第四章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計2

1、4-3 4-3 按給定運(yùn)動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓曲線按給定運(yùn)動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓曲線作圖法作圖法凸輪廓線設(shè)計的基本原理凸輪廓線設(shè)計的基本原理 假想給整個機(jī)構(gòu)加一公共角假想給整個機(jī)構(gòu)加一公共角速度速度-w w,則凸輪相對靜止不則凸輪相對靜止不動，而從動件一方面隨導(dǎo)軌動，而從動件一方面隨導(dǎo)軌以以-w w繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動，另一繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動，另一方面又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)方面又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)移動。從動件尖頂在這種復(fù)移動。從動件尖頂在這種復(fù)合運(yùn)動中的運(yùn)動軌跡即為凸合運(yùn)動中的運(yùn)動軌跡即為凸輪輪廓曲線。輪輪廓曲線。凸輪廓線的設(shè)計方法凸輪廓線的設(shè)計方法 圖解法圖解法 解析法解析法反轉(zhuǎn)法原理反轉(zhuǎn)法原理：反轉(zhuǎn)法與正轉(zhuǎn)對

2、比r0Os1 3 5 7 8 60 120 90 90 60 120 w ww w1 2 90 90 9 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 一、直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)一、直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)1 1、對心尖頂直動從動件盤形凸輪輪廓線的設(shè)計、對心尖頂直動從動件盤形凸輪輪廓線的設(shè)計已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，凸輪角速度，凸輪角速度w w和和從動件的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線從動件的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。選比例尺選比例尺 l，作位移曲線和基圓作位移曲線和基圓r0。等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動角，確定等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)

3、于各等分點(diǎn)的從動件的位置。反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動件的位置。3 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915確定反轉(zhuǎn)后從動件尖頂在各等分點(diǎn)占據(jù)確定反轉(zhuǎn)后從動件尖頂在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置。的位置。設(shè)計步驟設(shè)計步驟將各尖頂點(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。eA2 2、偏置尖頂直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計偏置尖頂直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度w w和從動件的和從動件的運(yùn)動規(guī)律及偏心距運(yùn)動規(guī)律及偏心距e，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。 選比例尺選比例尺 l，作

4、位移作位移曲線、基圓曲線、基圓r0和偏距圓和偏距圓e。設(shè)計步驟設(shè)計步驟 等分位移曲線及反向等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動角，確定反轉(zhuǎn)后等分各運(yùn)動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動件的對應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動件的位置。位置。Ow w6 1 2 3 4 5 7 8 1514w w13 12 11 10 9 1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8 w ws 1 3 5 7 8 60 120 90 90 9 1113151 3 5 7 8 9 11 1312 14 10 確定反轉(zhuǎn)后從動件尖確定反轉(zhuǎn)后從動件尖頂在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置頂在

5、各等分點(diǎn)占據(jù)的位置。 將各尖頂點(diǎn)連接成一將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。條光滑曲線。r0OA3、對心滾子直動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計對心滾子直動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，滾子半徑，滾子半徑rT、凸輪角速度凸輪角速度w w和從動件的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)和從動件的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。計該凸輪輪廓曲線。 選比例尺選比例尺 l，作位移曲線和作位移曲線和基圓基圓r0。設(shè)計步驟設(shè)計步驟 等分位移曲線及反向等分各等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點(diǎn)運(yùn)動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動件的位置。的從動件的位置。理論輪廓曲線理論輪廓曲線實際輪廓曲線實

6、際輪廓曲線s1 3 5 7 8 60 120 90 90 9 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 60 120 w ww w1 2 90 90 3 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915確定反轉(zhuǎn)后從動件滾子中心在確定反轉(zhuǎn)后從動件滾子中心在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置。各等分點(diǎn)占據(jù)的位置。將各點(diǎn)連接成一條光滑曲線。將各點(diǎn)連接成一條光滑曲線。作滾子圓族及滾子圓族的內(nèi)作滾子圓族及滾子圓族的內(nèi)( (外外) )包包絡(luò)線。絡(luò)線。 理論輪廓理論輪廓 滾子從動件凸輪機(jī)構(gòu)中，滾子中心與尖頂重合，故滾子中心的運(yùn)動規(guī)律即為尖頂?shù)倪\(yùn)動規(guī)律。

7、滾子中心的運(yùn)動規(guī)律即為尖頂?shù)倪\(yùn)動規(guī)律。所以，尖頂從動件凸輪輪廓為滾子從動件凸輪的理論輪廓理論輪廓。 實際輪廓實際輪廓 以理論輪廓上各點(diǎn)為圓心，以滾子半徑rT為半徑的滾子圓族的包絡(luò)線，稱為滾子從動件凸輪的實際輪廓實際輪廓，或稱工作輪廓工作輪廓。注意：注意：（1）理論輪廓與實際輪廓互為等距曲線；）理論輪廓與實際輪廓互為等距曲線；（2）凸輪的基圓半徑是指理論輪廓曲線的最小向徑。）凸輪的基圓半徑是指理論輪廓曲線的最小向徑。4 4、偏置滾子從動件凸輪輪廓曲線設(shè)計、偏置滾子從動件凸輪輪廓曲線設(shè)計（反轉(zhuǎn)法）（反轉(zhuǎn)法）2 2 S S- -w w1 1s s1 1O Or rb bw we es s2 22 2

8、h h4 4已知：已知：S=SS=S（ ），），r rb b，e e，w w ，r rr r是偏置尖頂直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計與是偏置尖頂直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計與對心滾子直對心滾子直動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計的綜合。動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計的綜合。120 90 150 1 1s s2 2h h3 34 4s s1 12 256 6s33 3r0OAw w5、對心平底直動從動件盤形凸輪輪廓線的設(shè)計對心平底直動從動件盤形凸輪輪廓線的設(shè)計 已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度w w和從和從動件的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。動件的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。

9、選比例尺選比例尺 l，作位移曲線和基圓作位移曲線和基圓r0。設(shè)計步驟設(shè)計步驟 等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動角，等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動件的確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動件的位置。位置。s1 3 5 7 8 60 120 90 90 9 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 60 120 w w1 2 90 90 3 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915 確定反轉(zhuǎn)后平底與導(dǎo)路中心線的交確定反轉(zhuǎn)后平底與導(dǎo)路中心線的交點(diǎn)點(diǎn)A在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置及垂線。在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置及垂

10、線。 作平底直線族及平底直線族的作平底直線族及平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。內(nèi)包絡(luò)線。r0O 1 2 345 6 7 8 60 120 90 90 二、尖頂擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)二、尖頂擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度w w ，桿長度桿長度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離輪回轉(zhuǎn)中心的距離a，擺，擺桿角位移曲線，設(shè)計該桿角位移曲線，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。凸輪輪廓曲線。1 2 3 4 5 6 7 120 B1 1C1C2C3C4C5C6C7C860 90 w w aB2 2B3 3B4 4B5 5B6 6B7 7A1A2A3A4A5A6

11、A7A8 w wA B0l 選比例尺選比例尺 ，作作位移曲線，作基圓位移曲線，作基圓r0和轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)軸圓軸圓OA。 等分位移曲線及等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動角，確反向等分各運(yùn)動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點(diǎn)的轉(zhuǎn)軸點(diǎn)的轉(zhuǎn)軸A的位置。的位置。 確定反轉(zhuǎn)后從動件尖確定反轉(zhuǎn)后從動件尖頂在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置。頂在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置。設(shè)計步驟設(shè)計步驟 將各尖頂點(diǎn)連接成一條將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。光滑曲線。作圖法的缺點(diǎn)作圖法的缺點(diǎn)繁瑣、誤差較大。繁瑣、誤差較大。 三、擺動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)（略）三、擺動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)（略）一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和自鎖一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和自鎖4-5

12、4-5 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定壓力角壓力角：是指當(dāng)不計摩擦情況下，凸輪對：是指當(dāng)不計摩擦情況下，凸輪對從動件作用力的方向線與從動件上受力點(diǎn)的從動件作用力的方向線與從動件上受力點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳角。速度方向之間所夾的銳角。自鎖：當(dāng)自鎖：當(dāng)增大到某一數(shù)值時，因增大到某一數(shù)值時，因F而引起而引起的摩擦阻力將超過的摩擦阻力將超過F，這時無論凸輪給從動件，這時無論凸輪給從動件的驅(qū)動力多大，都不能推動從動件，這種現(xiàn)的驅(qū)動力多大，都不能推動從動件，這種現(xiàn)象稱為自鎖。象稱為自鎖。極限壓力角極限壓力角limlim: :機(jī)構(gòu)開始出現(xiàn)自鎖的壓力角。機(jī)構(gòu)開始出現(xiàn)自鎖的壓力角。注意：注意：

13、直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，其壓力角直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，其壓力角應(yīng)為過滾應(yīng)為過滾子中心所作理論輪廓曲線的法線子中心所作理論輪廓曲線的法線n-n與從動件的運(yùn)動方與從動件的運(yùn)動方向線之間的夾角。向線之間的夾角。例例1：畫出四種情況時不同點(diǎn)的壓力角。：畫出四種情況時不同點(diǎn)的壓力角。補(bǔ)：平地從動件的壓力角補(bǔ)：平地從動件的壓力角Cnn220ddtanersesOw wBes0sDr0 ds d 壓力角與凸輪基圓的關(guān)系壓力角與凸輪基圓的關(guān)系 壓力角對凸輪機(jī)構(gòu)的受力狀況有直壓力角對凸輪機(jī)構(gòu)的受力狀況有直接影響，在運(yùn)動規(guī)律選定之后，它主要接影響，在運(yùn)動規(guī)律選定之后，它主要取決于凸輪機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)尺寸。

14、取決于凸輪機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)尺寸。P為相對瞬心為相對瞬心wdd/dd/ddsttsvOP由由 BCP得得2200ersvvP二、按許用壓力角確定凸輪回轉(zhuǎn)中心位置和基圓半徑二、按許用壓力角確定凸輪回轉(zhuǎn)中心位置和基圓半徑1.滾子（尖底）直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)滾子（尖底）直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)2200ddarctanddarctanersessses正配置：正配置： 1 1負(fù)配置：負(fù)配置：11對心移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)對心移動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)e 0。 偏置方位和偏距偏置方位和偏距e的確定的確定 偏置方位的選擇應(yīng)有利于減小凸輪機(jī)構(gòu)推程時的壓力角。偏置方位的選擇應(yīng)有利于減小凸輪機(jī)構(gòu)推程時的壓力角。應(yīng)當(dāng)使從

15、動件偏置在推程時瞬心應(yīng)當(dāng)使從動件偏置在推程時瞬心P的位置的同一側(cè)的位置的同一側(cè)。 正確偏置正確偏置 OBw wnnPe錯誤偏置錯誤偏置需要注意的是，若推程壓力角減小，則回程壓力角將增大。需要注意的是，若推程壓力角減小，則回程壓力角將增大。BOw wnnPe限制基圓半徑的條件限制基圓半徑的條件 凸輪的基圓半徑應(yīng)大于凸輪軸的半徑；凸輪的基圓半徑應(yīng)大于凸輪軸的半徑； 最大壓力角最大壓力角 max 許用壓力角許用壓力角 ； 凸輪輪廓曲線的最小曲率半徑凸輪輪廓曲線的最小曲率半徑 min 0。 220tanddesesr結(jié)論結(jié)論（1）當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)配置情況、）當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)配置情況、偏距偏距e及從動件運(yùn)動規(guī)律選定

16、后，及從動件運(yùn)動規(guī)律選定后，基基圓半徑圓半徑r0 愈小，愈小，壓力角壓力角 愈大。愈大。（2）在壓力角滿足的前提下，應(yīng)選取盡可能小的基圓半徑。）在壓力角滿足的前提下，應(yīng)選取盡可能小的基圓半徑。減小推程壓力角度措施：減小推程壓力角度措施：（1）增大基圓半徑；）增大基圓半徑；（2）采用正配置；）采用正配置；（3）增大滾子半徑。）增大滾子半徑。 當(dāng)基圓過小時，可能產(chǎn)生內(nèi)凹，加當(dāng)基圓過小時，可能產(chǎn)生內(nèi)凹，加工將切除，產(chǎn)生運(yùn)動失真。不產(chǎn)生工將切除，產(chǎn)生運(yùn)動失真。不產(chǎn)生失真必須保證輪廓曲線為外凸。失真必須保證輪廓曲線為外凸。三、按輪廓曲線全部外凸的條件確定平底從動件盤形三、按輪廓曲線全部外凸的條件確定平底

17、從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪的基圓半徑凸輪機(jī)構(gòu)凸輪的基圓半徑平底從動件的特點(diǎn)：不允許輪廓曲線內(nèi)凹。平底從動件的特點(diǎn)：不允許輪廓曲線內(nèi)凹。最小曲率半徑 由加速度分析3232322BBABBBBaaaaaaAOAOAAOAFlsltsabll2222222d/dd/dwaa22d/dslAFsrslAB022d/dminmin22min0)d/d(ssrbsbbsb minmax)dd()dd(平底左右兩側(cè)的寬度為平底總寬度bbb 圓盤平底的直徑bsdmaxdd2平底從動件凸輪機(jī)構(gòu)的失真現(xiàn)象平底從動件凸輪機(jī)構(gòu)的失真現(xiàn)象 Or0r0解決措施解決措施增大基圓半徑增大基圓半徑r0四、從動件滾子半徑的選擇四、從動件滾子半徑的選擇 rT rT 0結(jié)論結(jié)論對于外凸輪廓，要保證凸輪正常工作，應(yīng)使對于外凸輪廓，要保證凸輪正常工作，應(yīng)使 min rT。 輪廓失真輪廓失真 rT rT rT 0輪廓正常輪廓正常輪廓變尖輪廓變尖內(nèi)凹輪廓內(nèi)凹輪廓 rT rT rT輪廓正常輪廓正常外凸輪廓外凸輪廓 理論輪廓曲線理論輪廓曲線 實際輪廓曲線實際輪廓曲線 rTrTrT 例例2圖為一偏置直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪為一偏圖為一偏置直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪為一偏心圓，在圖中畫出凸輪的理論輪廓曲線、偏距圓、基圓和最心圓，在圖中畫出凸輪的理論輪廓曲線、偏距圓、基圓和最大行程大行程h