機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-----第三章 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、第三章第三章 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3 31 1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類3 32 2 從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律3 33 3 盤狀凸輪輪廓的設(shè)計(jì)盤狀凸輪輪廓的設(shè)計(jì)3 34 4 設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)注意的問題設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)注意的問題31 凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類的應(yīng)用和分類組成：組成：三個(gè)構(gòu)件、三個(gè)構(gòu)件、盤盤(柱柱)狀曲線輪廓、從動(dòng)件呈桿狀。狀曲線輪廓、從動(dòng)件呈桿狀。作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn) = 從動(dòng)件從動(dòng)件直線移動(dòng)直線移動(dòng)或或擺動(dòng)擺動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可精確實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，簡單緊湊?？删_實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，簡單緊湊。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：高副，線接觸，易磨損，傳力不

2、大。高副，線接觸，易磨損，傳力不大。應(yīng)用：應(yīng)用：內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī) 、牙膏生產(chǎn)等自動(dòng)線、補(bǔ)、牙膏生產(chǎn)等自動(dòng)線、補(bǔ)鞋機(jī)、配鑰匙機(jī)等。鞋機(jī)、配鑰匙機(jī)等。分類：分類：1)按凸輪形狀分：按凸輪形狀分：盤形盤形、 移動(dòng)移動(dòng)、 圓柱凸輪圓柱凸輪 ( 端面端面 ) 。2)按推桿形狀分：按推桿形狀分：尖頂尖頂、 滾子滾子、 平底平底從動(dòng)件。從動(dòng)件。特點(diǎn)：特點(diǎn)：尖頂構(gòu)造簡單、易磨損、用于儀表機(jī)構(gòu)；尖頂構(gòu)造簡單、易磨損、用于儀表機(jī)構(gòu)；滾子滾子磨損小，應(yīng)用廣；磨損小，應(yīng)用廣；平底平底受力好、潤滑好，用于高速傳動(dòng)。受力好、潤滑好，用于高速傳動(dòng)。實(shí)例實(shí)例12刀架刀架o3).按推桿運(yùn)動(dòng)分：按推桿運(yùn)動(dòng)分：直動(dòng)直動(dòng)(對心、偏置對心

3、、偏置)、 擺動(dòng)擺動(dòng)4).按保持接觸方式分：按保持接觸方式分：力封閉力封閉（重力、彈簧等）內(nèi)燃機(jī)氣門機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)氣門機(jī)構(gòu)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)幾何形狀封閉幾何形狀封閉(凹槽、等寬、等徑、主回凸輪)r1r2r1+r2 =constW凹凹槽槽凸凸輪輪等等寬寬凸凸輪輪等等徑徑凸凸輪輪優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：只需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)妮喞€，從動(dòng)件便可獲得只需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)妮喞€，從動(dòng)件便可獲得任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：線接觸，容易磨損。線接觸，容易磨損。作者：潘存云教授主主回回凸凸輪輪設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云312A線線繞線機(jī)構(gòu)繞線機(jī)構(gòu)312A線

4、線應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：設(shè)計(jì)：潘存云3皮帶輪皮帶輪5卷帶輪卷帶輪錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)1放音鍵放音鍵2摩擦輪摩擦輪413245放音鍵放音鍵卷帶輪卷帶輪皮帶輪皮帶輪摩擦輪摩擦輪錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：潘存云132送料機(jī)構(gòu)送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：潘存云hhot1s23 32 2 從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù): : 1) 1)根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式; ;名詞術(shù)語：名詞術(shù)語：一、一、推桿的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律推桿的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律基圓、基圓、推程運(yùn)動(dòng)角、推程運(yùn)動(dòng)角、基圓半徑、基圓半徑、推程、推程、遠(yuǎn)休止角、遠(yuǎn)休止角、

5、回程運(yùn)動(dòng)角、回程運(yùn)動(dòng)角、回程、回程、近休止角、近休止角、行程。行程。一個(gè)循環(huán)rminh 1A而根據(jù)工作要求選定推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的前提。2)2)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律; ;3)3)合理確定結(jié)構(gòu)尺寸合理確定結(jié)構(gòu)尺寸; ;4)4)設(shè)計(jì)輪廓曲線。設(shè)計(jì)輪廓曲線。ssssDBCBtt設(shè)計(jì)：潘存云hhot1s2rminh 1AssssDBCBtt運(yùn)動(dòng)規(guī)律：運(yùn)動(dòng)規(guī)律：推桿在推程或回程時(shí)，其位移推桿在推程或回程時(shí)，其位移S S2、速度、速度V2、和加速度和加速度a2 隨時(shí)間隨時(shí)間t 的變化規(guī)律。的變化規(guī)律。S S2=S=S2(t)(t)V2= =V2(t)(t)a2= =a2(t)(t)位移曲

6、線位移曲線在推程起始點(diǎn)：在推程起始點(diǎn)：1=0=0， s2=0代入得：代入得：C00， C1h/h/t t推程運(yùn)動(dòng)方程：推程運(yùn)動(dòng)方程： s2 h1/t v2 h1 /ts21tv21a21h在推程終止點(diǎn)：在推程終止點(diǎn)：1=t t ，s2=h+剛性沖擊剛性沖擊同理得回程運(yùn)動(dòng)方程：同理得回程運(yùn)動(dòng)方程： s2h(1-1/h )v2-h1 /ha20a2 01.1.等速運(yùn)動(dòng)（一次多項(xiàng)式）運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)（一次多項(xiàng)式）運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)用：存在應(yīng)用：存在剛性沖擊，剛性沖擊，應(yīng)用于低速應(yīng)用于低速輕載和從動(dòng)件質(zhì)量較小的場合。輕載和從動(dòng)件質(zhì)量較小的場合。2. 等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移曲線為一拋物線。加、

7、減速各占一半位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半。推程加速上升段邊界條件：推程加速上升段邊界條件：起始點(diǎn)：起始點(diǎn)：1=0=0， s2=0， v20中間點(diǎn)：中間點(diǎn)：1=t t /2 2，s2=h/2 求得：求得：C00， C10，C22h/2t加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s2 2h21 /2tv2 4h11 /2ta2 4h21 /2t設(shè)計(jì)：潘存云1a2h/2t th/2推程減速上升段邊界條件：推程減速上升段邊界條件：終止點(diǎn)：終止點(diǎn)：1=t t ，s2=h，v20中間點(diǎn)：中間點(diǎn)：1=t t/2 2，s2=h/2 求得：求得：C0h， C14h/t ， C2-2h/2t減速段推程運(yùn)

8、動(dòng)方程為：減速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s2 h-2h(t 1)2/2t11s2v2 -4h1(t-1)/2ta2 -4h21 /2t2 35462h/2h/t t柔性沖擊柔性沖擊4h4h2 2/2 2t t3重寫加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：重寫加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s2 2h2 1 /2tv2 4h11 /2ta2 4h21 /2t1v2同理可得回程等加速段的運(yùn)動(dòng)方程為：同理可得回程等加速段的運(yùn)動(dòng)方程為：s2 h-2h21/2hv2 -4h11/2ha2 -4h21/2h回程等減速段運(yùn)動(dòng)方程為：回程等減速段運(yùn)動(dòng)方程為：s2 2h(h-1)2/2hv2 -4h1(h-1)/2ha2 4h21/2h應(yīng)用：存在

9、應(yīng)用：存在柔性沖擊，柔性沖擊，應(yīng)用于應(yīng)用于中、低速輕載的場合。中、低速輕載的場合。設(shè)計(jì)：潘存云ht1 s s21a2. .余弦加速度余弦加速度( (簡諧簡諧) )運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程：推程： s2h1-cos(1/t)/2 v2 h1sin(1/t)1/2ta2 2h21 cos(1/t)/22t 回程：回程： s2h1cos(1/h)/2 v2-h1sin(1/h)1/2ha2-2h21 cos(1/h)/22h123 4561v v2V Vmaxmax=1.57h/2=1.57h/20 0在起始和終止處理論上在起始和終止處理論上a2為有為有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。限值，產(chǎn)生柔性沖擊。12345

10、6應(yīng)用：存在應(yīng)用：存在柔性沖擊，柔性沖擊，應(yīng)用于中速應(yīng)用于中速的場合。的場合。 s211a21v2ht t. .正弦加速度（擺線）運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度（擺線）運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程：推程：s2hh1/t t-sin(2-sin(21/t t)/2)/2 v2hh11-cos(21-cos(21/t t)/)/t ta22h2h2 21 sin(2(21/t t)/)/2 2t t 回程：回程： s2h1-h1-1/h h +sin(2 +sin(21/h h)/2)/2 v2hh1cos(2cos(21/h h)-1/)-1/h ha2-2h-2h2 21 sin(2(21/h h)/)/h h2 2無沖

11、擊無沖擊應(yīng)用：無應(yīng)用：無沖擊，沖擊，應(yīng)用于高速重載的應(yīng)用于高速重載的場合。場合。設(shè)計(jì)：潘存云v2s 2a 2111hooot t正弦改進(jìn)等速正弦改進(jìn)等速二、改進(jìn)型運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、改進(jìn)型運(yùn)動(dòng)規(guī)律將幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合，以改善將幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合，以改善運(yùn)動(dòng)特性。運(yùn)動(dòng)特性。+-v 2s 2a 2111hooot t1.1.凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理33 盤狀凸輪輪廓的設(shè)計(jì)盤狀凸輪輪廓的設(shè)計(jì)2.2.用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線1)1)對心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪對心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪2)2)滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪3)3)對心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪對

12、心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪4)4)擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：潘存云一、凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理一、凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理反轉(zhuǎn)原理反轉(zhuǎn)原理：依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法依據(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，例如：設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線，例如： 給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以- -1時(shí)，不影響各構(gòu)件之間時(shí)，不影響各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件尖頂復(fù)合的相對運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件尖頂復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線。尖頂凸輪繪制動(dòng)畫尖頂凸輪繪制動(dòng)畫滾子凸輪繪制動(dòng)畫滾子凸輪繪制動(dòng)畫O O - -13

13、311223 33 31 11 12 22 21設(shè)計(jì)：潘存云60rmin120-111對心直動(dòng)尖頂對心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑凸輪的基圓半徑rmin，角速度，角速度1和從動(dòng)和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。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 rminmin。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.對心直動(dòng)尖頂對

14、心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪盤形凸輪135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109二、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制二、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制 6012090901 3 5 7 8911 13 15s2 191113121410設(shè)計(jì)：潘存云s2 1911 13 151 3 5 7 8rminA120-11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 rminmin。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

15、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。135789111312142345 67 8910111213146090901876543214131211109理論輪廓理論輪廓實(shí)際輪廓實(shí)際輪廓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。2.2.滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪滾子直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪滾子直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑的基圓半徑rmin，角速度，角速度1和從動(dòng)件的和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。 6012090901設(shè)計(jì)：潘存云s2 1911 13 151 3 5 7 8rm

16、in對心直動(dòng)平底對心直動(dòng)平底從動(dòng)件從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑凸輪的基圓半徑rmin，角速度，角速度1和從動(dòng)和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。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 rminmin。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。3.3.對心直動(dòng)平底對心直動(dòng)平底從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪盤形凸輪8765432191011121314-11A13578

17、911131214123456781514131211109 601209090設(shè)計(jì)：潘存云對平底推桿凸輪機(jī)構(gòu)，也有失真現(xiàn)象。對平底推桿凸輪機(jī)構(gòu)，也有失真現(xiàn)象。Ormin可通過增大可通過增大r rminmin解決此問題。解決此問題。rminOB1定義：定義：正壓力與推桿上力作用點(diǎn)正壓力與推桿上力作用點(diǎn)B速度方向間的夾角速度方向間的夾角 F”F”，若若大到一定程度時(shí)，會(huì)有：大到一定程度時(shí)，會(huì)有：機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。34 設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)注意的問題設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)注意的問題nn一、壓力角與作用力的關(guān)系一、壓力角與作用力的關(guān)系不考慮摩擦?xí)r，作用力沿法線方向。不考慮摩擦?xí)r，作用力沿法線方向。FFF”F-有用分力有用分力, 沿導(dǎo)路方向沿導(dǎo)路方向F”-有害分力，垂直于導(dǎo)路有害分力，垂直于導(dǎo)路F”=F tg F 一定時(shí)，一定時(shí)， F Ff FFF Ff為了保證凸輪機(jī)構(gòu)正常工作，要求：為了保證凸輪機(jī)構(gòu)正常工作，要求： 二、壓力角與基圓半徑的關(guān)系二、壓力角與基圓半徑的關(guān)系由圖可知：由圖可知：r rminmin = 30= 30 -直動(dòng)從動(dòng)件；直動(dòng)從動(dòng)件； = = 354545擺動(dòng)從動(dòng)件；擺動(dòng)從動(dòng)件； = = 708080回程?；爻獭2=vB2=vB1tg=rBtgds2 /dt=d/dt(r0+s2) tg 若發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果若發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果 ，可增大可增大rmin