第三章 凸輪機(jī)構(gòu)

1、講次：講次：2教學(xué)目的與要求：教學(xué)目的與要求：1、 掌握等速運(yùn)動(dòng)、等加速等減速運(yùn)動(dòng)和擺線掌握等速運(yùn)動(dòng)、等加速等減速運(yùn)動(dòng)和擺線運(yùn)動(dòng)位移圖的繪制方法；能夠判斷它們何時(shí)出運(yùn)動(dòng)位移圖的繪制方法；能夠判斷它們何時(shí)出現(xiàn)剛性或柔性沖擊。現(xiàn)剛性或柔性沖擊。2、 熟練掌握按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律繪制滾子從動(dòng)件熟練掌握按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律繪制滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的反轉(zhuǎn)法。盤形凸輪輪廓的反轉(zhuǎn)法。3、 定性了解選擇滾子半徑的原則。定性了解選擇滾子半徑的原則。第三章第三章 凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)凸輪設(shè)計(jì)實(shí)例3 3l l 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，當(dāng)是一種具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，當(dāng)它運(yùn)

2、動(dòng)時(shí)，通過點(diǎn)或線接觸推動(dòng)它運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過點(diǎn)或線接觸推動(dòng)從動(dòng)件從動(dòng)件，可，可以使從動(dòng)件得到任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。以使從動(dòng)件得到任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。三種三種從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu).SWF圖圖3-1 為繞線機(jī)中為繞線機(jī)中的凸輪機(jī)構(gòu)。的凸輪機(jī)構(gòu)。繞線機(jī)繞線機(jī).SWF內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu) 圖圖32所示為內(nèi)燃機(jī)所示為內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)。當(dāng)具有一定曲配氣機(jī)構(gòu)。當(dāng)具有一定曲線輪廓的凸輪線輪廓的凸輪1等速轉(zhuǎn)動(dòng)等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，迫使氣閥時(shí)，迫使氣閥2在固定的在固定的導(dǎo)套導(dǎo)套3中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使氣閥能按內(nèi)燃機(jī)工作而使氣閥能按內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)的要求把氣閥開啟或循環(huán)的要求把氣閥開啟或關(guān)閉。關(guān)閉。內(nèi)燃機(jī)配

3、氣內(nèi)燃機(jī)配氣.SWF自動(dòng)機(jī)床上控制刀架運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)自動(dòng)機(jī)床上控制刀架運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu) 圖圖33所示為自動(dòng)所示為自動(dòng)機(jī)床上控制刀架運(yùn)動(dòng)的機(jī)床上控制刀架運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)圓柱凸輪凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)圓柱凸輪1回轉(zhuǎn)時(shí)，凸輪凹槽側(cè)回轉(zhuǎn)時(shí)，凸輪凹槽側(cè)面迫使桿面迫使桿2擺動(dòng)，從而擺動(dòng)，從而驅(qū)使刀架運(yùn)動(dòng)。進(jìn)刀和驅(qū)使刀架運(yùn)動(dòng)。進(jìn)刀和退刀的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由凹退刀的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由凹槽的形狀來決定。槽的形狀來決定。 空間凸輪空間凸輪.SWF凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 凸輪機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、凸輪和從動(dòng)件，三部分。凸凸輪機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、凸輪和從動(dòng)件，三部分。凸輪通常作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)，而從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)可為連續(xù)或輪通常作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)，而從動(dòng)件的

4、運(yùn)動(dòng)可為連續(xù)或間歇的往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)間歇的往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是可使從動(dòng)件得到任意的預(yù)期運(yùn)動(dòng)，凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是可使從動(dòng)件得到任意的預(yù)期運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊和設(shè)計(jì)方便。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊和設(shè)計(jì)方便。凸輪機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是其中存在點(diǎn)或線接觸，因凸輪機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是其中存在點(diǎn)或線接觸，因而較易磨損。此外，與連桿機(jī)構(gòu)中的圓柱面和平而較易磨損。此外，與連桿機(jī)構(gòu)中的圓柱面和平面比較，凸輪輪廓的加工較為復(fù)雜。面比較，凸輪輪廓的加工較為復(fù)雜。凸輪機(jī)構(gòu)的類型（一）按凸輪的形狀分（一）按凸輪的形狀分 1）盤形凸輪）盤形凸輪 ：它是凸輪的最基本型式。：它是凸輪的最基本型式。 2）移動(dòng)凸輪）移動(dòng)凸輪 3）圓

5、柱凸輪）圓柱凸輪（二）凸輪與其從動(dòng)件的相對運(yùn)動(dòng)（二）凸輪與其從動(dòng)件的相對運(yùn)動(dòng)分分 平面凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu)：盤形凸輪和移動(dòng)凸輪與其從動(dòng)件的相對運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)：盤形凸輪和移動(dòng)凸輪與其從動(dòng)件的相對運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn) 動(dòng)，故動(dòng)，故屬于平面凸輪機(jī)構(gòu)；屬于平面凸輪機(jī)構(gòu)；三種從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)三種從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu).SWF 空間凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)：圓柱凸輪與其從動(dòng)件的相對運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)，故屬于空間凸：圓柱凸輪與其從動(dòng)件的相對運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)，故屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)。由于圓柱凸輪可展開成移動(dòng)凸輪，所以我們可以運(yùn)用移動(dòng)凸輪的設(shè)計(jì)方輪機(jī)構(gòu)。由于圓柱凸輪可展開成移動(dòng)凸輪，所以我們可以運(yùn)用移動(dòng)凸輪的設(shè)計(jì)方法來近似地設(shè)計(jì)它的展開輪廓。法

6、來近似地設(shè)計(jì)它的展開輪廓?？臻g凸輪空間凸輪.SWF（三）按從動(dòng)件的型式分（三）按從動(dòng)件的型式分 （1）尖頂從動(dòng)件）尖頂從動(dòng)件 （2）滾子從動(dòng)件）滾子從動(dòng)件 （3）平底從動(dòng)件）平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟與術(shù)語設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟：1.確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；2.設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線，使它準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線，使它準(zhǔn)確地或近似地實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?；蚪频貙?shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3.檢驗(yàn)檢驗(yàn)凸輪壓力角凸輪壓力角和曲率半徑。和曲率半徑。Base circle -基圓Prime circle-初始圓 Cam surface-實(shí)際輪廓曲線 Pitch curve-理論輪廓曲線3-2 從動(dòng)件的

7、常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 圖中： 為推程運(yùn)動(dòng)角、h為升程、為推程運(yùn)動(dòng)時(shí)間。從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)開始、運(yùn)動(dòng)方向改變，終止運(yùn)動(dòng)時(shí)速度發(fā)生從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)開始、運(yùn)動(dòng)方向改變，終止運(yùn)動(dòng)時(shí)速度發(fā)生突變，突變，a=|，巨大的沖擊在所難免。我們把，巨大的沖擊在所難免。我們把加速度理加速度理論值為無窮大所引起的沖擊稱為論值為無窮大所引起的沖擊稱為剛性沖擊剛性沖擊。 公式推導(dǎo)公式推導(dǎo)一、一、 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 由于等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律存在剛性沖擊，因此這種運(yùn)動(dòng)規(guī)由于等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律存在剛性沖擊，因此這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律不宜單獨(dú)作為從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一般應(yīng)在運(yùn)動(dòng)的始律不宜單獨(dú)作為從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一般應(yīng)在運(yùn)動(dòng)的始點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、終點(diǎn)采用其它運(yùn)動(dòng)規(guī)律過渡。點(diǎn)

8、、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、終點(diǎn)采用其它運(yùn)動(dòng)規(guī)律過渡。 以凸輪轉(zhuǎn)角以凸輪轉(zhuǎn)角 表示的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方程為：表示的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方程為：回程運(yùn)動(dòng)方程回程運(yùn)動(dòng)方程這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的前半個(gè)推程為這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的前半個(gè)推程為等加速運(yùn)動(dòng)，后半個(gè)推程為等等加速運(yùn)動(dòng)，后半個(gè)推程為等減速運(yùn)動(dòng)。減速運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在點(diǎn)這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在點(diǎn)o、m、e處加速處加速度會(huì)出現(xiàn)有限值的突然變化，導(dǎo)致度會(huì)出現(xiàn)有限值的突然變化，導(dǎo)致柔性沖擊柔性沖擊。所以這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適。所以這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于中速凸輪機(jī)構(gòu)用于中速凸輪機(jī)構(gòu)二、等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程公式：推程公式：回程公式回程公式（三）擺線運(yùn)動(dòng)（三）擺線運(yùn)動(dòng) 既無剛性沖擊，無柔性沖擊

9、 圓上點(diǎn)圓上點(diǎn)A A的軌跡稱正擺線。的軌跡稱正擺線。加速度安加速度安正弦規(guī)律變化。正弦規(guī)律變化。 當(dāng)滾圓沿縱坐標(biāo)軸作勻速當(dāng)滾圓沿縱坐標(biāo)軸作勻速純滾動(dòng)時(shí)，圓周上一點(diǎn)的軌跡純滾動(dòng)時(shí)，圓周上一點(diǎn)的軌跡為一擺線。此時(shí)該點(diǎn)在縱坐標(biāo)為一擺線。此時(shí)該點(diǎn)在縱坐標(biāo)軸上的投影隨時(shí)間變化的規(guī)律軸上的投影隨時(shí)間變化的規(guī)律稱擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由于其加速稱擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由于其加速度曲線為正弦曲線，故又稱為度曲線為正弦曲線，故又稱為正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律3-3 凸輪輪廓的圖解設(shè)計(jì)凸輪輪廓的圖解設(shè)計(jì)解析法解析法精度高，可借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，與數(shù)控加工設(shè)備精度高，可借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，與數(shù)控加工設(shè)備結(jié)合后可實(shí)

10、現(xiàn)無圖紙加工，是目前常用的方法；該方法的缺結(jié)合后可實(shí)現(xiàn)無圖紙加工，是目前常用的方法；該方法的缺點(diǎn)是不直觀，要求初學(xué)者有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。點(diǎn)是不直觀，要求初學(xué)者有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。圖解法圖解法精度低，但直觀簡便，有助于幫助初學(xué)者掌握設(shè)計(jì)理論精度低，但直觀簡便，有助于幫助初學(xué)者掌握設(shè)計(jì)理論和方法。和方法。確定了從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，就可根據(jù)所允許的確定了從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，就可根據(jù)所允許的空間和其它要求來繪制凸輪的輪廓曲線了。空間和其它要求來繪制凸輪的輪廓曲線了。凸輪輪廓的圖解設(shè)計(jì)凸輪輪廓的圖解設(shè)計(jì)如果給整個(gè)機(jī)構(gòu)加上繞軸心的公共角速度如果給整個(gè)機(jī)構(gòu)加上繞軸心的公共角速度 -，機(jī)構(gòu)各，機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)不

11、會(huì)改變。但這樣一來凸輪就不再轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)不會(huì)改變。但這樣一來凸輪就不再轉(zhuǎn)動(dòng)，而機(jī)架和從動(dòng)件將以角速度而機(jī)架和從動(dòng)件將以角速度-繞點(diǎn)反轉(zhuǎn)，同時(shí)從動(dòng)件繞點(diǎn)反轉(zhuǎn)，同時(shí)從動(dòng)件保持相對于機(jī)架的運(yùn)動(dòng)。因從動(dòng)件尖頂始終保持和凸輪輪保持相對于機(jī)架的運(yùn)動(dòng)。因從動(dòng)件尖頂始終保持和凸輪輪廓的接觸，故反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪的輪廓，繪廓的接觸，故反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪的輪廓，繪制凸輪廓線就是繪制尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡。制凸輪廓線就是繪制尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡。不難看出，反轉(zhuǎn)法的本質(zhì)是改變參照系，即把原來建不難看出，反轉(zhuǎn)法的本質(zhì)是改變參照系，即把原來建立在機(jī)架上的運(yùn)動(dòng)參照系改建到凸輪上面立在機(jī)架上的運(yùn)動(dòng)參照系改建到凸輪上面工作時(shí)凸輪是運(yùn)動(dòng)的，要繪制凸輪輪廓就需要凸輪與圖工作時(shí)凸輪是運(yùn)動(dòng)的，要繪制凸輪輪廓就需要凸輪與圖紙相對靜止。為此，在圖解設(shè)計(jì)中采用紙相對靜止。為此，在圖解設(shè)計(jì)中采用反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法。凸輪輪廓曲線繪制凸輪輪廓曲線繪制凸輪輪廓曲線可以用解析法計(jì)算后繪出（凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)凸輪輪廓曲線可以用解