第三章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1第三章凸輪機構(gòu)第三章凸輪機構(gòu)(jgu)及其設(shè)計及其設(shè)計第一頁，共40頁。一、凸輪一、凸輪(tln)機構(gòu)的應(yīng)用機構(gòu)的應(yīng)用O1123456789101112O2O3粉料壓片機機構(gòu)系統(tǒng)圖粉料壓片機機構(gòu)系統(tǒng)圖13型腔型腔（料斗料斗）（上沖頭）（上沖頭）（下沖頭）（下沖頭）1）移動料斗）移動料斗(lio du)4至型腔上方，并使料斗至型腔上方，并使料斗(lio du)振振 動，動， 將粉料裝入型腔。將粉料裝入型腔。2）下沖頭）下沖頭6下沉下沉(xi chn)，以防止上沖頭，以防止上沖頭12下壓下壓時將時將 型腔內(nèi)粉料抖出。型腔內(nèi)粉料抖出。3）上、下沖頭對粉料加壓，并保壓一上、下沖頭對粉料加壓，并

2、保壓一 定時間。定時間。4）上沖頭退出，下沖頭頂出藥片。上沖頭退出，下沖頭頂出藥片。第1頁/共39頁第二頁，共40頁。二、凸輪機構(gòu)二、凸輪機構(gòu)(jgu)的分類的分類1）按凸輪）按凸輪(tln)的形狀分：的形狀分：盤形凸輪盤形凸輪(tln)（avi)移移動動凸凸輪輪圓圓柱柱凸凸輪輪（avi)（avi)第2頁/共39頁第三頁，共40頁。2）按從動件的形狀）按從動件的形狀(xngzhun)分：分：尖頂尖頂(jindng)從動件從動件滾子滾子(n z)從動件從動件平底從動件平底從動件 第3頁/共39頁第四頁，共40頁。3）按從動件的運動）按從動件的運動(yndng)形式分：形式分：擺動從動件擺動從動件

3、移動從動件移動從動件偏置移動從動件偏置移動從動件對心移動從動件對心移動從動件（avi)（avi)（avi)第4頁/共39頁第五頁，共40頁。4）按凸輪）按凸輪(tln)高副的鎖合方式分：高副的鎖合方式分：力鎖合、形鎖合力鎖合、形鎖合三、凸輪機構(gòu)的優(yōu)缺點三、凸輪機構(gòu)的優(yōu)缺點第5頁/共39頁第六頁，共40頁。32 32 推桿的運動推桿的運動(yndng)(yndng)規(guī)律規(guī)律sCSSD2h推程運動推程運動角角遠休止角遠休止角回程運動角回程運動角近休止角近休止角BosDrbeABC凸輪的基圓凸輪的基圓SS該位置為初始位置該位置為初始位置行程行程直動從動件凸輪機構(gòu)直動從動件凸輪機構(gòu)第6頁/共39頁第七

4、頁，共40頁。第7頁/共39頁第八頁，共40頁。凸輪機構(gòu)的設(shè)計任務(wù)：凸輪機構(gòu)的設(shè)計任務(wù)： 為滿足凸輪機構(gòu)的輸出件提出的運動要求、為滿足凸輪機構(gòu)的輸出件提出的運動要求、動力要求等，凸輪機構(gòu)的設(shè)計大致可分成以下四動力要求等，凸輪機構(gòu)的設(shè)計大致可分成以下四步：步：（1）從動件運動規(guī)律的設(shè)計）從動件運動規(guī)律的設(shè)計（2）凸輪機構(gòu)基本尺寸的設(shè)計）凸輪機構(gòu)基本尺寸的設(shè)計（3）凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計）凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計（4）繪制凸輪機構(gòu)工作圖）繪制凸輪機構(gòu)工作圖第8頁/共39頁第九頁，共40頁。一、從動件常用運動規(guī)律一、從動件常用運動規(guī)律（一）多項式運動規(guī)律（一）多項式運動規(guī)律其位移方程的一般形式為：其位

5、移方程的一般形式為：nncccccs 332210)432(1342321 nnncccccv) 1(1262(224322 nncnnccca式中，式中， 為凸輪的轉(zhuǎn)角（為凸輪的轉(zhuǎn)角（rad )；c0，c1，c2，.cn為為n+1個待定系數(shù)。個待定系數(shù)。第9頁/共39頁第十頁，共40頁。1. n=1的運動規(guī)律（等速運動規(guī)律）的運動規(guī)律（等速運動規(guī)律）10ccs1cv 0a推程的運動方程：推程的運動方程：/hs/hv0a, 0, 0s,hs 其推程的邊界條件為：其推程的邊界條件為：則得：則得：C0 = 0 ，C1 = h/ OShvOSOvOa-第10頁/共39頁第十一頁，共40頁。 從動件在

6、運動起始從動件在運動起始位置和終止兩瞬時的加位置和終止兩瞬時的加速度在理論上由零值突速度在理論上由零值突變?yōu)闊o窮大，慣性力也變?yōu)闊o窮大，慣性力也為無窮大。由此的沖擊為無窮大。由此的沖擊稱為稱為(chn wi)剛性沖擊。適用于剛性沖擊。適用于低速場合。低速場合。OShvOSOvOa-第11頁/共39頁第十二頁，共40頁。2. n = 2的運動的運動(yndng)規(guī)律規(guī)律（等加速（等加速(ji s)等減速運動規(guī)律）等減速運動規(guī)律）2210cccs212ccv222ca 推程等加速運動推程等加速運動(ji s yn dn)的方程式為：的方程式為：222hs24hv224ha,2/2/hs ,0,0s

7、0v推程等加速運動的邊界條件為：推程等加速運動的邊界條件為：得：得：C0 = -h，C1 =4 h/，C2 =-2 h/1494100vvmax2/0amax-amaxa2/h1423560s第12頁/共39頁第十三頁，共40頁。 在運動在運動(yndng)規(guī)律推程的始末點和前后半程的交接處，加速度雖為有限值，但加速度對時間的變化率理論上為無窮大。由此引起的沖擊稱為柔性沖擊。規(guī)律推程的始末點和前后半程的交接處，加速度雖為有限值，但加速度對時間的變化率理論上為無窮大。由此引起的沖擊稱為柔性沖擊。1494100vvmax2/0amax-amaxa2/h1423560s第13頁/共39頁第十四頁，共

8、40頁。（二）三角函數(shù)（二）三角函數(shù)(snjihnsh)類基本運動規(guī)律類基本運動規(guī)律1.余弦余弦(yxin)加速度運動規(guī)律（推程）加速度運動規(guī)律（推程）)cos(1 2hs)sin(2hv)cos(2222hacos22hhsa123456amax-amax0 s1 23456hvmaxv1 23456s123456h/2 第14頁/共39頁第十五頁，共40頁。 對對RDRD型運型運動循環(huán)，該運動動循環(huán)，該運動規(guī)律在推程的起、規(guī)律在推程的起、止瞬時，從動件止瞬時，從動件的加速度有突變，的加速度有突變，故存在柔性故存在柔性(ru xn)沖擊。沖擊。適用于中、低速適用于中、低速場合。場合。a123

9、456amax-amax0 s1 23456hvmaxv1 23456s123456h/2 第15頁/共39頁第十六頁，共40頁。2. 正弦加速度運動正弦加速度運動(yndng)規(guī)律（推程）規(guī)律（推程）)2sin(2hhs)2cos(1 hv)2sin(222ha 這種運動規(guī)律的速度及這種運動規(guī)律的速度及加速度曲線都是連續(xù)的，沒加速度曲線都是連續(xù)的，沒有任何突變，因而既沒有剛有任何突變，因而既沒有剛性沖擊、又沒有柔性沖擊，性沖擊、又沒有柔性沖擊，可適用于高速凸輪機構(gòu)。可適用于高速凸輪機構(gòu)。12345678sohssS=S-S21346h/2572sin2hs s12345678ovvmax12

10、345678oaamax-amax第16頁/共39頁第十七頁，共40頁。 運動規(guī)律運動規(guī)律 最大速度最大速度 (h/) X 最大加速度最大加速度 (2 2h/2 2) X 最大躍度最大躍度(3 3h/3 3) X適用場合適用場合等速運動等速運動1.00低速輕載低速輕載等加等減速等加等減速2.004.00中速輕載中速輕載余弦加速度余弦加速度1.574.93中低速重載中低速重載正弦加速度正弦加速度2.006.2839.5中高速輕載中高速輕載5次多項式次多項式1.885.7760.0高速中載高速中載推桿常用運動規(guī)律推桿常用運動規(guī)律(gul)特性比較及適用場合特性比較及適用場合第17頁/共39頁第十八

11、頁，共40頁。運動規(guī)律組合時應(yīng)遵循運動規(guī)律組合時應(yīng)遵循(zn xn)以下原則：以下原則： （2）對于中、低速運動的凸輪機構(gòu)，要求從動）對于中、低速運動的凸輪機構(gòu)，要求從動件的位件的位移曲線移曲線(qxin)在銜接處相切，以保證速度曲線在銜接處相切，以保證速度曲線(qxin)的連續(xù)。即要求在的連續(xù)。即要求在銜接處的位移和速度應(yīng)分別相等。銜接處的位移和速度應(yīng)分別相等。 （3）對于中、高速運動的凸輪機構(gòu)，要求從動件的）對于中、高速運動的凸輪機構(gòu)，要求從動件的速速度曲線在銜接處相切，以保證度曲線在銜接處相切，以保證(bozhng)加速度曲線加速度曲線連續(xù)，即要求在連續(xù)，即要求在銜接處的位移、速度和加速

12、度應(yīng)分別相等。銜接處的位移、速度和加速度應(yīng)分別相等。 （1）為了獲得更好的運動特征，可以把上述幾種運動規(guī)律組合起來應(yīng)用，組合時，兩條曲線在拼接處必須保持連續(xù)。）為了獲得更好的運動特征，可以把上述幾種運動規(guī)律組合起來應(yīng)用，組合時，兩條曲線在拼接處必須保持連續(xù)。二、組合運動規(guī)律簡介二、組合運動規(guī)律簡介第18頁/共39頁第十九頁，共40頁。1.修正梯形組合運動修正梯形組合運動(yndng)規(guī)律規(guī)律a0amax=(h2/2)4.00等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律a1 2 3 45 6 7 8oamax=(h2/2)6.28正弦加速度運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律a=10.1250.50.875j

13、=10.1250.50.875第19頁/共39頁第二十頁，共40頁。2.改進型等速運動改進型等速運動(dn s yn dn)規(guī)律規(guī)律Oa等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律aos12av第20頁/共39頁第二十一頁，共40頁。從動件運動規(guī)律設(shè)計從動件運動規(guī)律設(shè)計(shj)應(yīng)考慮的問題應(yīng)考慮的問題（1）應(yīng)滿足機器）應(yīng)滿足機器(j q)工作的要求；工作的要求；（2）對于高速凸輪機構(gòu)）對于高速凸輪機構(gòu)(jgu)，應(yīng)使凸輪機構(gòu)，應(yīng)使凸輪機構(gòu)(jgu)具有良好具有良好 的運動和動力性能；的運動和動力性能；（3）設(shè)計從動件運動規(guī)律時，應(yīng)考慮到凸輪輪廓）設(shè)計從動件運動規(guī)律時，應(yīng)考慮到

14、凸輪輪廓 的工藝性要好。的工藝性要好。第21頁/共39頁第二十二頁，共40頁。33 33 凸輪凸輪(tln)(tln)輪廓曲線的輪廓曲線的設(shè)計設(shè)計一、凸輪廓線設(shè)計一、凸輪廓線設(shè)計(shj)方法的基本原理方法的基本原理sB2osB1-rbeB0S- 假想給正在運動著的整個凸假想給正在運動著的整個凸輪機構(gòu)加上一個與凸輪角速度輪機構(gòu)加上一個與凸輪角速度大小相等、方向相反的公共大小相等、方向相反的公共(gnggng)角速角速度（度（- ），這樣，各構(gòu)件的相對），這樣，各構(gòu)件的相對運動關(guān)系并不改變，但原來以角運動關(guān)系并不改變，但原來以角速度速度轉(zhuǎn)動的凸輪將處于靜止?fàn)顟B(tài)；轉(zhuǎn)動的凸輪將處于靜止?fàn)顟B(tài)；機架（從

15、動件的導(dǎo)路）則以（機架（從動件的導(dǎo)路）則以（ - ）的角速度圍繞凸輪原來的轉(zhuǎn)動軸線的角速度圍繞凸輪原來的轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動；而從動件一方面隨機架轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動；而從動件一方面隨機架轉(zhuǎn)動，另一方面又按照給定的運動規(guī)律相另一方面又按照給定的運動規(guī)律相對機架作往復(fù)運動。對機架作往復(fù)運動。反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法第22頁/共39頁第二十三頁，共40頁。二、直動從動件盤型凸輪機構(gòu)二、直動從動件盤型凸輪機構(gòu)(jgu)凸輪廓線的設(shè)計凸輪廓線的設(shè)計1. 尖頂尖頂(jindng)從動件從動件已知：基圓半徑；凸輪已知：基圓半徑；凸輪(tln)逆時針轉(zhuǎn)動；逆時針轉(zhuǎn)動；推桿的運動規(guī)律為：推桿的運動規(guī)律為：凸輪轉(zhuǎn)過推程角凸輪轉(zhuǎn)過推程角180

16、0時，推桿等速上升時，推桿等速上升h；凸輪轉(zhuǎn)過推程角凸輪轉(zhuǎn)過推程角600時，推桿靜止不動；時，推桿靜止不動；凸輪轉(zhuǎn)過推程角凸輪轉(zhuǎn)過推程角1200時，推桿等加速等減速下降時，推桿等加速等減速下降h。設(shè)計此凸輪輪廓曲線。設(shè)計此凸輪輪廓曲線。第23頁/共39頁第二十四頁，共40頁。-c1c2c3c4c5c6c7c0erbO180B1B4B2B5B8B6c10c8c9B7120B9B1060B0oS2180120601 2 3 4 5 67 8 910h（1）?。┤ ，作出推桿運動，作出推桿運動(yndng)規(guī)律規(guī)律 位移線圖；位移線圖；（2）?。┤ ，作出基圓、偏置圓，并標(biāo)出凸輪機構(gòu)，作出基圓、

17、偏置圓，并標(biāo)出凸輪機構(gòu)(jgu)的初始位置；的初始位置；步驟步驟(bzhu)：（3）按）按- 方向作出推桿在反轉(zhuǎn)中占據(jù)的位置。（按橫坐標(biāo)相應(yīng)的區(qū)間和等份，在劃分偏距圓上得方向作出推桿在反轉(zhuǎn)中占據(jù)的位置。（按橫坐標(biāo)相應(yīng)的區(qū)間和等份，在劃分偏距圓上得 c0、c1、c2等點；并過這等點；并過這 些點作些點作 偏距圓的切線，即為反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線）；偏距圓的切線，即為反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線）；（4）作出推桿在反轉(zhuǎn)中按自身運動規(guī)律運動所占據(jù)的位置。（在各反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線上量取與位移圖相應(yīng)的位移，得）作出推桿在反轉(zhuǎn)中按自身運動規(guī)律運動所占據(jù)的位置。（在各反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線上量取與位移圖相應(yīng)的位移，得B1、B2、 ）；）；（5）光滑連接）光

18、滑連接B1、B2、 各點，即為凸輪輪廓曲線。各點，即為凸輪輪廓曲線。第24頁/共39頁第二十五頁，共40頁。理論輪廓曲線理論輪廓曲線實際輪廓曲線實際輪廓曲線rrB0rb2. 滾子滾子(n z)從動件從動件步驟步驟(bzhu)：（6）以理論）以理論(lln)廓線各點為廓線各點為圓心，滾子半徑為半徑作圓心，滾子半徑為半徑作圓族；圓族；（7）作圓族的內(nèi)包絡(luò)線，）作圓族的內(nèi)包絡(luò)線，既為所求凸輪輪廓曲線。既為所求凸輪輪廓曲線。（1）（5）同上作）同上作 出理論廓線；出理論廓線；第25頁/共39頁第二十六頁，共40頁。2118012060.平底移動從動件盤型凸輪平底移動從動件盤型凸輪(tln)機構(gòu)機構(gòu)步驟

19、步驟(bzhu)：（6）作一系列代表）作一系列代表(dibio)推桿推桿 平底的直線族；平底的直線族；（7）作直線族的內(nèi)包絡(luò)）作直線族的內(nèi)包絡(luò) 線，既為所求凸輪線，既為所求凸輪 輪廓曲線。輪廓曲線。（1）（5）同上作）同上作 出理論廓線；出理論廓線；第26頁/共39頁第二十七頁，共40頁。A0aA1A2A5A6A7A8A9A10A400000000000rbB0L18060120B1B2B3B4B5B7B8B9B101C12C23C3RO- 三、擺動從動件盤型凸輪機構(gòu)三、擺動從動件盤型凸輪機構(gòu)(jgu)凸輪廓線的設(shè)計凸輪廓線的設(shè)計步驟步驟(bzhu)：（1）?。┤ ，作出擺桿運動規(guī)律，作出擺

20、桿運動規(guī)律(gul)位移線圖；位移線圖；（2）取）取l ，作出基圓及初始位置，標(biāo)出凸輪機構(gòu)的轉(zhuǎn)向；，作出基圓及初始位置，標(biāo)出凸輪機構(gòu)的轉(zhuǎn)向；（3）作出擺桿在反轉(zhuǎn)中依次占據(jù)的位置，（按）作出擺桿在反轉(zhuǎn)中依次占據(jù)的位置，（按- 方向劃分圓方向劃分圓R，得，得A0、A1、A2等點；即機架反轉(zhuǎn)的一系列位置）；等點；即機架反轉(zhuǎn)的一系列位置）；（4）作出從動件反轉(zhuǎn)后按自身運動規(guī)律運動所占據(jù)的一系列位置，（在各反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線上量取與位移圖相應(yīng)的位移，得）作出從動件反轉(zhuǎn)后按自身運動規(guī)律運動所占據(jù)的一系列位置，（在各反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線上量取與位移圖相應(yīng)的位移，得 C1、C2、 等點），等點），（5）光滑連接各點即為）光滑連

21、接各點即為凸輪輪廓曲線。凸輪輪廓曲線。2max18012060o1 2 3 4 5 67 8 910 已知：已知： 的轉(zhuǎn)向，的轉(zhuǎn)向，rb, lOA = a ，桿長，桿長L )(，設(shè)計輪廓曲線。，設(shè)計輪廓曲線。第27頁/共39頁第二十八頁，共40頁。34 34 凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)(jgu)(jgu)基本尺寸的基本尺寸的確定確定一、凸輪機構(gòu)一、凸輪機構(gòu)(jgu)中的作用力和壓力角中的作用力和壓力角根據(jù)根據(jù)(gnj)力的平衡條件，可得力的平衡條件，可得： 經(jīng)過整理后得經(jīng)過整理后得：第28頁/共39頁第二十九頁，共40頁。分析分析(fnx)：1）在其他條件相同的情況下，壓力）在其他條件相同的情況下，壓力

22、(yl)角角 愈大，則分母愈小，因而凸輪機構(gòu)中愈大，則分母愈小，因而凸輪機構(gòu)中 的作用力的作用力 P 將愈大；如果壓力將愈大；如果壓力(yl)角角大大 到使上式中的分母為零，則作用力將到使上式中的分母為零，則作用力將 增至無窮大，此時機構(gòu)將發(fā)生自鎖，增至無窮大，此時機構(gòu)將發(fā)生自鎖， 而此時的壓力而此時的壓力(yl)角稱為臨界壓力角稱為臨界壓力(yl)角角C 。 第29頁/共39頁第三十頁，共40頁。2）為保證凸輪機構(gòu)能正常運轉(zhuǎn)）為保證凸輪機構(gòu)能正常運轉(zhuǎn)(ynzhun)，設(shè)計時應(yīng)使最大壓力，設(shè)計時應(yīng)使最大壓力 角角max小于臨界壓力角小于臨界壓力角C。即。即 max。工作工作(gngzu)行程：

23、行程：移動移動(ydng)從動件，從動件， =3038；擺動從動件，擺動從動件， =4045非工作行程：非工作行程： = 70803）增大導(dǎo)軌）增大導(dǎo)軌b，減少懸臂減少懸臂l，可以使臨界壓力角的數(shù)值得可以使臨界壓力角的數(shù)值得 以提高，可減少自鎖的性能。但臨界壓力角不能太大，以提高，可減少自鎖的性能。但臨界壓力角不能太大， 否則將影響機構(gòu)的傳否則將影響機構(gòu)的傳 動性能。因此，一般規(guī)定：動性能。因此，一般規(guī)定：第30頁/共39頁第三十一頁，共40頁。SSOCOPACCPtg0Serevtgb2212/ v2= vP=op . ； op = v2 / ；注意：注意：“+”、“-”“ - ”：偏距偏距

24、 e 與瞬心與瞬心 P 在在 O 點同側(cè)；點同側(cè)；“ +”：偏距偏距 e 與瞬心與瞬心 P 在在 O 點兩側(cè)；點兩側(cè)；P 為構(gòu)件為構(gòu)件1、2 的瞬心的瞬心n1tt2PnAcoev2s0srb二、基圓半徑二、基圓半徑(bnjng)的確定的確定第31頁/共39頁第三十二頁，共40頁。Serevtgb2212/根據(jù)根據(jù)解得解得222212/eStgeddseStgevrb經(jīng)驗經(jīng)驗(jngyn)公式：公式： rb =r（1. 6 2）第32頁/共39頁第三十三頁，共40頁。（1 ）內(nèi)凹凸）內(nèi)凹凸(o t)輪輪廓曲線輪輪廓曲線 rr曲率中曲率中心心理論廓線理論廓線 min實際廓實際廓amin amin = min +rr 0 不論滾子半徑不論滾子半徑大小如何，凸輪的大小如何，凸輪的工作工作(gngzu)曲曲線總是能平線總是能平滑地作出來?；刈鞒鰜?。三、滾子半徑的選擇和平底推桿平底尺寸三、滾子半徑的選擇和平底推桿平底尺寸(ch cun)的確定的確定1