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、等加速等減速運(yùn)動和擺線掌握等速運(yùn)動、等加速等減速運(yùn)動和擺線運(yùn)動位移圖的繪制方法；能夠判斷它們何時出運(yùn)動位移圖的繪制方法；能夠判斷它們何時出現(xiàn)剛性或柔性沖擊?，F(xiàn)剛性或柔性沖擊。2、 熟練掌握按給定運(yùn)動規(guī)律繪制滾子從動件熟練掌握按給定運(yùn)動規(guī)律繪制滾子從動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)計實例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、動時，通過點或線接觸推動它運(yùn)動時，通過點或線接觸推動從動件從動件，可，可以使從動件得到任意預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律。以使從動件得到任意預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律。三種三種從動件凸輪機(jī)構(gòu)從動件凸輪機(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)動等速轉(zhuǎn)動時，迫使氣閥時，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，從中作往復(fù)運(yùn)動，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自動機(jī)床上控制刀架運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu)自動機(jī)床上控制刀架運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu) 圖圖33所示為自動所示為自動機(jī)床上控制刀架運(yùn)動的機(jī)床上控制刀架運(yùn)動的凸輪機(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，凸輪凹槽側(cè)回轉(zhuǎn)時，凸輪凹槽側(cè)面迫使桿面迫使桿2擺動，從而擺動，從而驅(qū)使刀架運(yùn)動。進(jìn)刀和驅(qū)使刀架運(yùn)動。進(jìn)刀和退刀的運(yùn)動規(guī)律，由凹退刀的運(yùn)動規(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)的特點凸輪機(jī)構(gòu)的特點 凸輪機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、凸輪和從動件，三部分。凸凸輪機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、凸輪和從動件，三部分。凸輪通常作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動，而從動件的運(yùn)動可為連續(xù)或輪通常作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動，而從動件的

4、運(yùn)動可為連續(xù)或間歇的往復(fù)移動或擺動間歇的往復(fù)移動或擺動特點：特點： 凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)點是可使從動件得到任意的預(yù)期運(yùn)動，凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)點是可使從動件得到任意的預(yù)期運(yùn)動，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊和設(shè)計方便。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊和設(shè)計方便。凸輪機(jī)構(gòu)的主要缺點是其中存在點或線接觸，因凸輪機(jī)構(gòu)的主要缺點是其中存在點或線接觸，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）移動凸輪）移動凸輪 3）圓

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

6、來近似地設(shè)計它的展開輪廓?？臻g凸輪空間凸輪.SWF（三）按從動件的型式分（三）按從動件的型式分 （1）尖頂從動件）尖頂從動件 （2）滾子從動件）滾子從動件 （3）平底從動件）平底從動件凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計步驟與術(shù)語設(shè)計步驟：設(shè)計步驟：1.確定從動件的運(yùn)動規(guī)律；確定從動件的運(yùn)動規(guī)律；2.設(shè)計凸輪輪廓曲線，使它準(zhǔn)確地設(shè)計凸輪輪廓曲線，使它準(zhǔn)確地或近似地實現(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律?；蚪频貙崿F(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律。3.檢驗檢驗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-實際輪廓曲線 Pitch curve-理論輪廓曲線3-2 從動件的

7、常用運(yùn)動規(guī)律 圖中： 為推程運(yùn)動角、h為升程、為推程運(yùn)動時間。從動件運(yùn)動開始、運(yùn)動方向改變，終止運(yùn)動時速度發(fā)生從動件運(yùn)動開始、運(yùn)動方向改變，終止運(yùn)動時速度發(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)動規(guī)律等速運(yùn)動規(guī)律 由于等速運(yùn)動規(guī)律存在剛性沖擊，因此這種運(yùn)動規(guī)由于等速運(yùn)動規(guī)律存在剛性沖擊，因此這種運(yùn)動規(guī)律不宜單獨作為從動件的運(yùn)動規(guī)律，一般應(yīng)在運(yùn)動的始律不宜單獨作為從動件的運(yùn)動規(guī)律，一般應(yīng)在運(yùn)動的始點、轉(zhuǎn)折點、終點采用其它運(yùn)動規(guī)律過渡。點

8、、轉(zhuǎn)折點、終點采用其它運(yùn)動規(guī)律過渡。 以凸輪轉(zhuǎn)角以凸輪轉(zhuǎn)角 表示的從動件運(yùn)動方程為：表示的從動件運(yùn)動方程為：回程運(yùn)動方程回程運(yùn)動方程這種運(yùn)動規(guī)律的前半個推程為這種運(yùn)動規(guī)律的前半個推程為等加速運(yùn)動，后半個推程為等等加速運(yùn)動，后半個推程為等減速運(yùn)動。減速運(yùn)動。這種運(yùn)動規(guī)律在點這種運(yùn)動規(guī)律在點o、m、e處加速處加速度會出現(xiàn)有限值的突然變化，導(dǎo)致度會出現(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)動規(guī)律只適。所以這種運(yùn)動規(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)動規(guī)律二、等加速等減速運(yùn)動規(guī)律推程公式：推程公式：回程公式回程公式（三）擺線運(yùn)動（三）擺線運(yùn)動 既無剛性沖擊，無柔性沖擊

9、 圓上點圓上點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)軸作勻速純滾動時，圓周上一點的軌跡純滾動時，圓周上一點的軌跡為一擺線。此時該點在縱坐標(biāo)為一擺線。此時該點在縱坐標(biāo)軸上的投影隨時間變化的規(guī)律軸上的投影隨時間變化的規(guī)律稱擺線運(yùn)動規(guī)律，由于其加速稱擺線運(yùn)動規(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)動規(guī)律正弦加速度運(yùn)動規(guī)律3-3 凸輪輪廓的圖解設(shè)計凸輪輪廓的圖解設(shè)計解析法解析法精度高，可借助計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計，與數(shù)控加工設(shè)備精度高，可借助計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計，與數(shù)控加工設(shè)備結(jié)合后可實

10、現(xiàn)無圖紙加工，是目前常用的方法；該方法的缺結(jié)合后可實現(xiàn)無圖紙加工，是目前常用的方法；該方法的缺點是不直觀，要求初學(xué)者有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。點是不直觀，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)計理論精度低，但直觀簡便，有助于幫助初學(xué)者掌握設(shè)計理論和方法。和方法。確定了從動件運(yùn)動規(guī)律后，就可根據(jù)所允許的確定了從動件運(yùn)動規(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?？臻g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)計凸輪輪廓的圖解設(shè)計如果給整個機(jī)構(gòu)加上繞軸心的公共角速度如果給整個機(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)動不

11、會改變。但這樣一來凸輪就不再轉(zhuǎn)動，構(gòu)件間的相對運(yùn)動不會改變。但這樣一來凸輪就不再轉(zhuǎn)動，而機(jī)架和從動件將以角速度而機(jī)架和從動件將以角速度-繞點反轉(zhuǎn)，同時從動件繞點反轉(zhuǎn)，同時從動件保持相對于機(jī)架的運(yùn)動。因從動件尖頂始終保持和凸輪輪保持相對于機(jī)架的運(yùn)動。因從動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)動軌跡。制凸輪廓線就是繪制尖頂?shù)倪\(yùn)動軌跡。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)動參照系改建到凸輪上面立在機(jī)架上的運(yùn)動參照系改建到凸輪上面工作時凸輪是運(yùn)動的，要繪制凸輪輪廓就需要凸輪與圖工作時凸輪是運(yùn)動的，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)計中采用紙相對靜止。為此，在圖解設(shè)計中采用反轉(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算后繪出（凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)凸輪輪廓曲線可以用解