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

1、第 次課授課計(jì)劃 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課程 環(huán)境本071-2 班級(jí) 09年 9月21日 章節(jié)名稱第3章 凸輪機(jī)構(gòu)3-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型3-2 從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律3-3 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 教學(xué)內(nèi)容1、凸輪機(jī)構(gòu)的種類；2、凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)；3、常用從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 4、壓力角與作用力、凸輪尺寸的關(guān)系教學(xué)目的與 要 求1、了解凸輪機(jī)構(gòu)的種類和特點(diǎn)；2、掌握從動(dòng)件的常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；3、理解高副的壓力角； 重 點(diǎn)1.從動(dòng)件的常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；2.壓力角與作用力、凸輪尺寸的關(guān)系難 點(diǎn)1.從動(dòng)件的常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；作 業(yè)P52： 3-1；3-2；教學(xué)手段多媒體參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)及習(xí)題解析 第第3 3章

2、章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型32 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34 圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓33 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型一、凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用1、組成：凸輪從動(dòng)件機(jī)架2、特點(diǎn)：u結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；u可精確實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；u設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單；u高副接觸易磨損；u制造較連桿機(jī)構(gòu)困難。3、應(yīng)用：用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律有特殊要求，載荷不大、行程較小的場(chǎng)合，廣泛用于各種機(jī)械，特別是控制裝置、儀器儀表、自動(dòng)機(jī)械中。31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式分按運(yùn)動(dòng)形式分直動(dòng)從動(dòng)件對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件偏

3、置直動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件1)直動(dòng)推桿。即往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的推桿。在直動(dòng)推桿中，若其軸線通過凸輪的回轉(zhuǎn)軸心，則稱其為對(duì)心直動(dòng)推桿，否則稱為偏置直動(dòng)推桿。2)擺動(dòng)推桿。即作往復(fù)擺動(dòng)的推桿,分為：擺動(dòng)尖頂推桿、擺動(dòng)滾子推桿和擺動(dòng)平底推桿。31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型1、按凸輪的形狀分盤形凸輪盤狀凸輪：凸輪的最基本型式。這種凸輪是一個(gè)繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并且具有變化半徑的盤形零件31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型移動(dòng)凸輪移動(dòng)凸輪：當(dāng)盤狀凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠(yuǎn)時(shí)，凸輪相對(duì)機(jī)架作直線運(yùn)動(dòng)，這種凸輪稱為移動(dòng)凸輪31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型圓柱凸輪圓柱凸輪：將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體即成為圓柱凸輪31 凸輪機(jī)構(gòu)

4、的應(yīng)用和類型 盤形凸輪和移動(dòng)凸輪與從動(dòng)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)；而圓柱凸輪與從動(dòng)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)，所以前兩者屬于平面凸輪機(jī)構(gòu)，后者屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)。 31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型2、按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式和接觸形式分尖端從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型接觸形式比較接觸形式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用尖端滾子平底結(jié)構(gòu)緊湊，能與任意形狀的輪廓接觸，實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律。易磨損，承載能力低低速、輕載耐磨損結(jié)構(gòu)復(fù)雜中載，應(yīng)用最廣u易形成油膜，潤(rùn)滑好，耐磨損；u=C，一般=0，受力好，效率高凸輪廓線不能內(nèi)凹，運(yùn)動(dòng)規(guī)律受限制高速31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型3、按凸輪與從動(dòng)件保持接觸的方法分力封閉：重力

5、、彈簧力重力封閉彈簧力封閉31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型3、按凸輪與從動(dòng)件保持接觸的方法分力封閉：重力、彈簧力幾何封閉：凹槽、等寬、等徑、主回凹槽凸輪凹槽凸輪機(jī)構(gòu): 其凹槽兩側(cè)面間的距離等于滾子的直徑，故能保證滾子與凸輪始終接觸。顯然這種凸輪只能采用滾子從動(dòng)件。 31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型B等等寬寬凸凸輪輪B31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型等徑凸輪r1r2r1+r2 =const（常數(shù)） 等徑凸輪機(jī)構(gòu)和等寬凸輪機(jī)構(gòu): 其從動(dòng)件上分別裝有相對(duì)位置不變的兩個(gè)滾子和兩個(gè)平底，凸輪運(yùn)動(dòng)時(shí)，其輪廓能始終與兩個(gè)滾子或平底同時(shí)保持接觸。顯然，這兩種凸輪只能在1800范圍內(nèi)自由設(shè)計(jì)其廓線，而另1800的凸輪廓線必須按照

6、等徑或等寬的條件來確定，因而其從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自由選擇受到一定限制 31 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型幾何封閉的優(yōu)缺點(diǎn)：免除彈簧附加的力，效率較高；機(jī)構(gòu)外廓尺寸較大，設(shè)計(jì)較復(fù)雜。主回凸輪也稱共軛凸輪共軛凸輪機(jī)構(gòu): 利用固定在同一軸上但不在同一平面內(nèi)的主、回兩個(gè)凸輪來控制一個(gè)從動(dòng)件，主凸輪驅(qū)使從動(dòng)件逆時(shí)針方向擺動(dòng)；而回凸輪驅(qū)使從動(dòng)件順時(shí)針方向返回。 hhe2、偏置距e偏置圓3、行程h（或 max）從動(dòng)件的最大位移（或角位移）1、基圓半徑rmin凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心到輪廓曲線的最短距離32 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一、名詞術(shù)語一、名詞術(shù)語OABCDCBDAOrminrmin32 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律t h s s ABCDh

7、4、運(yùn)動(dòng)過程s凸輪轉(zhuǎn)角廓線從動(dòng)件行程h推程t 推程運(yùn)動(dòng)角t AB升hs 遠(yuǎn)休止程s 遠(yuǎn)休止角BC停止h 回程h 回程運(yùn)動(dòng)角CD降hs 近休止程s 近休止角DA停止位移曲線Ot h s s ABCDhABCDhet AOBt Ot 動(dòng)畫B AOBtO32 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律32 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、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)律邊界條件：00s，hs ，u在行程的始、末點(diǎn)，速度有突變，a，慣性力很大，引起剛性沖擊；u適用于低速。討論方程：1ccso1ccso32 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律回程二、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)律邊界條件：u在行程的始、末點(diǎn)，

8、速度有突變，a，慣性力很大，引起剛性沖擊；u適用于低速。討論1ccsohss，0ss，第 8 次課授課計(jì)劃 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課程 環(huán)境本071-2 班級(jí) 09年 9月24日 章節(jié)名稱3-4 圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 教學(xué)內(nèi)容1、反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)偏置尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓；2、反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓；3、反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)平底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓； 4、反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓教學(xué)目的與 要 求1.掌握反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)凸輪輪廓。 重 點(diǎn)反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)凸輪輪廓難 點(diǎn)反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)凸輪輪廓作 業(yè)教學(xué)手段多媒體參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)及習(xí)題解析 一、凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理一、凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理

9、基本方法：基本方法：反轉(zhuǎn)法 給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以“- - ”時(shí)，不影響各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件尖頂復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線。O O3 圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓基本問題：基本問題：已知：rmin、 （方向）、e（大小、方向），從動(dòng)件的類型及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，求凸輪廓線。凸輪-靜止機(jī)架-以“- ”繞o o點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)件隨機(jī)架以“- ”反轉(zhuǎn)相對(duì)機(jī)架按s=f ( )運(yùn)動(dòng)反轉(zhuǎn)法1s2s3s顯然：反轉(zhuǎn)后跡點(diǎn)的軌跡即是凸輪的理論廓線。已知：rmin， （方向）， e， s=f ( )，設(shè)計(jì)凸輪廓線1. 直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪二、用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線二、用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線0t120 060 s0

10、90 h090 s11223344556677881112991001 s0S-線圖O OminreAths s1234567678854321991001 11sl2、直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪已知：rmin， （方向），e，rr，s=f ( )，設(shè)計(jì)凸輪廓線。0120 t060 s090 h090 s11223344556677881112991001 s0S-線圖seAl把滾子中心A當(dāng)作尖端2、直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪O OminreAths s1234567678854321991001 11理論廓線 以理論廓線上各點(diǎn)為圓心，作滾子圓族，其包絡(luò)線即為實(shí)際廓線。實(shí)際廓線已知： rmin ， （

11、方向），e，rr，s=f ( )，設(shè)計(jì)凸輪廓線。動(dòng)畫 S-線圖sl0120 t060 s090 h090 s11223344556677881112991001 s03、對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪已知： rmin ， （方向），s=f ( )，設(shè)計(jì)凸輪廓線。minrtshs123456781012345678901 11 在理論廓線上各點(diǎn)作出相應(yīng)的平底直線族，其包絡(luò)線即為實(shí)際廓線。動(dòng)畫9S-線圖0120 t060 s090 h090 s11223344556677881112991001 s0A4B404、擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知： rmin ， （方向），機(jī)架長(zhǎng)LOA，擺桿長(zhǎng)LAB， =f

12、 ( )，設(shè)計(jì)凸輪廓線。minrOABtshs1A2A3A4A5A6A7A8A17B1B2B3B4B5B6B7B8C22B33B44B5B566B7 111 i ii001B0tshs1122334455668977-線圖4、擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知： rmin ， （方向），機(jī)架長(zhǎng)LOA，擺桿長(zhǎng)LAB， =f ( )，設(shè)計(jì)凸輪廓線。minrOABtshs1A2A3A4A5A6A7A8A0討論4B若為滾子從動(dòng)件，則作滾子圓族的包絡(luò)線為實(shí)際廓線；若為平底從動(dòng)件，則作平底族的包絡(luò)線為實(shí)際廓線；反轉(zhuǎn)角度的度量擺桿中心A繞O的轉(zhuǎn)角；一、凸輪機(jī)構(gòu)中的壓力角與作用力的關(guān)系一、凸輪機(jī)構(gòu)中的壓力角與作用力的

13、關(guān)系壓力角 ：不計(jì)摩擦?xí)r，從動(dòng)件受力方向 與速度方向的夾角。也就是接觸處法線方向與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向的夾角17nnBOFFFF= Ftan F一定，一定， F 甚至甚至自鎖自鎖 max = 30直動(dòng)= 45 擺動(dòng)e0rnnP0tansseOPs0s220erseddsddsdtddtdsvOP/P與e在輪心O點(diǎn)的同側(cè)，取“”，異側(cè)取“”。0/tan0rsddse時(shí)，討論 與s有關(guān)，各點(diǎn)不同； 與e的大小和方位的大小和方位有關(guān)；當(dāng)s、ds/d、e一定時(shí)， 0rBO二、凸輪機(jī)構(gòu)中的壓力角與基圓半徑二、凸輪機(jī)構(gòu)中的壓力角與基圓半徑rmin的關(guān)系的關(guān)系e偏置的目的：減小推程壓力角確定r0的原則：在結(jié)構(gòu)尺寸

14、允許的條件下，盡可能使 減??；在不超過的條件下，選較小的r0。確定r0的方法初選r0驗(yàn)算方法：初選r0，計(jì)算出各點(diǎn)的 ，使 max；由求出r0 min的圖解安全區(qū)法；諾模圖法。根據(jù)計(jì)算設(shè)計(jì)法： 220)tan/(eseddsr有：220/tanersedds由 在上式中代入的一系列值，可求出對(duì)應(yīng)的一系列r0值r01、 r02、 r0n，應(yīng)使：nrrrr00201min0,max 三、滾子半徑的確定三、滾子半徑的確定設(shè)：滾子半徑，Tr理論廓線曲率半徑，實(shí)際廓線曲率半徑。 當(dāng)理論廓線內(nèi)凹時(shí)，Tr Tr 當(dāng)理論廓線外凸時(shí)，TrTr 0Tr Tr Tr0Tr 輪廓變尖TrTr 0Tr 輪廓失真Tr 0Tr Tr0Tr 輪廓變尖Tr0Tr 輪廓失真為避免運(yùn)動(dòng)失真，常?。簃in8 . 0 TrmmrT3min 或 min的求法：圖解近似確定-三圓法解析法逐點(diǎn)計(jì)算、比較，確定 min。注意從結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度方面考慮，滾子半徑rT不能太小，通常取若rT不能減小而又出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失真，怎么辦？min)5 .