)律，然后用其它運動規(guī)律組合；Ⅱ、保證各段運動規(guī)律在銜接點上的運動參數(shù)是連續(xù)的；Ⅲ、在運動始點和終點處，運動參數(shù)要滿足邊界條件。第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三★組合運動規(guī)律示例主運動：等加等減運動規(guī)律組合運動：在加速度突變處以正弦加速度曲線過渡。例1：改進梯形加速度運動規(guī)律第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三組合方式：主運動：等速運動規(guī)律組合運動：等速運動的行程兩端與正弦加速度運動規(guī)律組合起來。組合運動規(guī)律示例2：◆組合運動規(guī)律第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三小結(jié)：運動規(guī)律運動特性適用場合等速等加速等減速五次多項式余弦加速度正弦加速度剛性沖擊柔性沖擊無沖擊柔性沖擊無沖擊低速輕載中速輕載高速中載中低速中載中高速輕載第25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三一、凸輪輪廓線設(shè)計方法的基本原理§9-3凸輪輪廓曲線的設(shè)計反轉(zhuǎn)法原理：假想給整個機構(gòu)加一公共角速度-，則凸輪相對靜止不動，而從動件一方面隨導(dǎo)軌以-繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動，另一方面又沿導(dǎo)軌作預(yù)期運動規(guī)律的往復(fù)移動，從動件尖底復(fù)合運動的軌跡即為凸輪輪廓曲線。s2s1第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三r0

r0

A1A2A3A4S2r0

A2A3A1A4S3S4r0

A2A3A1A4r0

A1A2A3A4r0

A1A2A3A4-

r0

A1A2A3A4-

-A1A2A3A4第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三eA

已知凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動件的運動規(guī)律及偏心距e，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。①選比例尺l，作位移曲線、基圓r0和偏距圓e。②等分位移曲線及反向等分各運動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點的從動件的位置。O6123457814131211109s13578

60o120o90o90o91113151357

891113121410③確定反轉(zhuǎn)后從動件尖底在各等分點占據(jù)的位置。④將各尖底點連接成一條光滑曲線。設(shè)計步驟12345678910111213141560o120o90o90o1、偏置尖底直動從動件盤形凸輪二、圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線第28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三r0Os13578

60o120o90o90o60o120o1290oA90o91113151357

8911131214102、對心尖底直動從動件盤形凸輪已知凸輪的基圓半徑r0，凸輪角速度和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。①選比例尺l，作位移曲線和基圓r0。②等分位移曲線及反向等分各運動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點的從動件的位置。345

67

818765432101191213141413121110915③確定反轉(zhuǎn)后從動件尖底在各等分點占據(jù)的位置。設(shè)計步驟:④將各尖底點連接成一條光滑曲線。第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三r0OA已知凸輪的基圓半徑r0，滾子半徑rr、凸輪角速度和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。①選比例尺l，作位移曲線和基圓r0。②等分位移曲線及反向等分各運動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點的從動件的位置。理論廓線實際廓線s13578

60o120o90o90o91113151357

89111312141060o120o1290o90o345

67

818765432101191213141413121110915③確定反轉(zhuǎn)后從動件滾子中心在各等分點占據(jù)的位置。④將各點連接成一條光滑曲線。⑤作滾子圓族及滾子圓族的內(nèi)包絡(luò)線。設(shè)計步驟:3、對心滾子直動從動件盤形凸輪第30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（3）在理論輪廓上畫出一系列滾子，畫出滾子的內(nèi)包絡(luò)線——

實際廓線。說明：滾子從動件的設(shè)計（1）將滾子中心視為假想的尖底；（2）按照上述方法作出的輪廓曲線——理論廓線；實際廓線理論廓線r0OA注意：1.凸輪的基圓半徑為理論廓線的最小向徑；2.實際廓線與理論廓線為等距曲線。第31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三rrarr0結(jié)論：對于外凸輪廓，要保證凸輪正常工作，應(yīng)使minrr。設(shè)計時建議rr

0.8min

輪廓失真arr

rrarr0輪廓正常輪廓變尖內(nèi)凹輪廓a

rrrrarr輪廓正常外凸輪廓a理論輪廓曲線

實際輪廓曲線

rrrrrr從動件滾子半徑的確定第32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三r0OA已知凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。

①選比例尺l，作位移曲線和基圓r0。設(shè)計步驟：

②等分位移曲線及反向等分各運動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點的從動件的位置。s13578

60o120o90o90o91113151357

89111312141060o120o1290o90o345

67

818765432101191213141413121110915

③確定反轉(zhuǎn)后平底與導(dǎo)路中心線的交點A在各等分點占據(jù)的位置。④作平底直線族及平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。4、對心平底直動從動件盤形凸輪將平底與導(dǎo)路中心線的交點視為假想的尖底；第33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三取長度比例尺l繪圖14234758161011131295、偏置平底直動從動件盤形凸輪s13578

60o120o90o90o91113151357

891113121410第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三r0O12345678

60o120o90o90o

已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，擺桿長度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離L，擺桿角位移曲線，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。1234567120oB11B1B2B3B4B5B6B7B860o90odB22B33B44B55B66B77A1A2A3A4A5A6A7A8AB0l

①選比例尺，作位移曲線，作基圓r0和轉(zhuǎn)軸圓OA。

②等分位移曲線及反向等分各運動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點的轉(zhuǎn)軸A的位置。

③確定反轉(zhuǎn)后從動件尖底在各等分點占據(jù)的位置。

④將各尖底點連接成一條光滑曲線。設(shè)計步驟6、尖底擺動從動件盤形凸輪第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三將圓柱凸輪的外表面展在平面上,則得到一個移動凸輪；根據(jù)反轉(zhuǎn)法作出推桿滾子中心在復(fù)合運動中軌跡，即為凸輪的理論廓線；據(jù)此再作實際廓線；7.直動推桿圓柱凸輪機構(gòu)第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三1）確定基圓和推桿的起始位置；2）作出推桿在反轉(zhuǎn)運動中依次占據(jù)的各位置線；3）根據(jù)推桿運動規(guī)律，確定推桿在反轉(zhuǎn)所占據(jù)的各位置線中的尖頂位置，即復(fù)合運動后的位置；4）在所占據(jù)的各尖頂位置作出推桿高副元素所形成的曲線族；5）作推桿高副元素所形成的曲線族的包絡(luò)線，即是所求的凸輪輪廓曲線。用圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線小結(jié)：第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三★凸輪理論廓線方程式：滾子中心在初始點B0處：坐標(biāo)為：(e，s0)此式即為凸輪理論廓線方程式。三、用解析法設(shè)計凸輪的輪廓曲線1.偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)滾子中心到達B點時：凸輪轉(zhuǎn)過d，推桿產(chǎn)生位移s理論廓線上B點坐標(biāo)為第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三★凸輪工作廓線方程式：已知理論廓線任一點B(x,y)工作廓線上相應(yīng)點沿理論廓線取該點法向距離rr凸輪工作廓線方程式式中：“－”號用于內(nèi)等距曲線，“+”號為外等距曲線。注意：凸輪逆時針轉(zhuǎn)，推桿右偏置時e值為正，反之為負；凸輪順時針轉(zhuǎn)時則相反。分析：實際廓線與理論廓線在法線方向的距離處處相等，且等于滾子半徑rr。第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三分析：取坐標(biāo)系的y軸與推桿軸線重合；推桿反轉(zhuǎn)與凸輪在B點相切：凸輪轉(zhuǎn)過d，推桿產(chǎn)生位移s2.對心平底推桿(平底與推桿軸線垂直)盤形凸輪機構(gòu)P點為凸輪與推桿相對瞬心推桿的速度為B點坐標(biāo)為凸輪工作廓線方程式第40頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三設(shè)計分析：取擺動推桿軸心A0與凸輪軸心O之連線為y軸；推桿反轉(zhuǎn)處于AB位置：凸輪轉(zhuǎn)過d角，推桿角位移為f。3.擺動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)則Ｂ點之坐標(biāo)為為理論廓線方程式凸輪工作廓線方程式第41頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三一、凸輪機構(gòu)中的作用力與凸輪機構(gòu)的壓力角§9-4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定1、壓力角：指推桿沿凸輪廓線接觸點的法線方向與推桿速度方向之間所夾的銳角。根據(jù)力的平衡條件可得消去R1、R2