第9章 凸輪機(jī)構(gòu)

1、9-1 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9-2 推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律9-3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計凸輪輪廓曲線的設(shè)計9-4 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9-5 高速凸輪機(jī)構(gòu)簡介高速凸輪機(jī)構(gòu)簡介第九章第九章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用（1）實例內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)繞線機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)（2）特點 適當(dāng)?shù)脑O(shè)計凸輪廓線可實現(xiàn)各種運動規(guī)律，結(jié)構(gòu)簡單，緊湊；但易磨損，傳力不大。9-1 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2 2凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪機(jī)構(gòu)的分類（1）按凸輪的形狀分）按凸輪的形狀分1）盤形凸輪（移動凸輪）盤形凸輪（移動凸輪）2）圓柱凸輪）圓柱凸輪凸輪機(jī)

2、構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類（2）按推桿形狀及運動形式分）按推桿形狀及運動形式分1）尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿）尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿凸輪機(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2）對心直動推桿、偏置直動推桿和擺動推桿）對心直動推桿、偏置直動推桿和擺動推桿（3）按保持高副接觸方法分）按保持高副接觸方法分1）力封閉鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)）力封閉鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)2）幾何封閉鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)）幾何封閉鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類特征：依靠從動件的重力、彈簧力或特征：依靠從動件的重力、彈簧力或 其他外力使從動件與凸輪輪廓始終保其他外力使從

3、動件與凸輪輪廓始終保持高副接觸。持高副接觸。特征：依靠凸輪與從動件的特殊幾特征：依靠凸輪與從動件的特殊幾何結(jié)構(gòu)來保持兩者始終接觸。何結(jié)構(gòu)來保持兩者始終接觸。9-2 推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律基圓基圓 基圓的半徑基圓的半徑r0推推程程 推程運動角推程運動角0遠(yuǎn)休遠(yuǎn)休 遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休止角01回程回程 回程運動角回程運動角0近休近休 近休止角近休止角02行程行程h推桿運動規(guī)律推桿運動規(guī)律s s(t)s()v v(t)v()a a(t)a()1 1名詞術(shù)語及符號名詞術(shù)語及符號推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律2 2推桿（從動件）常用的運動規(guī)律推桿（從動件）常用的運動規(guī)律（1）多項式運動規(guī)律）多項式運動規(guī)律從

4、動件推程：從動件推程：s = h h=v.t 一條斜直線一條斜直線在始末兩瞬時有在始末兩瞬時有剛性沖擊剛性沖擊。適應(yīng)場合：低速輕載適應(yīng)場合：低速輕載推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律1）等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律從動件速度從動件速度: v=c 一條平直線一條平直線從動件加速度：從動件加速度：a 運動過程中：運動過程中：a=0 運動始、末點：運動始、末點：a=通式：通式：s=c1+c2f(t)+c3f(t2)+v v推桿等加速推程段：推桿等加速推程段： s = 2h 2/02推桿等減速推程段：推桿等減速推程段： s = h2h(0 )2/02在始、末兩瞬時有在始、末兩瞬時有柔性沖擊柔性沖擊。推桿的運動規(guī)

5、律推桿的運動規(guī)律2）等加等減速運動規(guī)律）等加等減速運動規(guī)律s10h 3/0315h 4/046h 5/05既無剛性沖擊，也無柔性沖擊。既無剛性沖擊，也無柔性沖擊。推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律3）多項式運動規(guī)律）多項式運動規(guī)律 對于多項式運動規(guī)律，其多項式中待定系數(shù)的數(shù)目應(yīng)對于多項式運動規(guī)律，其多項式中待定系數(shù)的數(shù)目應(yīng)與邊界條件的數(shù)目相等，其數(shù)目多少應(yīng)根據(jù)工作要求來確定。但與邊界條件的數(shù)目相等，其數(shù)目多少應(yīng)根據(jù)工作要求來確定。但當(dāng)邊界條件增多時，會使設(shè)計計算復(fù)雜，加工精度也難以達(dá)到，當(dāng)邊界條件增多時，會使設(shè)計計算復(fù)雜，加工精度也難以達(dá)到，故通常不宜采用太高次數(shù)的多項式。故通常不宜采用太高次數(shù)的多

6、項式。說明說明（2）三角函數(shù)運動規(guī)律）三角函數(shù)運動規(guī)律推程時：推程時：sh1cos(/0)/2在始、末兩瞬時有在始、末兩瞬時有柔性沖擊。柔性沖擊。推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律1）余弦加速度運動規(guī)律）余弦加速度運動規(guī)律推程時：推程時：sh(/0)sin(2 /0) /(2)既既無剛性沖擊無剛性沖擊，又，又無柔性沖擊無柔性沖擊。推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律2）正弦加速度運動規(guī)律）正弦加速度運動規(guī)律3 3推桿的運動規(guī)律的選擇推桿的運動規(guī)律的選擇 1）機(jī)器的工作過程只要求凸輪轉(zhuǎn)過角度）機(jī)器的工作過程只要求凸輪轉(zhuǎn)過角度0時，推桿完成一時，推桿完成一個行程個行程h或角行程或角行程,而對其運動規(guī)律并未作嚴(yán)格

7、要求。而對其運動規(guī)律并未作嚴(yán)格要求。 在此情況下，可考慮采用圓弧、直線或其他簡單曲線為凸輪在此情況下，可考慮采用圓弧、直線或其他簡單曲線為凸輪廓線。廓線。2）機(jī)器的過程對推桿的運動規(guī)律有完全確定的要求。）機(jī)器的過程對推桿的運動規(guī)律有完全確定的要求。此時只能根據(jù)工作所需要的運動規(guī)律來設(shè)計此時只能根據(jù)工作所需要的運動規(guī)律來設(shè)計 3）對于速度較高的凸輪機(jī)構(gòu)，還應(yīng)考慮該種運動規(guī)律的速）對于速度較高的凸輪機(jī)構(gòu)，還應(yīng)考慮該種運動規(guī)律的速度最大值度最大值vmax、加速度最大值、加速度最大值amax和躍度的最大值和躍度的最大值jmax等。等。 組合原則組合原則 要保證在銜接點上運動參數(shù)保持連續(xù)；在運動的要保證

8、在銜接點上運動參數(shù)保持連續(xù)；在運動的始末處滿足邊界條件。始末處滿足邊界條件。推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律 當(dāng)根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求和結(jié)構(gòu)條件選定了其機(jī)構(gòu)的型式、當(dāng)根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求和結(jié)構(gòu)條件選定了其機(jī)構(gòu)的型式、基本尺寸，推桿的運動規(guī)律和凸輪的轉(zhuǎn)向之后，就可以進(jìn)行凸輪基本尺寸，推桿的運動規(guī)律和凸輪的轉(zhuǎn)向之后，就可以進(jìn)行凸輪輪廓曲線的設(shè)計了。輪廓曲線的設(shè)計了。凸輪廓線設(shè)計的方法：凸輪廓線設(shè)計的方法：作圖法作圖法和和解析法解析法9-3 凸輪廓線曲線的設(shè)計凸輪廓線曲線的設(shè)計 在設(shè)計凸輪廓線時，可假設(shè)在設(shè)計凸輪廓線時，可假設(shè)凸輪靜止不動，時其推桿相對凸凸輪靜止不動，時其推桿相對凸輪作反轉(zhuǎn)運動，同時又

9、在其導(dǎo)軌輪作反轉(zhuǎn)運動，同時又在其導(dǎo)軌內(nèi)內(nèi)作往復(fù)運動，作往復(fù)運動， 作出推桿在這種作出推桿在這種復(fù)合運動中的一系列位置，則其復(fù)合運動中的一系列位置，則其尖頂?shù)能壽E就是所要求的凸輪廓尖頂?shù)能壽E就是所要求的凸輪廓線。這就是凸輪廓線設(shè)計的線。這就是凸輪廓線設(shè)計的反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)法原理法原理（2）凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理）凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理當(dāng)給某個凸輪機(jī)構(gòu)加一個公共角速度當(dāng)給某個凸輪機(jī)構(gòu)加一個公共角速度-，使其繞軸心轉(zhuǎn)動時，使其繞軸心轉(zhuǎn)動時，凸輪靜止不動，而推桿則一方面隨其導(dǎo)軌作反轉(zhuǎn)運動，另一方面凸輪靜止不動，而推桿則一方面隨其導(dǎo)軌作反轉(zhuǎn)運動，另一方面又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)運動。又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)運動

10、。 推桿在這種復(fù)合運動中，其尖頂?shù)耐茥U在這種復(fù)合運動中，其尖頂?shù)倪\動軌跡即為運動軌跡即為凸輪輪廓曲線凸輪輪廓曲線。2用作圖法設(shè)計凸輪廓線用作圖法設(shè)計凸輪廓線 （1）直動推桿盤形推桿凸輪廓線的設(shè)計）直動推桿盤形推桿凸輪廓線的設(shè)計凸輪廓線曲線的設(shè)計凸輪廓線曲線的設(shè)計1）對心）對心(偏置偏置) 直動尖頂推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計直動尖頂推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計凸輪廓線曲線的設(shè)計凸輪廓線曲線的設(shè)計對于滾子推桿和平底推桿的盤形凸輪廓線的設(shè)對于滾子推桿和平底推桿的盤形凸輪廓線的設(shè)計，只要將起滾子中心和推桿的平底與導(dǎo)路中計，只要將起滾子中心和推桿的平底與導(dǎo)路中心線的交點視為尖頂推桿的尖頂，就可以暗尖心線的交點視為

11、尖頂推桿的尖頂，就可以暗尖頂推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計方法來設(shè)計起理頂推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計方法來設(shè)計起理論廓線或確定這些點的位置。然后以這些點為論廓線或確定這些點的位置。然后以這些點為圓心或中心點作出一系列滾子圓或推桿的平底圓心或中心點作出一系列滾子圓或推桿的平底線，再作此圓族或直線族的包絡(luò)線，線，再作此圓族或直線族的包絡(luò)線，即得所設(shè)計凸輪的工作廓線。即得所設(shè)計凸輪的工作廓線。凸輪廓線曲線的設(shè)計凸輪廓線曲線的設(shè)計對心直動滾子推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計對心直動滾子推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計凸輪廓線曲線的設(shè)計凸輪廓線曲線的設(shè)計 對心直動平底推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計對心直動平底推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計 結(jié)論結(jié)論

12、尖頂推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計是滾子推桿和尖頂推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計是滾子推桿和平底推桿盤形凸輪設(shè)計的基本問題及方法。平底推桿盤形凸輪設(shè)計的基本問題及方法。凸輪廓線曲線的設(shè)計凸輪廓線曲線的設(shè)計2）偏置直動尖頂推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計）偏置直動尖頂推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計（2）擺動推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計）擺動推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計凸輪廓線曲線的設(shè)計凸輪廓線曲線的設(shè)計(尖頂推桿尖頂推桿) 結(jié)論結(jié)論 擺動尖頂推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計方法與直動尖頂推擺動尖頂推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計方法與直動尖頂推桿盤形凸輪廓線的設(shè)計方法基本類似，所不同的是推桿的預(yù)期運桿盤形凸輪廓線的設(shè)計方法基本類似，所不同的是推桿的預(yù)期運動規(guī)律

13、及作圖設(shè)計中都要用到推桿的角位移動規(guī)律及作圖設(shè)計中都要用到推桿的角位移表示，即表示，即 將直動推將直動推桿的各位移方程中的位移桿的各位移方程中的位移s改為改為 , 行程行程h改為角行程改為角行程，就可用來，就可用來求擺動推桿的角位移了。求擺動推桿的角位移了。凸輪廓線曲線的設(shè)計凸輪廓線曲線的設(shè)計3用解析法設(shè)計凸輪的輪廓曲線用解析法設(shè)計凸輪的輪廓曲線(簡介簡介) 用解析法設(shè)計凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的推桿運動規(guī)用解析法設(shè)計凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的推桿運動規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，求凸輪廓線的方程式，律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，求凸輪廓線的方程式， 并精確地計算出凸并精確地計算出凸輪廓線上各點的坐標(biāo)值

14、。輪廓線上各點的坐標(biāo)值。1 1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角FG/cos(+1)(1+2b/l)sin(+1)tan2 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角是指推桿所受正壓力的方向與推桿上點是指推桿所受正壓力的方向與推桿上點 B的速度方向之間所夾的銳角，的速度方向之間所夾的銳角， 它是影響凸輪機(jī)構(gòu)受它是影響凸輪機(jī)構(gòu)受力情況的一個重要參數(shù)。力情況的一個重要參數(shù)。常以常以表示。表示。（1）凸輪機(jī)構(gòu)中的作用力）凸輪機(jī)構(gòu)中的作用力9-4 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 若若 大至使大至使F增增至無窮大時，機(jī)構(gòu)將發(fā)生自鎖。至無窮大時，機(jī)構(gòu)將發(fā)生自鎖。在其他情況不變的情況下，在其他情況不變的情

15、況下， 愈大，愈大，F(xiàn)愈大，愈大， 此時機(jī)構(gòu)的壓力角稱為此時機(jī)構(gòu)的壓力角稱為臨界壓力臨界壓力角角c，即即 carctan1/(12b/l)tan21FG/cos(+1)(1+2b/l)sin(+1)tan2 為保證凸輪機(jī)構(gòu)能正常運轉(zhuǎn)，應(yīng)使其最大壓力角為保證凸輪機(jī)構(gòu)能正常運轉(zhuǎn)，應(yīng)使其最大壓力角max小于臨小于臨界壓力角界壓力角c，通常規(guī)定：凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角通常規(guī)定：凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角max應(yīng)小于某一許用壓力角應(yīng)小于某一許用壓力角，生產(chǎn)實際中，為了提高機(jī)構(gòu)的效率，改善其受力情況，生產(chǎn)實際中，為了提高機(jī)構(gòu)的效率，改善其受力情況，許用壓力角許用壓力角的一般取值為的一般取值為推程時：推程時： 直動

16、推桿直動推桿30擺動推桿擺動推桿3545回程時：回程時：7080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2 2凸輪基圓半徑的確定凸輪基圓半徑的確定tan(ds/d)e/r02e2)1/2s在偏距一定，推桿的運動規(guī)律已知的條件下，在偏距一定，推桿的運動規(guī)律已知的條件下，可減小壓力角可減小壓力角，加大基圓半徑加大基圓半徑r0，從而改善機(jī)構(gòu)的傳力特性。從而改善機(jī)構(gòu)的傳力特性。 但機(jī)構(gòu)的尺寸會增大。但機(jī)構(gòu)的尺寸會增大。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（1）凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與基圓半徑的關(guān)系）凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與基圓半徑的關(guān)系（2）凸輪基圓半徑的確定）凸輪基圓半徑的確定 凸輪基圓半徑的確定的

17、原則是：凸輪基圓半徑的確定的原則是：應(yīng)在滿足應(yīng)在滿足max的條件下，的條件下，合理的確定凸輪的基圓半徑，使凸輪機(jī)構(gòu)的尺寸不至過大。合理的確定凸輪的基圓半徑，使凸輪機(jī)構(gòu)的尺寸不至過大。先按滿足推程壓力角先按滿足推程壓力角的條件來確定基圓半徑的條件來確定基圓半徑r0， 即即r0(ds/d-e)/tan-s2+e21/2用上式計算得用上式計算得r0隨凸輪廓線上各點的隨凸輪廓線上各點的ds/d、s值的不同而不同，值的不同而不同，故需確定故需確定r0的極小值，即為凸輪基圓半徑的最小半徑。的極小值，即為凸輪基圓半徑的最小半徑。凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定還要考慮滿足凸輪的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度的要求：

18、還要考慮滿足凸輪的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度的要求： 當(dāng)凸輪和軸做成一體時，凸輪廓線的最小半徑應(yīng)大于軸的半當(dāng)凸輪和軸做成一體時，凸輪廓線的最小半徑應(yīng)大于軸的半徑。徑。 當(dāng)凸輪和軸單獨制作時，凸輪上要作出輪轂，此時凸輪工作當(dāng)凸輪和軸單獨制作時，凸輪上要作出輪轂，此時凸輪工作廓線的最小半徑應(yīng)略大于輪轂的外徑?？扇⊥馆喒ぷ骼€的最小廓線的最小半徑應(yīng)略大于輪轂的外徑?？扇⊥馆喒ぷ骼€的最小直徑等于或大于軸徑的（直徑等于或大于軸徑的（1.62）倍。）倍。3滾子推桿滾子半徑的選擇滾子推桿滾子半徑的選擇 采用滾子推桿時，滾子半徑的選擇，要考慮滾子的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)采用滾子推桿時，滾子半徑的選擇，要考慮滾子的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及凸輪輪廓曲線的形狀等多方面的因素。度及凸輪輪廓曲線的形狀等多方面的因素。（1）凸輪輪廓曲線與滾子半徑的關(guān)系）凸輪輪廓曲線與滾子半徑的關(guān)系則則arr。 此時，無論滾子半徑大小如何，凸輪的工作廓線總是可以平此時，無論滾子半徑大小如何，凸輪的工作廓線總是可以平滑地作出來?；刈鞒鰜怼Ｍ馆啓C(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定1）當(dāng)凸輪廓線內(nèi)凹時，）當(dāng)凸輪廓線內(nèi)凹時，則則arr。若若rr時，時， 則則a0，工作廓線出現(xiàn)，工作廓線出現(xiàn)變尖現(xiàn)象變尖現(xiàn)象。若若 rr時，時，則則a0， 工作廓線出現(xiàn)交叉，工作廓線出現(xiàn)交叉， 推桿運動規(guī)推桿運動規(guī) 律出現(xiàn)律出