第9章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

1、9-1 9-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類 9-2 9-2 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇 9-3 9-3 按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)盤(pán)型凸輪輪廓按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)盤(pán)型凸輪輪廓 9-4 9-4 盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 9-5 9-5 空間凸輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介空間凸輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 凸輪機(jī)構(gòu)是通過(guò)凸輪與從動(dòng)件間的接觸來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，凸輪機(jī)構(gòu)是通過(guò)凸輪與從動(dòng)件間的接觸來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力， 是一種常見(jiàn)的高副機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只要設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆喪且环N常見(jiàn)的高副機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只要設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆?輪廓曲線，就可以使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任何預(yù)定的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律。輪廓曲線，就可以使

2、從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任何預(yù)定的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 9-1 9-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類 一一. .凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用和分類 1 1、組成：、組成： 凸凸 輪輪: :具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件 從動(dòng)件從動(dòng)件: :與凸輪保持接觸的桿，稱為從動(dòng)從動(dòng) 件或推桿件或推桿。 機(jī)機(jī) 架架 2 2、作用：將凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)轉(zhuǎn)變、作用：將凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)轉(zhuǎn)變 為從動(dòng)件的移動(dòng)或擺動(dòng)為從動(dòng)件的移動(dòng)或擺動(dòng) 4 4、應(yīng)用：、應(yīng)用： 適用于傳力不大的自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 3 3、特點(diǎn)、特點(diǎn): (1)只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可使從?dòng)件得到所需的運(yùn) 動(dòng)規(guī)律，響應(yīng)快速. (2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，工作可靠，容易

3、設(shè)計(jì)，制造困難； (3)高副接觸，易磨損. 凸輪是由一種具有曲線輪廓或凹槽曲線輪廓或凹槽 的構(gòu)件，多為主動(dòng)件，通常作等速連續(xù) 轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件作連續(xù)或間歇往復(fù)擺動(dòng)、 移動(dòng)或平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī) 律完全取決于凸輪輪廓或溝槽的形狀。 凸輪機(jī)構(gòu)是含有凸輪的一種高副機(jī) 構(gòu)，由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)構(gòu)件、 兩個(gè)低副和一個(gè)高副組成的單自由度機(jī) 構(gòu)。 二二、凸輪機(jī)構(gòu)的類型凸輪機(jī)構(gòu)的類型 1 1、按凸輪的形狀、按凸輪的形狀 和運(yùn)動(dòng)分類和運(yùn)動(dòng)分類 (1)(1)、盤(pán)形回轉(zhuǎn)凸輪、盤(pán)形回轉(zhuǎn)凸輪 凸輪呈盤(pán)狀，具有變化 的向徑，繞固定軸線回 轉(zhuǎn)，從動(dòng)件在垂直于凸 輪軸線的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng) (2)2)、移動(dòng)凸輪、移動(dòng)凸輪 相

4、當(dāng)于盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的 軸線位于無(wú)窮遠(yuǎn)，凸輪 相對(duì)于機(jī)架作往復(fù)直線 運(yùn)動(dòng) (3)(3)、圓柱凸輪、圓柱凸輪 2 2、按從動(dòng)件的形狀分類、按從動(dòng)件的形狀分類 它可以看成是將移動(dòng)凸輪 卷繞在圓柱體的外表面上而形 成的,屬于空間凸輪機(jī)構(gòu). 盤(pán)形凸輪是最基本的形盤(pán)形凸輪是最基本的形 式式, ,應(yīng)用較為廣泛應(yīng)用較為廣泛, ,故本章只故本章只 研究盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)研究盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu). . (1)(1)、尖頂從動(dòng)件、尖頂從動(dòng)件 簡(jiǎn)單，易磨損。簡(jiǎn)單，易磨損。 低速，作用力不大場(chǎng)合低速，作用力不大場(chǎng)合 儀表機(jī)構(gòu)儀表機(jī)構(gòu) (2)(2)、滾子從動(dòng)件、滾子從動(dòng)件 (3)(3)、平底從動(dòng)件、平底從動(dòng)件 磨損小，傳遞較大動(dòng)力磨損小

5、，傳遞較大動(dòng)力 易潤(rùn)滑，用于高速。易潤(rùn)滑，用于高速。 3、按、按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類 （1 1）直）直( (移移) )動(dòng)從動(dòng)件動(dòng)從動(dòng)件 擺動(dòng)從動(dòng)件 對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件 偏置直動(dòng)從動(dòng)件偏置直動(dòng)從動(dòng)件 (2)擺動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件 3、按鎖合方式分類 維持運(yùn)動(dòng)副中兩個(gè)構(gòu)件之間的接觸方式稱為鎖合維持運(yùn)動(dòng)副中兩個(gè)構(gòu)件之間的接觸方式稱為鎖合. 如溝槽凸輪、等徑及等寬凸輪、 力鎖合凸輪力鎖合凸輪:如靠重力、彈簧力鎖合的凸輪等； 形鎖合凸輪形鎖合凸輪: 9-2 9-2 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一、凸輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性一、凸輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性 基圓基圓：以凸輪最小半徑rb所作 的

6、圓，rb稱為凸輪的基圓半徑。 推程推程、推程運(yùn)動(dòng)角推程運(yùn)動(dòng)角：0 遠(yuǎn)休、遠(yuǎn)休止角：遠(yuǎn)休、遠(yuǎn)休止角： 回程、回程運(yùn)動(dòng)角回程、回程運(yùn)動(dòng)角： 近休、近休止角近休、近休止角： 行程行程：h h 推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：是指推桿在 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其位移、速度和加 速度隨時(shí)間變化（凸輪轉(zhuǎn)角變 化）的規(guī)律。 01 0 02 16 凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理 s C S S D 2 h行程行程 推程運(yùn)動(dòng)角推程運(yùn)動(dòng)角 遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休止角 回程運(yùn)動(dòng)角回程運(yùn)動(dòng)角 近休止角近休止角 B o s D rb e A B C 凸輪的基圓凸輪的基圓 該位置為初始位置該位置為初始位置 在凸輪機(jī)構(gòu)的一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，凸輪以等角速轉(zhuǎn)動(dòng)

7、一周， 而且凸輪的轉(zhuǎn)角存在著下面的關(guān)系 在這個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，凸輪作連續(xù)的等速轉(zhuǎn)動(dòng)，而從動(dòng)件經(jīng)歷 了推程、停歇、回程和停歇四個(gè)階段，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)是間歇運(yùn)動(dòng)。 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 由于凸輪以等角速度作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在凸輪運(yùn)動(dòng)的任意 瞬時(shí)，凸輪的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間t成線性關(guān)系，即t。 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指在推程和回程中，從動(dòng)件的位移、速度、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指在推程和回程中，從動(dòng)件的位移、速度、 加速度隨凸輪轉(zhuǎn)角或時(shí)間變化的規(guī)律加速度隨凸輪轉(zhuǎn)角或時(shí)間變化的規(guī)律。 對(duì)于直動(dòng)從動(dòng)件來(lái)說(shuō)，存在著如下的函數(shù)關(guān)系： ss（） vv（） aa（） + 0 + 0 01 02 360 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)線圖從動(dòng)

8、件的運(yùn)動(dòng)線圖 將從動(dòng)件在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律表示成凸輪轉(zhuǎn)角的 函數(shù)，與之對(duì)應(yīng)的圖形稱為從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)線圖。 以凸輪的轉(zhuǎn)角（或?qū)?yīng)的時(shí)間）為橫坐標(biāo)，以從動(dòng)件的位移為縱 坐標(biāo)所作的曲線，稱為從動(dòng)件的位移曲線。 即ss（） 表示vv（）和aa（）的線圖分別稱為速度線圖和加速 度線圖 二二 從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 生產(chǎn)中對(duì)工作構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)要求是多種多樣的。例如自動(dòng)機(jī)床 中用來(lái)控制刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，要求刀具（從動(dòng)件）在工 作行程時(shí)作等速運(yùn)動(dòng)（速度要求）。內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)，則要 求凸輪具有良好的動(dòng)力學(xué)性能(主要是加速度要求)。在某些控制 機(jī)構(gòu)中則只有簡(jiǎn)單的升距要求。 人們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期

9、的理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐，已經(jīng)積累了能 適應(yīng)多種工作要求的從動(dòng)件典型運(yùn)動(dòng)特性的運(yùn)動(dòng)曲線，即 所謂“常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律”。 n 凸輪的輪廓形狀決定了從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。反之，從 n動(dòng)件不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求凸輪具有不同形狀的輪廓曲線， n也即是說(shuō)，凸輪輪廓曲線的形狀取決于凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的 n運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，通常只需根據(jù)工作要求，從常用 運(yùn)動(dòng)規(guī)律中選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)曲線。在一般情況下，推程 是工作行程，要求比較嚴(yán)格，需要進(jìn)行仔細(xì)研究?；爻?一般要求較低，受力情況也比推程階段有利，故不作專 門(mén)討論。 1. 1. 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 h O S v O v O a 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的速度為常數(shù)時(shí)的

10、運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的速度為常數(shù)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律， 稱為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）。稱為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）。 推程時(shí)，設(shè)凸輪推程運(yùn)動(dòng)角為，從動(dòng)件升程為h， 相應(yīng)的推程時(shí)間為T(mén)，則從動(dòng)件的速度為： 1 CCtvdts 0 dt dv a 0 a T h v T t hs 初始條件為：t=0時(shí)，s=0； t=T時(shí)，s=h，利用位移方程 得到C1=0和C=h/T。 因此有 由于凸輪轉(zhuǎn)角=t，=T， 代入式，則得推程時(shí)從動(dòng)件用轉(zhuǎn)角 表示的運(yùn)動(dòng)方程： 推程的運(yùn)動(dòng)方程：推程的運(yùn)動(dòng)方程： /hs /hv 0a V=c=常數(shù) 位移方程為: 實(shí)際上，由于構(gòu)件材料有彈性，加速度和 慣性力不至于達(dá)到無(wú)窮大，

11、但仍將造成強(qiáng)烈沖 擊。 當(dāng)加速度為正時(shí)，它將增大凸輪壓力，使 凸輪輪廓嚴(yán)重磨損；加速度為負(fù)時(shí)，可能會(huì)造 成用力封閉的從動(dòng)件與凸輪輪廓瞬時(shí)脫離接觸， 并加大力封閉彈簧的負(fù)荷。因此這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律 只適用于低速，如自動(dòng)機(jī)床刀具進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及 在低速下工作的一些凸輪控制機(jī)構(gòu) 從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)起始位置和終止兩瞬時(shí)的速 度有突變，故加速度在理論上由零值突變?yōu)闊o(wú) 窮大，慣性力也為無(wú)窮大。由此的強(qiáng)烈沖擊稱 為剛性沖擊剛性沖擊。適用于低速場(chǎng)合。 2. 2. 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 （拋物線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）（拋物線運(yùn)動(dòng)規(guī)律） 從動(dòng)件在推程（或回程）中， 前半段作等加速運(yùn)動(dòng)，后半段作等 減速運(yùn)動(dòng)，加速度為常數(shù)。

12、且通常 兩部分加速度的絕對(duì)值相等 .由于從 動(dòng)件等加速段的初速度和等減速段 的末速度為零，故兩段升程所需的 時(shí)間必相等，即凸輪轉(zhuǎn)角均t/2； 兩段升程也必相等，即均為h/2。 推程等加速運(yùn)動(dòng)的方程式為：推程等加速運(yùn)動(dòng)的方程式為： 2 2 2 h s 2 4 h v 2 2 4 h a 1 4 9 4 1 0 h 1423560 s 0 v vmax 2/ 0 amax -amax a 2/ 0 j 2/ 在運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程的始末點(diǎn)和前在運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程的始末點(diǎn)和前 后半程的交接處，加速度對(duì)時(shí)間的變化后半程的交接處，加速度對(duì)時(shí)間的變化 率理論上為無(wú)窮大率理論上為無(wú)窮大, ,但加速度為限值。但加速度為限值

13、。 由此引起的沖擊稱為柔性沖擊。由此引起的沖擊稱為柔性沖擊。 適用于低速場(chǎng)合。適用于低速場(chǎng)合。 將上式積分兩次，并代入 初始條件：=0v=0，s=0 由于是等加速運(yùn)動(dòng)， 因此s=a0t 2/2 2 1 2 02 2 0 4 4 22 1 2 t h T h aa T a h 3 3、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律（余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律）、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律（余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律）： 當(dāng)質(zhì)點(diǎn)在（半徑R）圓周上作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其在該圓直徑上的 投影所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)稱為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，由于其加速度曲線為余弦曲線， 故又稱為余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 得求 得求 dt dv a h a dt ds v h v h s r r rr r )cos(

14、 2 )sin( 2 )cos(1 2 2 由位移線圖可以看出, 其位移曲線方程為: S=R-Rcos 而R=h/2及 /=/ 代入上式得: 運(yùn)動(dòng)特性：這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度在起點(diǎn)和終點(diǎn)時(shí)有有限數(shù)值 的突變，故也有柔性沖擊。 適用場(chǎng)合： 中速、中載。 4.擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律 如下圖所示，一滾圓沿縱軸(S軸)作勻速純滾動(dòng)，圓上任一 點(diǎn)A的軌跡為擺線。滾圓轉(zhuǎn)一周，A點(diǎn)回到縱軸上。A點(diǎn)作擺線 運(yùn)動(dòng)時(shí)，在縱軸上的投影即構(gòu)成從動(dòng)件擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移曲 線。其加速度曲線為正弦曲線。 從位移線圖可以看出, 所以得: 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：整個(gè)推程運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度和加速度曲線都是連續(xù) 變化的，加速度沒(méi)有任何

15、突變，因此就不會(huì)產(chǎn)生慣性力的突變，故 不會(huì)產(chǎn)生任何沖擊。 三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇 1. 選擇推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基本要求 滿足機(jī)器的工作要求； 使凸輪機(jī)構(gòu)具有良好的動(dòng)力特性； 使所設(shè)計(jì)的凸輪便于加工。 2. 根據(jù)工作條件確定推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律幾種常見(jiàn)情況 （1）當(dāng)機(jī)械的工作過(guò)程對(duì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有特殊要求， 凸輪轉(zhuǎn)速不太高時(shí)，首先滿足從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其次考 慮動(dòng)力特性和便于加工。 例如各種機(jī)床中控制刀架進(jìn)給的凸輪機(jī)構(gòu)，為了加工出表 面光滑的零件，并使機(jī)床載荷穩(wěn)定，要求進(jìn)刀時(shí)刀具作等 速運(yùn)動(dòng)，故從動(dòng)件應(yīng)選擇等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪 機(jī)構(gòu)，工作要求氣門(mén)的開(kāi)關(guān)愈快愈好，全開(kāi)的時(shí)間保持得 愈長(zhǎng)愈好，同時(shí)為

16、了避免產(chǎn)生過(guò)大的慣性力，減小沖擊和 噪音，從動(dòng)件可選用等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 （2）當(dāng)機(jī)械的工作過(guò)程只要求從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)一定的工作行 程，而對(duì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律無(wú)特殊要求時(shí)，低速時(shí)考慮使凸輪機(jī) 構(gòu)具有較好的動(dòng)力特性和便于加工。高速時(shí)主要考慮以減 小慣性力和沖擊為依據(jù)來(lái)選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 例如，用于機(jī)床操縱機(jī)構(gòu)中的凸輪機(jī)構(gòu)，主要是要求 凸輪轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，從動(dòng)件擺動(dòng)一定角度。至于從動(dòng)件按 什么規(guī)律運(yùn)動(dòng)并不重要。所以從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇是在 滿足位移要求的前提下，盡可能使凸輪便于加工，例如， 用圓弧和直線組成凸輪的輪廓曲線。 工件工件工件工件 （3） 對(duì)于高速輕載的凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將 使從動(dòng)件產(chǎn)

17、生很大的慣性力從而增大運(yùn)動(dòng)副中的動(dòng)壓力和 摩擦力，加劇磨損、降低使用壽命。因此，使其最大加速 度不要太大，以減小慣性力，改善其動(dòng)力性能，就成為選 擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的主要依據(jù)。 對(duì)于大質(zhì)量的從動(dòng)件，由于其動(dòng)量mv較大，當(dāng)從動(dòng) 件突然被阻止時(shí)，將出現(xiàn)很大的沖擊力。因此對(duì)這類從動(dòng) 件應(yīng)注意最大速度不宜太大。 前面說(shuō)過(guò),凸輪的輪廓形狀決定了從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。反 之，從動(dòng)件不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求凸輪具有不同形狀的輪廓曲線， 也即是說(shuō)，凸輪輪廓曲線的形狀取決于凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的 運(yùn)動(dòng)參數(shù)。根據(jù)已知從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律求輪廓曲線既凸輪機(jī)構(gòu)根據(jù)已知從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律求輪廓曲線既凸輪機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì). . 按給定從動(dòng)件位移線

18、圖設(shè)計(jì)凸輪廓線是畫(huà)位移線圖的逆過(guò)程按給定從動(dòng)件位移線圖設(shè)計(jì)凸輪廓線是畫(huà)位移線圖的逆過(guò)程 9-3 9-3 用圖解法設(shè)計(jì)盤(pán)形凸輪輪廓曲線用圖解法設(shè)計(jì)盤(pán)形凸輪輪廓曲線 一、圖解法的原理一、圖解法的原理-反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法 假想給整個(gè)機(jī)構(gòu)加一公共角速度- 凸輪：相對(duì)靜止不動(dòng) 推桿：一方面隨導(dǎo)軌以-繞 凸輪軸心轉(zhuǎn)動(dòng)另一方面又沿 導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)移動(dòng) 推桿尖頂在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)中 的運(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪輪廓曲線 依據(jù)此原理可以用幾何作圖依據(jù)此原理可以用幾何作圖 的方法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線的方法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線. . 給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以- -時(shí)，時(shí)， 不影響各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不影響各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)

19、動(dòng)， 此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件 尖頂復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的尖頂復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的 輪廓曲線輪廓曲線。 O O - - 33 11 22 3 3 3 3 1 1 1 1 2 2 2 2 二、圖解法的方法和步驟 設(shè)計(jì)凸輪廓線的圖解法是根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理作出從動(dòng)件推桿尖頂 在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的各位置，然后作出其高副元素所形成 的曲線族；并作從動(dòng)件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。 1、對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)要求：已知凸輪的基圓半徑為rb,凸輪沿逆時(shí)針?lè)较虻人倩?轉(zhuǎn)。而推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖所示。試設(shè)計(jì)該對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件 盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的

20、凸輪廓線。 60 r0 120 - 1 設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：設(shè)計(jì)步驟小結(jié)： 選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r rb b。 反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。 確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。 將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。 1 1、對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)、對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 1 3 5 7 8 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 90 90 A 1 8 7 6 5 4 3 2 14 13 12 11 10 9 60 1209090 1 3 5

21、7 8 911 13 15 s 9 11 13 12 14 10 2、對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 已知條件: 凸輪的基圓半徑為rb,滾子半徑rr,凸輪沿逆時(shí)針?lè)较虻?速回轉(zhuǎn)。推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖所示。試設(shè)計(jì)對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán) 形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線。 2、對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) s 911 13 151 3 5 7 8 r0 A 120 - 1 設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：設(shè)計(jì)步驟小結(jié)： 選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r rb b。 反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。 確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。 將各尖頂點(diǎn)連接

22、成一條光滑曲線。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。 1 3 5 7 89 11 13 12 14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 60 90 90 1 8 7 6 5 4 3 2 14 13 12 11 10 9 理論輪廓理論輪廓 (pitch curve) 實(shí)際輪廓實(shí)際輪廓 Cam profile 作各位置滾子圓的內(nèi)作各位置滾子圓的內(nèi)( (外外) )包絡(luò)線。包絡(luò)線。 60 1209090 距線）論廓線的基圓半徑（等凸輪的基圓半徑：指理 凸輪的實(shí)際廓線接接觸的凸輪廓線稱為工作廓線：把與滾子直實(shí)際廓線 為凸輪的理論廓線在復(fù)合運(yùn)動(dòng)中的軌跡稱理論廓線：把滾子中心 / 3、對(duì)

23、心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 已知條件已知條件: 凸輪的基圓半徑為rb,凸輪沿逆時(shí)針?lè)较虻人倩剞D(zhuǎn)。推 桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖所示。試設(shè)計(jì)對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 的凸輪廓線。 3、對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) s 911 13 15 1 3 5 7 8 r0 設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟： 選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r r0 0。 反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。 確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件平底直線在各等份點(diǎn)的位置。確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件平底直線在各等份點(diǎn)的位置。 作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。 8 7 6 5 4 3 2 1 910 11 12 13 1

24、4 - A 1 3 5 7 89 11 13 12 14 1 2 34 5 6 7 8 15 14 13 12 1110 9 60 1209090 4、偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 已知條件已知條件:已知凸輪的基圓半徑為rb,凸輪沿逆時(shí)針?lè)较虻人倩剞D(zhuǎn)。 而推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知，已知偏距e。 從動(dòng)畫(huà)中看，從動(dòng)件在反 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置 將不在是以凸輪回轉(zhuǎn)中心 作出的徑向線,而是始終 與O保持一偏距e的直線, 因此若以凸輪回轉(zhuǎn)中心O 為圓心，以偏距e為半徑 作圓（稱為偏距圓）,則 從動(dòng)件在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依次 占據(jù)的位置必然都是偏距 圓的切線,(圖中K1B1、 K2B2 )從動(dòng)件的位移 (B1B1

25、B2B2 ) 也應(yīng)沿切線量取。然后將 B1 B2 B3等點(diǎn)用光滑 的曲線連接起來(lái)，既得偏 置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸 輪輪廓。 911 13 15 1 3 5 7 8 O O e A A 4、偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 1 3 5 7 89 11 13 12 14 - 6 1 2 3 4 5 7 8 15 14 13 12 11 10 9 設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：設(shè)計(jì)步驟小結(jié)： 選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r r0 0; ; 反向等分各運(yùn)動(dòng)角反向等分各運(yùn)動(dòng)角; ; 確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置; ; 將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑

26、曲線。 15 14 13 12 11 10 9 k9 k10 k11 k12 k13 k14k15 1 2 3 4 5 6 7 8 k1 k2 k3 k5 k4 k6 k7 k8 60 1209090 s2 120 60 90 47 9-4 盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 一、作用力與尺寸參數(shù)的關(guān)系一、作用力與尺寸參數(shù)的關(guān)系 圖示為盤(pán)狀凸輪機(jī)構(gòu)的推桿在推程中的受力 情況。P為凸輪對(duì)推桿的作用力；Q為推桿所受載 荷；R1R2為導(dǎo)軌作用在推桿上的反力；12為摩 擦角。 根據(jù)瞬時(shí)力平衡條件可得 : 由以上三式消去R1和R2，整理得 為改善受力情況， 應(yīng)盡量增大等式右 邊的分母。

27、 1.1.壓力角壓力角 凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件作用力的方向線與從動(dòng)件上力作用點(diǎn)的速度方 向之間所夾的銳角，用表示。 壓力角與作用力以及機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系 將凸輪對(duì)從動(dòng)件的作用力F分解為 F1和F2。F2為有效分力，F(xiàn)1為有害分力， 當(dāng)壓力角越大，有害分力F1越大，如 果壓力角增大，有害分力所引起的摩擦 阻力也將增大，摩擦功耗增大，效率降 低。 F1=Fsin F2=Fcos 2.2.自鎖現(xiàn)象自鎖現(xiàn)象 當(dāng)壓力角越大，有害分力F1越大,有效分力F2越小,使得機(jī)構(gòu) 的受力情況越差,傳動(dòng)效率越低.當(dāng)壓力角增大到一定值時(shí),有 害分力F1所引起的摩擦阻力將大于有效分力F2,出現(xiàn)F2 ， 容易引起自鎖容易引起自鎖,所以所以rb不能過(guò)小不能過(guò)小 在滿足許用壓力角和強(qiáng)度要求的條件下在滿足許用壓力角和強(qiáng)度要求的條件下, ,一般盡可能的確定較小一般盡可能的確定較小 的凸輪基圓半徑的凸輪基圓半徑. . n 1 t t 2 p n A co e v2 s0 s rb o e 1 c p A n n P為構(gòu)件為構(gòu)件1、2的瞬心的瞬心 v2=op. SS OCOP AC CP tg 0 Ser ev tg b 22 12 / 偏距大小受從動(dòng)