機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-第3章-凸輪機(jī)構(gòu)

1、第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)3-1 3-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類(lèi)型凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類(lèi)型第第3 3章章 凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)、凸輪的應(yīng)用和特點(diǎn)、凸輪的應(yīng)用和特點(diǎn)盤(pán)狀構(gòu)件凸輪盤(pán)狀構(gòu)件凸輪1 1從動(dòng)件從動(dòng)件2 2機(jī)架機(jī)架3 31.1.凸輪機(jī)構(gòu)的組成凸輪機(jī)構(gòu)的組成2.特點(diǎn)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求缺點(diǎn)：高副接觸，易于磨損，可調(diào)性差，加工困難缺點(diǎn)：高副接觸，易于磨損，可調(diào)性差，加工困難第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)3 3應(yīng)用應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化或半自動(dòng)化的控制裝置中。廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化或半自動(dòng)化的控制裝置中。機(jī)床刀架中的機(jī)床刀架中的凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)箭桿

2、織機(jī)中的箭桿織機(jī)中的打緯凸輪機(jī)構(gòu)打緯凸輪機(jī)構(gòu)第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)二、凸輪的分類(lèi)二、凸輪的分類(lèi) 1 1按照凸輪的形狀按照凸輪的形狀 u盤(pán)形凸輪盤(pán)形凸輪 平面凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu) u移動(dòng)凸輪移動(dòng)凸輪u圓柱凸輪圓柱凸輪空間凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)2 2按照從動(dòng)件的型式分按照從動(dòng)件的型式分 u尖頂從動(dòng)件尖頂從動(dòng)件u滾子從動(dòng)件滾子從動(dòng)件u平底從動(dòng)件平底從動(dòng)件u曲底從動(dòng)件曲底從動(dòng)件第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu) 3 3按照從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分按照從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分l移動(dòng)從動(dòng)件移動(dòng)從動(dòng)件l擺動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件 第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)3-2 3-2 從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)

3、律從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)360 ss第第3 3章章三、凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)三、凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)3-2 3-2 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 一、凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)、凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)1.1.基圓基圓2.2.推程推程3.3.回程回程4.4.行程行程 h5.5.推程運(yùn)動(dòng)角推程運(yùn)動(dòng)角6.6.回程運(yùn)動(dòng)角回程運(yùn)動(dòng)角7.7.近休止角近休止角8.8.遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休止角0rs9 9凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角 1010從動(dòng)件的位移從動(dòng)件的位移 s ssu反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法理論凸輪理論凸輪輪廓線輪廓線第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)3-2 3-2 從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)

4、規(guī)律從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一、凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)、凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)1.1.基圓基圓2.2.推程推程3.3.回程回程4.4.行程行程 h5.5.推程運(yùn)動(dòng)角推程運(yùn)動(dòng)角6.6.回程運(yùn)動(dòng)角回程運(yùn)動(dòng)角7.7.近休止角近休止角8.8.遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休止角0rs9 9凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角 1010從動(dòng)件的位移從動(dòng)件的位移 s ss偏置圓偏置圓第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)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 從動(dòng)件的位移從動(dòng)件的位移s s、速度、速度v v、加速度、加速度a與凸輪轉(zhuǎn)角與凸輪轉(zhuǎn)角 （或時(shí)間（或時(shí)間t t）之間的函數(shù)關(guān)系。）之間的函數(shù)關(guān)系。定定 義義22222ss()dsds ddsvdtdd

5、tdd sdvdv dd sadtdtddtd第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)二、幾種常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、幾種常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 （一）多項(xiàng)式類(lèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（一）多項(xiàng)式類(lèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律1 1一次多項(xiàng)式一次多項(xiàng)式等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律2 2二次多項(xiàng)式二次多項(xiàng)式等加速與等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速與等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（二）三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律（二）三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律1 1余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律）余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律）2 2正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）（三）（三）組合型運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合型運(yùn)動(dòng)規(guī)律 第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)1.1.一次多項(xiàng)式一次多項(xiàng)式等速運(yùn)

6、動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律hs ,s , 00升程邊界條件升程邊界條件, 00ahvhsu升程等速運(yùn)動(dòng)方程升程等速運(yùn)動(dòng)方程凸輪轉(zhuǎn)速為凸輪轉(zhuǎn)速為，從動(dòng)件升程為，從動(dòng)件升程為h h 第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)1.1.一次多項(xiàng)式一次多項(xiàng)式等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律回程邊界條件回程邊界條件u回程等速運(yùn)動(dòng)方程回程等速運(yùn)動(dòng)方程凸輪轉(zhuǎn)速為凸輪轉(zhuǎn)速為，從動(dòng)件回程為，從動(dòng)件回程為h h 00 s , hs , 0, 0a hv hhs 結(jié)論結(jié)論剛性沖擊：剛性沖擊：O O，A A，B B適用范圍：具有等速運(yùn)動(dòng)要求、從動(dòng)件的適用范圍：具有等速運(yùn)動(dòng)要求、從動(dòng)件的 質(zhì)量不大或低速場(chǎng)合。質(zhì)量不大或低速場(chǎng)合。第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)

7、章凸輪機(jī)構(gòu)2.2.二次多項(xiàng)式二次多項(xiàng)式等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律0222 v ,hs ,/hv ,/hs ,/ 22000/hs ,/v ,s , 等加速階段等加速階段邊界條件邊界條件等減速階段等減速階段邊界條件邊界條件22222442 hahvhs222224)(4)(2 hahvhhs推程推程第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)22222442hahvhs）（）（等加速階段等加速階段 等減速階段等減速階段 結(jié)論結(jié)論柔性沖擊：柔性沖擊：O，A，B22222442hahvhhs2.2.二次多項(xiàng)式二次多項(xiàng)式等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律回回 程程第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)3.簡(jiǎn)諧運(yùn)

8、動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 與與 之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： 推程階段運(yùn)動(dòng)方程：推程階段運(yùn)動(dòng)方程： )cos(22coshhRRs)sin(2hv)cos(2222ha第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)回程階段運(yùn)動(dòng)方程：回程階段運(yùn)動(dòng)方程： ) cos( ) sin( ) cos( 2222222hahvhhs 有柔性沖擊（有柔性沖擊（O O，B B點(diǎn)），在無(wú)休止角點(diǎn)），在無(wú)休止角的升的升降降升類(lèi)型凸輪機(jī)構(gòu)中，無(wú)沖擊。升類(lèi)型凸輪機(jī)構(gòu)中，無(wú)沖擊。結(jié)論結(jié)論第六章第六章 凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)3-3 3-3 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角一、壓力角的定義

9、、壓力角的定義 不計(jì)摩擦?xí)r，凸輪與從動(dòng)不計(jì)摩擦?xí)r，凸輪與從動(dòng)件在某瞬時(shí)接觸點(diǎn)處的公法件在某瞬時(shí)接觸點(diǎn)處的公法線方向與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向之線方向與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向之間所夾的銳角間所夾的銳角 0ABFnPr0=rbFxFynntt壓力角設(shè)計(jì)要求壓力角設(shè)計(jì)要求max 第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)二、壓力角與作用力之間的關(guān)系二、壓力角與作用力之間的關(guān)系0ABFnPr0=rbFxFynnttsinxnFF引起摩擦力，是有害分力。引起摩擦力，是有害分力。 xFcosynFF水平力水平力：垂直力：垂直力：u當(dāng)當(dāng) 時(shí)，無(wú)論凸輪加時(shí)，無(wú)論凸輪加 給從動(dòng)件多大力，從動(dòng)件都給從動(dòng)件多大力，從動(dòng)件都 不能運(yùn)動(dòng)不能運(yùn)動(dòng)自鎖

10、自鎖xyF Fu直動(dòng)從動(dòng)件直動(dòng)從動(dòng)件: 30u 擺動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件: 45第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)三、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系三、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系220/ds dearctgsre壓力角與基圓半徑的關(guān)系壓力角與基圓半徑的關(guān)系結(jié)論結(jié)論基圓半徑不能過(guò)??；偏心距不能過(guò)大。基圓半徑不能過(guò)??；偏心距不能過(guò)大。 最小基圓半徑最小基圓半徑220min)tan(eseddsr 第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)三、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系三、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系例：如下圖凸輪機(jī)構(gòu)例：如下圖凸輪機(jī)構(gòu)1、在圖示上標(biāo)出凸輪的合理轉(zhuǎn)向、在圖示上標(biāo)出凸輪的合理轉(zhuǎn)向2、畫(huà)出凸輪基圓、畫(huà)出凸輪基圓3

11、、畫(huà)出從升程開(kāi)始到、畫(huà)出從升程開(kāi)始到B點(diǎn)從動(dòng)件的位點(diǎn)從動(dòng)件的位 移，相對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，移，相對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，B點(diǎn)壓點(diǎn)壓 力角力角4、畫(huà)出從動(dòng)件升程、畫(huà)出從動(dòng)件升程第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)三、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系三、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系例：如下圖凸輪機(jī)構(gòu)例：如下圖凸輪機(jī)構(gòu)1、在圖示上標(biāo)出凸輪的合理轉(zhuǎn)向、在圖示上標(biāo)出凸輪的合理轉(zhuǎn)向2、畫(huà)出凸輪基圓、畫(huà)出凸輪基圓3、畫(huà)出從升程開(kāi)始到、畫(huà)出從升程開(kāi)始到B點(diǎn)從動(dòng)件的位點(diǎn)從動(dòng)件的位 移，相對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，移，相對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，B點(diǎn)壓點(diǎn)壓 力角力角4、畫(huà)出從動(dòng)件升程、畫(huà)出從動(dòng)件升程rr0第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)原理：反轉(zhuǎn)原理：3-

12、4 3-4 圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓1.1.給凸輪機(jī)構(gòu)加一個(gè)反方向的給凸輪機(jī)構(gòu)加一個(gè)反方向的. . 2.2.這時(shí)凸輪靜止不動(dòng)，從動(dòng)件：這時(shí)凸輪靜止不動(dòng)，從動(dòng)件： u繞繞O以以反方向轉(zhuǎn)動(dòng)；反方向轉(zhuǎn)動(dòng)；u相對(duì)于機(jī)架以給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)相對(duì)于機(jī)架以給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng) B1B2B2B31-23B3B4B4從動(dòng)件尖頂相對(duì)凸輪的運(yùn)動(dòng)軌從動(dòng)件尖頂相對(duì)凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡形成了凸輪的輪廓曲線。跡形成了凸輪的輪廓曲線。第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)1 1尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪一、直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓的繪制一、直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓的繪制)()(s已知：凸輪基圓半徑已知：凸輪基圓半徑 ，

13、角速度，角速度 凸輪機(jī)構(gòu)偏心距凸輪機(jī)構(gòu)偏心距0re第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)2.滾子從動(dòng)件輪廓設(shè)計(jì)滾子從動(dòng)件輪廓設(shè)計(jì)理論輪廓理論輪廓實(shí)際輪廓實(shí)際輪廓只要滾子的轉(zhuǎn)動(dòng)中心經(jīng)過(guò)只要滾子的轉(zhuǎn)動(dòng)中心經(jīng)過(guò)尖頂從動(dòng)件所經(jīng)過(guò)的軌跡尖頂從動(dòng)件所經(jīng)過(guò)的軌跡)()(s第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)際廓線實(shí)際廓線凸輪與從動(dòng)件直接接觸的廓線。凸輪與從動(dòng)件直接接觸的廓線。二、凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓曲線二、凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓曲線理論廓線理論廓線對(duì)于滾子從動(dòng)件，可把滾子圓心看作從動(dòng)件的尖對(duì)于滾子從動(dòng)件，可把滾子圓心看作從動(dòng)件的尖 點(diǎn)，該點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪的理論廓線。點(diǎn)，該點(diǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪的理論廓線。第第3 3章凸輪機(jī)構(gòu)章凸輪機(jī)構(gòu) 滾子半徑的選擇滾子半徑的選擇 u當(dāng)當(dāng) 時(shí)，有確定的包羅線時(shí)，有確定的包羅線 u當(dāng)當(dāng) 時(shí)，出現(xiàn)尖頂時(shí)，出現(xiàn)尖頂u當(dāng)當(dāng) 時(shí)，發(fā)生自交時(shí)，發(fā)生自交 TrTrTr第第3 3