機(jī)械原理.第九章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)ppt課件

1、一、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)用一、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)用9-1 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)用及分類凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)用及分類機(jī)架機(jī)架從動(dòng)件從動(dòng)件滾子滾子凸輪凸輪盤形凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪機(jī)構(gòu)在印刷機(jī)中的運(yùn)用在印刷機(jī)中的運(yùn)用等徑凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)械加工中的運(yùn)用在機(jī)械加工中的運(yùn)用利用分度凸輪利用分度凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位圓柱凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)械加工中的運(yùn)用械加工中的運(yùn)用二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪機(jī)構(gòu)分類凸輪機(jī)構(gòu)分類1. 按兩活動(dòng)構(gòu)件之間按兩活動(dòng)構(gòu)件之間 相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類2. 按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素外形分類元素外形分類3. 按凸輪高副的鎖按凸輪高副的鎖合方式分類合方式分類平面凸輪機(jī)構(gòu)

2、平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪盤形凸輪挪動(dòng)凸輪挪動(dòng)凸輪 尖頂從尖頂從動(dòng)件動(dòng)件滾子從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件平底從動(dòng)件力鎖合力鎖合形鎖合形鎖合1平面凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu) 1盤形凸輪盤形凸輪1. 按兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類按兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類 2挪動(dòng)挪動(dòng)凸輪凸輪 2空間凸輪空間凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)1 直動(dòng)尖頂從動(dòng)件直動(dòng)尖頂從動(dòng)件對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件2. 按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素外形分類按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素外形分類2直動(dòng)滾子從動(dòng)件直動(dòng)滾子從動(dòng)件3直動(dòng)平底從動(dòng)件直動(dòng)平底從動(dòng)件 根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式的不同，以上三種從動(dòng)件還根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式的不同

3、，以上三種從動(dòng)件還可分為直動(dòng)從動(dòng)件，擺動(dòng)從動(dòng)件，平面復(fù)雜運(yùn)可分為直動(dòng)從動(dòng)件，擺動(dòng)從動(dòng)件，平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件。動(dòng)從動(dòng)件。擺動(dòng)滾子從動(dòng)件擺動(dòng)滾子從動(dòng)件擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件擺動(dòng)平底從動(dòng)件擺動(dòng)平底從動(dòng)件平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件3. 按凸輪高副的鎖合方式分類按凸輪高副的鎖合方式分類1) 力鎖合力鎖合堅(jiān)持接觸堅(jiān)持接觸2) 形鎖合形鎖合 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 只需設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，即可使從?dòng)件實(shí)現(xiàn)預(yù)期只需設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，即可使從?dòng)件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；構(gòu)造簡(jiǎn)單、緊湊、任務(wù)可靠。的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；構(gòu)造簡(jiǎn)單、緊湊、任務(wù)可靠。缺陷：缺陷： 凸輪為高副接觸點(diǎn)或線，壓強(qiáng)較大，容易磨損，凸輪為高副接觸點(diǎn)

4、或線，壓強(qiáng)較大，容易磨損，凸輪輪廓加工比較困難，費(fèi)用較高。凸輪輪廓加工比較困難，費(fèi)用較高。凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺陷：凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺陷：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)律及其選擇一、凸輪機(jī)構(gòu)的根本名詞術(shù)語一、凸輪機(jī)構(gòu)的根本名詞術(shù)語 以尖頂從動(dòng)件為對(duì)象予以引見以尖頂從動(dòng)件為對(duì)象予以引見凸輪基圓、基圓半徑凸輪基圓、基圓半徑rb從動(dòng)件行程從動(dòng)件行程(h，亦稱升距，亦稱升距)d dSd d0 d dS d d0rb推程及推程運(yùn)動(dòng)角推程及推程運(yùn)動(dòng)角0S遠(yuǎn)休止及遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休止及遠(yuǎn)休止角0 回程及回程運(yùn)動(dòng)角回程及回程運(yùn)動(dòng)角近休止及近休止角近休止及近休止角S hw w 對(duì)心式尖頂從動(dòng)件對(duì)心式尖頂從動(dòng)件盤形凸輪

5、機(jī)構(gòu)盤形凸輪機(jī)構(gòu)基圓基圓基圓基圓360= d0+ dS+ d0+ dSsCSSD2h行程行程(lift)推程運(yùn)動(dòng)角推程運(yùn)動(dòng)角遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休止角(outer dwell)回程運(yùn)動(dòng)角回程運(yùn)動(dòng)角近休止角近休止角(inner dwell)BosDrbeABCw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凸輪機(jī)構(gòu)的任務(wù)原理凸輪機(jī)構(gòu)的任務(wù)原理凸輪機(jī)構(gòu)的任務(wù)原理凸輪機(jī)構(gòu)的任務(wù)原理擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)AO1O2maxB1B從動(dòng)件擺角從動(dòng)件擺角推程運(yùn)動(dòng)角推程運(yùn)動(dòng)角CSSD2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oBmax最大擺角最大擺角最大擺角最大擺角w擺角從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)線圖：從

6、動(dòng)件位移從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)線圖：從動(dòng)件位移S、速度、速度v、加速度、加速度a與凸輪與凸輪轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角d或時(shí)間或時(shí)間t之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。 d dd dd dd dSd d0 d dS d d0d dSd d0 d dS d d0rbhw w sSO2sSSO2sSO21升升-停停-回回-停型停型RDRD型型 2升升-回回-停型停型RRD型型3升升-停停-回型回型RDR型型4升升-回型回型RR型型sO2 按照從動(dòng)件在一個(gè)循環(huán)中能否需求停歇及停在何處等，按照從動(dòng)件在一個(gè)循環(huán)中能否需求停歇及停在何處等，可將凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的位移曲線分成如下四種類型：可將凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的位移曲線分成如下四種類型

7、：二、從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1. 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律-v0vahs特點(diǎn)：存在剛性沖擊。特點(diǎn)：存在剛性沖擊。位置：發(fā)生在運(yùn)動(dòng)的起始位置：發(fā)生在運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)。點(diǎn)和終止點(diǎn)。a0ABCvhs-a0a2. 等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律dadt-特點(diǎn)：存在柔特點(diǎn)：存在柔性沖擊。性沖擊。位置：發(fā)生在位置：發(fā)生在運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)、中間點(diǎn)和終、中間點(diǎn)和終止點(diǎn)。止點(diǎn)。加加速度加加速度3. 余弦加速度余弦加速度(簡(jiǎn)諧簡(jiǎn)諧)運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律 102345s612345qhs0avdadt-特點(diǎn)：存在柔沖擊。特點(diǎn)：存在柔沖擊。位置：發(fā)生在運(yùn)動(dòng)的起始位置：發(fā)生在運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)

8、和終止點(diǎn)。點(diǎn)和終止點(diǎn)。a = p2hw2cos(pd/d0 )/(2d20 )4. 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 2741653h/8特點(diǎn)：既無柔性更無剛性特點(diǎn)：既無柔性更無剛性沖擊。沖擊。擺線擺線a = 2phw2sin(2pd/d0 )/d20)sh3457O1268va三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇 在選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，除要思索剛性沖擊與柔性沖在選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，除要思索剛性沖擊與柔性沖擊外，還應(yīng)該思索各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度幅值擊外，還應(yīng)該思索各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度幅值 vmax 、加速、加速度幅值度幅值 amax及其影響加以分析和比較。及其影響加以分析

9、和比較。從動(dòng)件動(dòng)量從動(dòng)件動(dòng)量mamax從動(dòng)件慣性力從動(dòng)件慣性力mamax對(duì)于重載凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)選擇對(duì)于重載凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)選擇 vmax vmax值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，宜選擇對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，宜選擇 amax amax值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。vmaxamax低速輕負(fù)荷低速輕負(fù)荷中速輕負(fù)荷中速輕負(fù)荷中低速中負(fù)荷中低速中負(fù)荷中高速輕負(fù)荷中高速輕負(fù)荷高速中負(fù)荷高速中負(fù)荷低速重負(fù)荷低速重負(fù)荷中高速重負(fù)荷中高速重負(fù)荷高速輕負(fù)荷高速輕負(fù)荷假設(shè)干種從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較假設(shè)干種從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律d d)/(0maxw whvd d)/(202maxw

10、 wha沖沖 擊擊運(yùn)用場(chǎng)所運(yùn)用場(chǎng)所等速等速等加速等減速等加速等減速余弦加速度余弦加速度正弦加速度正弦加速度3-4-53-4-5多項(xiàng)式多項(xiàng)式改良型等速改良型等速改良型正弦加速度改良型正弦加速度改良型梯形加速度改良型梯形加速度剛剛 性性柔柔 性性柔柔 性性4.004.936.285.778.385.534.891.002.001.572.001.881.331.762.009-3 按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律用作圖法設(shè)計(jì)盤形凸輪廓線按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律用作圖法設(shè)計(jì)盤形凸輪廓線一、對(duì)心式凸輪機(jī)構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計(jì)一、對(duì)心式凸輪機(jī)構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計(jì)1. 尖頂從動(dòng)件尖頂從動(dòng)件1) 凸輪機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析凸輪機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析凸輪上的

11、察看結(jié)果凸輪上的察看結(jié)果機(jī)架上的察看結(jié)果機(jī)架上的察看結(jié)果2) 反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)原理反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)原理rbw rb A1A2A3A4S2rb A2A3A1A4S3S4rb A2A3A1A4rb A1A2A3 A4rb A1A2A3 A4-w -w rb A1A2A3 A4-w -w -w -w -w -w A1A2A3 A4rbw w 20v3)設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟1 2 3 4 5 6 7 8 9101 2103456789d dS0d dSd d0 d dS d d0h知條件：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、凸知條件：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、凸輪轉(zhuǎn)向基圓半徑。輪轉(zhuǎn)向基圓半徑。1 2 3 4 5 6 7 8 9100 xSx0 x

12、S x0-v10345678921 1 2 3 4 5 6 7 8 9101 2103456789xS0 xSx0 xS x0h3)設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟rb 1 2 3 4 5 6 7 8 910- - 1 2103456789475813269101 230S47896510S0S0 S 0h知條件：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、凸知條件：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、凸輪轉(zhuǎn)向基圓半徑。輪轉(zhuǎn)向基圓半徑。設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟：0 S a. 標(biāo)出標(biāo)出w方向，并按此方向分割出方向，并按此方向分割出 、 、0S 和；和；c. 過位移線圖中等分點(diǎn)作過位移線圖中等分點(diǎn)作y軸平行線交位軸平行線交位移線圖于移線圖于i 點(diǎn)，過基圓上等分點(diǎn)作射

13、線；點(diǎn)，過基圓上等分點(diǎn)作射線；反轉(zhuǎn)中導(dǎo)道路反轉(zhuǎn)中導(dǎo)道路d. 在射線上度量出相應(yīng)推桿的位移在射線上度量出相應(yīng)推桿的位移，得尖頂軌跡點(diǎn)，得尖頂軌跡點(diǎn)i ；f. 光滑銜接光滑銜接i 得凸輪廓線。得凸輪廓線。b. 在基圓與位移線圖共同將和進(jìn)展在基圓與位移線圖共同將和進(jìn)展n等分，并標(biāo)注等分點(diǎn)；等分，并標(biāo)注等分點(diǎn)；oo 2. 滾子從動(dòng)件滾子從動(dòng)件1) 分析分析rb- - 0794581326101 2347895106rb- - 0794581326101 2347895106實(shí)踐廓線實(shí)踐廓線實(shí)際廓線實(shí)際廓線2) 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)留意：留意：1. 基圓半徑為實(shí)際廓線最小向徑；基圓半徑為實(shí)際廓線最小向徑；2. 先求

14、實(shí)際廓線，后作包絡(luò)線，得實(shí)踐廓線。先求實(shí)際廓線，后作包絡(luò)線，得實(shí)踐廓線。包絡(luò)線包絡(luò)線3. 平底從動(dòng)件平底從動(dòng)件1) 分析分析 尖頂軌跡線尖頂軌跡線1 23478951062) 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)際廓線實(shí)際廓線79458132610rb- - 0a.將基圓沿將基圓沿-方向?qū)⒎较驅(qū)0和和d0與位與位移線圖進(jìn)展對(duì)應(yīng)等分；移線圖進(jìn)展對(duì)應(yīng)等分；c. 光滑銜接光滑銜接i 得凸輪實(shí)際廓線；得凸輪實(shí)際廓線；b.過等分點(diǎn)作射線；在射線上過等分點(diǎn)作射線；在射線上度量出相應(yīng)推桿的位移，得尖度量出相應(yīng)推桿的位移，得尖頂軌跡點(diǎn)頂軌跡點(diǎn)i ；設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟： d. 作平底線的其包絡(luò)線作平底線的其包絡(luò)線實(shí)踐廓線。實(shí)踐廓線。

15、1123 3 2 rb- - 結(jié)論：結(jié)論：a. 偏置式凸輪機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件偏置式凸輪機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件導(dǎo)道路一直切于偏置圓；導(dǎo)道路一直切于偏置圓；e1. 尖頂從動(dòng)件尖頂從動(dòng)件1) 相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析偏置圓偏置圓二、偏置式凸輪廓線的設(shè)計(jì)二、偏置式凸輪廓線的設(shè)計(jì)偏偏 距距b. 導(dǎo)道路與基圓交點(diǎn)為推桿導(dǎo)道路與基圓交點(diǎn)為推桿尖頂最低點(diǎn)尖頂最低點(diǎn)起始點(diǎn)。起始點(diǎn)。S1S2 22) 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)知條件：凸輪轉(zhuǎn)向、基圓半徑、偏置圓半徑。知條件：凸輪轉(zhuǎn)向、基圓半徑、偏置圓半徑。 rbe- - 1o23導(dǎo)道路導(dǎo)道路 3a. 銜接回轉(zhuǎn)中心與推桿起始點(diǎn)，銜接回轉(zhuǎn)中心與推桿起始點(diǎn)，將基圓沿將基圓沿-方向?qū)⒎较驅(qū)0和和d0與位

16、移與位移線圖進(jìn)展對(duì)應(yīng)等分；線圖進(jìn)展對(duì)應(yīng)等分；c. 光滑銜接光滑銜接i得凸輪廓線。得凸輪廓線。b. 過等分點(diǎn)作偏置圓切線；過等分點(diǎn)作偏置圓切線；并在其上度量出相應(yīng)推桿的位并在其上度量出相應(yīng)推桿的位移，得尖頂軌跡點(diǎn)移，得尖頂軌跡點(diǎn)i ；設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟： 留意：也可在偏置圓上進(jìn)展運(yùn)動(dòng)角留意：也可在偏置圓上進(jìn)展運(yùn)動(dòng)角等分，經(jīng)過其等分點(diǎn)作偏置圓切線等分，經(jīng)過其等分點(diǎn)作偏置圓切線以獲得導(dǎo)道路。以獲得導(dǎo)道路。123三、擺動(dòng)式凸輪機(jī)構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計(jì)三、擺動(dòng)式凸輪機(jī)構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計(jì)1. 尖頂從動(dòng)件尖頂從動(dòng)件1) 凸輪機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析凸輪機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析 rb1 2 3 4 5 6 7 8 9101 2103

17、456789 0S0 S 0 rbd0d0123 2 3 1- - A3A1A29-4 盤形凸輪機(jī)構(gòu)根本尺寸確實(shí)定盤形凸輪機(jī)構(gòu)根本尺寸確實(shí)定lbG ttBnn1 F 2 FR2FR12 根據(jù)力平衡條件，分別由根據(jù)力平衡條件，分別由F = 0、xF = 0、yM = 0，有，有B-G + Fcos(a+j1 ) - ( FR1 + FR2 ) sinj2= 0-G + Fcos(a+j1 ) - ( FR1 + FR2 ) sinj2= 0于是有思索摩擦?xí)r驅(qū)動(dòng)力的表達(dá)式：于是有思索摩擦?xí)r驅(qū)動(dòng)力的表達(dá)式：一、凸輪機(jī)構(gòu)中的作用力和凸輪機(jī)構(gòu)的一、凸輪機(jī)構(gòu)中的作用力和凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角壓力角FyFxFv-

18、Fsin(a+j1 ) + ( FR1 - FR2 ) cosj2= 0-Fsin(a+j1 ) + ( FR1 - FR2 ) cosj2= 02bGF =cos(a+j1 ) - ( 1+ ) sin(a +j1 )tanj2 lFR2cosj2 (l + b ) - FR1 cosj2 b = 0臨界壓力角臨界壓力角ac ac 2b = rctn1/ (1 + ) = rctn1/ (1 + )tn2 -tn2 -11lc 在工程實(shí)踐中，為保證較高的機(jī)械效率，改善受力情在工程實(shí)踐中，為保證較高的機(jī)械效率，改善受力情況，通常規(guī)定凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角況，通常規(guī)定凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角 a max 應(yīng)小于或等于應(yīng)小于或等于某一許用壓力角某一許用壓力角a , mx mx 即：即：而凸輪機(jī)構(gòu)的許用壓力角那么應(yīng)有：而凸輪機(jī)構(gòu)的許用壓力角那么應(yīng)有： a rr r結(jié)論：實(shí)踐廓線一直存結(jié)論：實(shí)踐廓線一直存在。在。1. 凸輪輪