機械原理_凸輪

1、（推桿）（推桿）組成組成凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計從動件從動件( (推桿推桿) ) 往復(fù)移動或擺動往復(fù)移動或擺動 凸輪凸輪具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，運動時，通過高具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，運動時，通過高副接觸使從動件能夠副接觸使從動件能夠地獲得各種預(yù)期的運動地獲得各種預(yù)期的運動規(guī)律。規(guī)律。凸輪輪廓形狀取決于從動件的運動規(guī)律。凸輪輪廓形狀取決于從動件的運動規(guī)律。凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計組成組成1 1 適當(dāng)?shù)脑O(shè)計凸輪廓線，從動件可實現(xiàn)任意適當(dāng)?shù)脑O(shè)計凸輪廓線，從動件可實現(xiàn)任意復(fù)雜的運動規(guī)律；復(fù)雜的運動規(guī)律；2 2 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便，構(gòu)件數(shù)少；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便，構(gòu)件數(shù)少；

2、3 3 點、線接觸的高副機構(gòu)，易于磨損，多用點、線接觸的高副機構(gòu)，易于磨損，多用于傳力不大的場合；于傳力不大的場合；4 4 凸輪輪廓加工較困難；凸輪輪廓加工較困難；5 5 從動件的行程不宜過大，否則凸輪笨重。從動件的行程不宜過大，否則凸輪笨重。凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)的特點凸輪機構(gòu)的特點凸輪機構(gòu)的應(yīng)用凸輪機構(gòu)的應(yīng)用凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計圓柱凸輪輸送機圓柱凸輪輸送機凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)的應(yīng)用凸輪機構(gòu)的應(yīng)用凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)的應(yīng)用凸輪機構(gòu)的應(yīng)用此外還有此外還有配鑰匙機配鑰匙機等等凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)的應(yīng)用凸輪機

3、構(gòu)的應(yīng)用凸輪機構(gòu)的分類凸輪機構(gòu)的分類凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計對心和偏置對心和偏置凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)的分類凸輪機構(gòu)的分類按凸輪與推桿維持按凸輪與推桿維持高副接觸的方法分高副接觸的方法分凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)的分類凸輪機構(gòu)的分類等徑凸輪等徑凸輪等寬凸輪等寬凸輪dddBB凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)的分類凸輪機構(gòu)的分類推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律凸輪的輪廓曲線形狀，完全取決于從動件的運動規(guī)律。凸輪的輪廓曲線形狀，完全取決于從動件的運動規(guī)律。機構(gòu)中各參數(shù)名稱機構(gòu)中各參數(shù)名稱凸輪機構(gòu)設(shè)計的基本任務(wù)：凸輪機構(gòu)設(shè)計的基本任務(wù)： 根據(jù)工作要求選定合適

4、的根據(jù)工作要求選定合適的 凸輪機構(gòu)的型式凸輪機構(gòu)的型式 推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律 有關(guān)的基本結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)的基本結(jié)構(gòu)尺寸 設(shè)計凸輪輪廓曲線設(shè)計凸輪輪廓曲線凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計根據(jù)工作要求選定推桿運動規(guī)律，是設(shè)計凸輪輪廓曲線的前提。根據(jù)工作要求選定推桿運動規(guī)律，是設(shè)計凸輪輪廓曲線的前提。偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)0200010 (推程運動角推程運動角)0 (回程運動角回程運動角)01 (遠休止角遠休止角)02sF行程行程 h02 (近休止角近休止角)r0 基圓半徑基圓半徑=t機構(gòu)中各參數(shù)名稱機構(gòu)中各參數(shù)名稱偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)偏置直動尖頂推桿盤

5、形凸輪機構(gòu)0 00 0偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)0200010 (推程運動角推程運動角)0 (回程運動角回程運動角)01 (遠休止角遠休止角)020 0F行程行程 h02 (近休止角近休止角)r0 基圓半徑基圓半徑=t機構(gòu)中各參數(shù)名稱機構(gòu)中各參數(shù)名稱偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)Es0 0多項式多項式運動規(guī)律運動規(guī)律三角函數(shù)三角函數(shù)運動規(guī)律運動規(guī)律推桿的常用運動規(guī)律分為兩大類：推桿的常用運動規(guī)律分為兩大類：組合運動規(guī)律組合運動規(guī)律凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律多項式運動規(guī)律多項式運動規(guī)律 (高次多項式型高次多

6、項式型)nnCCCCCS 332210個個邊邊界界條條件件求求出出。由由個個待待定定系系數(shù)數(shù)，為為、其其中中11210 nnCCCCn。差差敏敏感感度度增增加加，常常用用則則凸凸輪輪的的加加工工誤誤越越大大但但可可任任意意取取。動動規(guī)規(guī)律律，即即運運實實現(xiàn)現(xiàn)任任意意給給定定的的從從動動件件理理論論上上可可用用多多項項式式方方程程律律不不同同，則則不不同同，相相應(yīng)應(yīng)的的運運動動規(guī)規(guī)邊邊界界條條件件不不同同，75, nnnCidtdddadtddtddds 1342321432 nnnCCCCC 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律223252242322)1(201262

7、 nnCnnCCCCa 多項式運動規(guī)律多項式運動規(guī)律 (高次多項式型高次多項式型)nnCCCCCS 332210dtdddadtddtddds 1342321432 nnnCCCCC 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律223252242322)1(201262 nnCnnCCCCa 000lim0 tdtdat 000lim0 tdtdatn = 1 時時 haS 多項式運動規(guī)律多項式運動規(guī)律 (高次多項式型高次多項式型)凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律由凸輪在某位置時從動件的位移由凸輪在某位置時從動件的位移S 速度速度 加速度加速度a 加

8、速度的變化率加速度的變化率 j (躍度躍度) 加速與減速區(qū)間比加速與減速區(qū)間比 最大正、負加速度最大正、負加速度a 之比之比 等條件確定等條件確定nCCCC210、對從動件運動要求越多，則邊界條件越多，則對從動件運動要求越多，則邊界條件越多，則n 越大越大余弦加速度運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律(簡諧運動簡諧運動)加速度方程為加速度方程為12個個周期的余弦曲線周期的余弦曲線 質(zhì)點在圓周上作勻速運動時，在圓直徑上的投影所質(zhì)點在圓周上作勻速運動時，在圓直徑上的投影所 構(gòu)成的運動為簡諧運動構(gòu)成的運動為簡諧運動 。 三角函數(shù)運動規(guī)律三角函數(shù)運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律(擺線運動擺線運動)加

9、速度方程為整個周加速度方程為整個周期的正弦曲線期的正弦曲線 當(dāng)滾圓沿縱坐標(biāo)軸作勻速滾動時，圓周上一點的軌跡當(dāng)滾圓沿縱坐標(biāo)軸作勻速滾動時，圓周上一點的軌跡為一擺線。此時該點在縱坐標(biāo)軸上的投影隨時間變化為一擺線。此時該點在縱坐標(biāo)軸上的投影隨時間變化的規(guī)律稱擺線運動。的規(guī)律稱擺線運動。凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律組合運動規(guī)律組合運動規(guī)律等加等加等減等減等速等速組合組合可將前面五種基本運可將前面五種基本運動規(guī)律組合應(yīng)用動規(guī)律組合應(yīng)用,以獲以獲得更好的運動特性和得更好的運動特性和動力特性動力特性剛性沖擊剛性沖擊變變?nèi)嵝詻_擊柔性沖擊凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計推桿的運動

10、規(guī)律推桿的運動規(guī)律推桿運動規(guī)律的選擇推桿運動規(guī)律的選擇高速重載凸輪要選高速重載凸輪要選V Vmax和和amax比較小的理由：比較小的理由：amax動量動量mvmv,若機構(gòu)突然被卡住，則沖擊力將很大若機構(gòu)突然被卡住，則沖擊力將很大（F=mvF=mv/t/t）。）。慣性力慣性力F=-mF=-ma對強度和耐磨性要求對強度和耐磨性要求。對高速凸輪，希望對高速凸輪，希望amax 愈小愈好。愈小愈好。V Vmax, F, Fn n凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪輪廓曲線的凸輪輪廓曲線的設(shè)計設(shè)計 凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪輪廓曲線的凸輪輪廓曲

11、線的設(shè)計設(shè)計 1 1 直動推桿盤形凸輪機構(gòu)直動推桿盤形凸輪機構(gòu) 用作圖法設(shè)計凸輪廓線用作圖法設(shè)計凸輪廓線 已知凸輪的等角速度已知凸輪的等角速度和和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向，r0、 rT、 h 、從從動件導(dǎo)路偏距動件導(dǎo)路偏距 e 和和推桿推桿運動規(guī)律運動規(guī)律，試設(shè)計凸輪廓線。，試設(shè)計凸輪廓線。(2) (2) 直動直動滾子滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)推桿盤形凸輪機構(gòu)(3) (3) 直動直動平底平底推桿盤形凸輪機構(gòu)推桿盤形凸輪機構(gòu)(1) (1) 直動直動尖頂尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)推桿盤形凸輪機構(gòu) 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪輪廓曲線的凸輪輪廓曲線的設(shè)計設(shè)計 1 1 直動推桿盤形凸輪機構(gòu)直動推桿盤形凸輪機構(gòu) 用作圖法設(shè)

12、計凸輪廓線用作圖法設(shè)計凸輪廓線凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計 已知凸輪的等角速度已知凸輪的等角速度和和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向，r0、 rT、 、從動從動件轉(zhuǎn)軸與凸輪軸心之間的中心距件轉(zhuǎn)軸與凸輪軸心之間的中心距 a和和推桿推桿運動規(guī)律運動規(guī)律，推桿長推桿長 l，試設(shè)計凸輪廓線。試設(shè)計凸輪廓線。(2) (2) 擺動擺動滾子滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)推桿盤形凸輪機構(gòu)(3) (3) 擺動擺動平底平底推桿盤形凸輪機構(gòu)推桿盤形凸輪機構(gòu)(1) (1) 擺動擺動尖頂尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)推桿盤形凸輪機構(gòu) 2 2 擺動推桿盤形凸輪機構(gòu)擺動推桿盤形凸輪機構(gòu) r0 理論廓線的最理論廓線的最小半徑小半徑 理論輪理論輪廓曲線廓曲線Tr滾滾

13、子子半半徑徑等等距距曲曲線線，距距離離為為為為法法向向 注意：注意：例題例題1 1在圖示偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)中，要求：在圖示偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)中，要求：1 1）畫出該凸輪機構(gòu)的理論輪廓曲線和基圓；畫出該凸輪機構(gòu)的理論輪廓曲線和基圓；2 2）標(biāo)出圖示位置推桿的位移）標(biāo)出圖示位置推桿的位移S S1和和壓力角壓力角1; ;3 3）標(biāo)出推桿的行程）標(biāo)出推桿的行程h ; ;4 4）標(biāo)出）標(biāo)出凸輪機構(gòu)自凸輪機構(gòu)自圖示位置轉(zhuǎn)過圖示位置轉(zhuǎn)過60時時, ,機構(gòu)機構(gòu)的壓的壓力角力角2 和和從動件的位移從動件的位移S S2 2。O- -r01S S1 160S S22h1 1）畫出該凸輪機構(gòu)的

14、理論輪廓曲線和基圓；畫出該凸輪機構(gòu)的理論輪廓曲線和基圓；2 2）標(biāo)出圖示位置推桿的位移）標(biāo)出圖示位置推桿的位移S S1和和壓力角壓力角1; ;3 3）標(biāo)出推桿的行程）標(biāo)出推桿的行程h ; ;4 4）標(biāo)出）標(biāo)出凸輪機構(gòu)自凸輪機構(gòu)自圖示位置轉(zhuǎn)過圖示位置轉(zhuǎn)過60時時, ,機構(gòu)機構(gòu)的壓力角的壓力角2 和和從動件的位移從動件的位移S S2 2。例題例題2 2在圖示擺動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)中，已知圓盤半在圖示擺動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)中，已知圓盤半徑徑R、圓心與轉(zhuǎn)軸中心的距離、圓心與轉(zhuǎn)軸中心的距離lOA=R/2，滾子半徑滾子半徑rT?，F(xiàn)要求：現(xiàn)要求：1 1）畫出該凸輪機構(gòu)的理論輪廓曲線和基圓；畫出該凸輪機構(gòu)

15、的理論輪廓曲線和基圓；2 2）標(biāo)出圖示位置的壓力角）標(biāo)出圖示位置的壓力角、 擺桿的擺角擺桿的擺角 ; ;3 3）標(biāo)出）標(biāo)出擺桿的最大擺角擺桿的最大擺角 ; ; 4 4）標(biāo)出）標(biāo)出凸輪機構(gòu)自凸輪機構(gòu)自圖示位置轉(zhuǎn)圖示位置轉(zhuǎn) 過過60時的壓力角時的壓力角。 5 5）當(dāng)）當(dāng) 時，對時，對凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu) 有何影響？如何使壓力角減?。坑泻斡绊?？如何使壓力角減??？BC2AO311r0 B0 0 2-160當(dāng)當(dāng) 時，有時，有效分力減小，傳效分力減小，傳動效率降低，當(dāng)動效率降低，當(dāng)過大時機構(gòu)會過大時機構(gòu)會自鎖；自鎖；增大增大r0 可減小可減小。1 1）畫出該凸輪機構(gòu)的理論輪廓曲線和基圓；畫出該凸輪機構(gòu)的理論輪

16、廓曲線和基圓；2 2）標(biāo)出圖示位置的壓力角）標(biāo)出圖示位置的壓力角、擺桿的擺角、擺桿的擺角 ; ;3 3）標(biāo)出）標(biāo)出擺桿的最大擺角擺桿的最大擺角 ; ; 4 4）標(biāo)出）標(biāo)出凸輪機構(gòu)自凸輪機構(gòu)自圖示位置轉(zhuǎn)過圖示位置轉(zhuǎn)過60時的壓力角時的壓力角。 5 5）當(dāng)）當(dāng) 時，對時，對凸輪機構(gòu)有何影響？如何使壓力角減?。客馆啓C構(gòu)有何影響？如何使壓力角減??？ 0用解析法設(shè)計凸輪廓線用解析法設(shè)計凸輪廓線解析法解析法根據(jù)工作所要求的從動件運動規(guī)律和根據(jù)工作所要求的從動件運動規(guī)律和已知的機構(gòu)參數(shù)，求出已知的機構(gòu)參數(shù)，求出，以便精，以便精確地計算出凸輪廓線上各點的坐標(biāo)值，并用確地計算出凸輪廓線上各點的坐標(biāo)值，并用線線切

17、割機床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床切割機床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等先進加工方等先進加工方法加工。法加工。凸輪輪廓曲線的凸輪輪廓曲線的設(shè)計設(shè)計 用作圖法設(shè)計凸輪廓線用作圖法設(shè)計凸輪廓線凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計 cossin)(0essx sincos)(0essy OeEE在推程段在推程段E方向與從動件運方向與從動件運動方向一致為動方向一致為正偏置正偏置，反之，反之為為負偏置負偏置正偏置：正偏置：E沿從動件的沿從動件的推程推程方向方向凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計 cos)(sin)(0ddssrx sin)(cos)(0ddssry )sin(sin0 lax)cos(cos0 lay)(18

18、00 凸輪凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定機構(gòu)基本尺寸的確定 前面設(shè)計凸輪廓線時，均假定前面設(shè)計凸輪廓線時，均假定r0、e、a、rT等為等為已知。已知。凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計實際上這些機構(gòu)參數(shù)應(yīng)在設(shè)計凸輪廓線前，根據(jù)凸輪實際上這些機構(gòu)參數(shù)應(yīng)在設(shè)計凸輪廓線前，根據(jù)凸輪機構(gòu)的機構(gòu)的 傳動受力情況是否良好傳動受力情況是否良好 結(jié)構(gòu)尺寸是否緊湊結(jié)構(gòu)尺寸是否緊湊 運動是否失真運動是否失真 等條件先確定。等條件先確定。凸輪凸輪機構(gòu)中的作用力和機構(gòu)壓力角機構(gòu)中的作用力和機構(gòu)壓力角壓力角壓力角不計慣性力、重力和摩擦?xí)r，機構(gòu)中不計慣性力、重力和摩擦?xí)r，機構(gòu)中所受所受與受力點與受力點間所夾銳角。間所夾銳角。凸輪凸輪與從動件上與從動件上所夾銳角所夾銳角（在在理論廓線上測量理論廓線上測量）自鎖自鎖無論驅(qū)動力多大，由于無論驅(qū)動力多大，由于力的作用，而力的作用，而 使機構(gòu)不能運動的現(xiàn)象。使機構(gòu)不能運動的現(xiàn)象。自鎖與機構(gòu)死點位置不同，機構(gòu)死點位置與自鎖與機