機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 教學(xué)課件 作者 李立機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(5-8) 第7章 凸輪機(jī)構(gòu)

1、在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)： :/教材其余課件及動(dòng)畫素材請(qǐng)查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)QQ:349134187 或者直接輸入下面地址：教學(xué)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容小結(jié)作業(yè)第七章 凸輪機(jī)構(gòu)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)：1熟悉凸輪機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用；2掌握凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)特征曲線；3具有繪制簡(jiǎn)單凸輪機(jī)構(gòu)的能力。7.1凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用 7.2凸輪機(jī)構(gòu)的特性分析 7.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)：凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。難點(diǎn)：凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。重點(diǎn)難點(diǎn)7.1凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用 7.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用 凸輪機(jī)構(gòu)是一種常用的機(jī)構(gòu)，它主要是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三局部所組成。由于凸輪與從動(dòng)件組成的是高副

2、，所以它屬于高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)能將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)件的移動(dòng)或擺動(dòng)。 與連桿機(jī)構(gòu)相比，凸輪機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是：只要正確地設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線，就能使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，工作可靠，易于設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)是：由于凸輪機(jī)構(gòu)屬于高副機(jī)構(gòu)，故凸輪與從動(dòng)件之間為點(diǎn)或線接觸，不便潤(rùn)滑，易于磨損。因此凸輪機(jī)構(gòu)多用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。下面通過(guò)實(shí)例來(lái)說(shuō)明。 1凸輪；2氣閥 1圓柱凸輪；2從動(dòng)件圖7-1 內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu) 圖7-2 送料機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用 7.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的類型 1按凸輪的形狀分類1盤形凸輪。如圖7-1所示。2圓柱凸輪。如圖7-2所示。3移動(dòng)凸輪。如圖

3、7-3所示。 1凸輪；2從動(dòng)件 圖7-3 自動(dòng)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用 2按從動(dòng)件的端部結(jié)構(gòu)分類1尖頂從動(dòng)件。如圖7-4a、d所示的為尖頂從動(dòng)件。 2滾子從動(dòng)件。如圖7-4b、e所示的為滾子從動(dòng)件3平底從動(dòng)件。如圖7-4c、f所示的為平底從動(dòng)件。 圖7-4 從動(dòng)件類型 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用 3按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方式分類 1移動(dòng)從動(dòng)件。從動(dòng)件相對(duì)于導(dǎo)路作直線移動(dòng)。假設(shè)導(dǎo)路中心線恰好通過(guò)凸輪回轉(zhuǎn)中心，那么稱為對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件，如圖7-5a；假設(shè)導(dǎo)路中心線與回轉(zhuǎn)中心有一個(gè)偏心距e，那么稱為偏置移動(dòng)從動(dòng)件，如圖7-5b。 2擺動(dòng)從動(dòng)件。從動(dòng)件相對(duì)于機(jī)架作擺動(dòng)，如圖7-4d、e、f。4按凸輪與從動(dòng)件保持接

4、觸的方式分類 1力鎖合。依靠重力、彈簧力或其他外力使從動(dòng)件與凸輪保持接觸稱為力鎖合。圖7-1所示內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)是靠彈簧力使從動(dòng)件與凸輪保持接觸的。 2形鎖合。依靠一定幾何形狀使從動(dòng)件與凸輪保持接觸稱為形鎖合，如圖7-6所示。 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用 圖7-5 對(duì)心與偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形 圖7-6形鎖合 凸輪機(jī)構(gòu)返回凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用 7.2凸輪機(jī)構(gòu)的特性分析 凸輪機(jī)構(gòu)的特性分析 凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律與凸輪輪廓曲線形狀密切相關(guān)。進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析目的在于分析從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即從動(dòng)件的位移、速度和加速度。 1凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程 圖7-7 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 由此可知，凸輪

5、轉(zhuǎn)過(guò)一周，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是：升-停-降-停，此運(yùn)動(dòng)過(guò)程稱為一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)。須注意的是：一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中不一定都有以上四個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，但至少都有升程和回程兩個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程 凸輪機(jī)構(gòu)的特性分析 2從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指從動(dòng)件位移、速度和加速度或角位移、角速度和角加速度隨時(shí)間或凸輪轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。如果是用數(shù)學(xué)函數(shù)方程來(lái)表示從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這種方程稱為從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方程。由于凸輪以等角速度作等速轉(zhuǎn)動(dòng)， 因此在凸輪運(yùn)動(dòng)的任意瞬時(shí)，凸輪的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間t成線性關(guān)系，即=t。 對(duì)于直動(dòng)從動(dòng)件來(lái)說(shuō)，存在著如下的函數(shù)關(guān)系： s =s() v=v() a=a() 凸輪機(jī)構(gòu)的特性分析 1. 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律當(dāng)凸輪

6、作等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，假設(shè)從動(dòng)件在推程或回程的速度為一常數(shù)，那么這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。下面僅介紹從動(dòng)件在推程中的運(yùn)動(dòng)方程，設(shè)推程角為0，升程為h，那么從動(dòng)件在推程中的運(yùn)動(dòng)方程為推導(dǎo)從略 7-1 7.2.2 凸輪機(jī)構(gòu)的常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)分析凸輪機(jī)構(gòu)的特性分析 圖7-8 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)的特性分析 2. 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 所謂等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是指從動(dòng)件在一個(gè)升程或回程h中，前半段作等加速運(yùn)動(dòng)，后半段作等減速運(yùn)動(dòng)。假設(shè)加速段、減速段的時(shí)間相等，那么兩段加速度的絕對(duì)值也相等。 圖7-9 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)的特性分析 3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律又稱余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它在該

7、圓直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)稱為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。 圖7-10 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律返回凸輪機(jī)構(gòu)的特性分析 7.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)工作要求和載荷情況等，合理地選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，就可按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和其他附加條件繪制凸輪輪廓曲線。對(duì)于精度要求不高的凸輪，一般采用圖解法，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)便、直觀。對(duì)于精度要求高的凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)采用解析法。此處只介紹圖解法。 圖7-11a所示的對(duì)心尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，當(dāng)凸輪以等速逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)從動(dòng)件在導(dǎo)路中作上下往返移動(dòng)。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)角時(shí)，從動(dòng)件上升位移為S，如圖7-11b。由于凸輪作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，為了在圖紙上畫出靜止的凸輪輪廓，常采用反

8、轉(zhuǎn)法。7.3.1 反轉(zhuǎn)法原理 圖7-11 凸輪輪廓曲線繪制原理凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 1對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的繪制 7.3.2 作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線圖7-12 對(duì)心尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 1選取適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度比例尺lmm/mm和角度比例尺/mm，作出從動(dòng)件的位移線圖，如圖7-12b。將橫坐標(biāo)上的推程角和回程角分成假設(shè)干等份，過(guò)這些等分點(diǎn)，分別作軸的垂線，這些垂線與位移曲線相交得到線段11、22、33、等，這些線段分別表示從動(dòng)件相應(yīng)位置時(shí)的位移量。 2取相同的長(zhǎng)度比例尺lmm/mm，以O(shè)為圓心，rb為半徑作出基圓，并定出從動(dòng)件的初始位置A0點(diǎn)如圖7-12a。 3從

9、OA0開(kāi)始，沿-方向在基圓上依次量取凸輪各轉(zhuǎn)角0、s、0、s，再將推程角0、回程角0分成與位移線圖相同的等份，得到A1、A2、A3、等各點(diǎn)，聯(lián)接OA0、OA1、OA2、等線，其延長(zhǎng)線即為各瞬時(shí)從動(dòng)件相對(duì)凸輪的位置線。 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 4在OA1、OA2、OA3、等延長(zhǎng)線上分別截取線段A1A1=11、A2A2=22、A3A3=33、等，得到A1、A2、A3、等各點(diǎn)，這些點(diǎn)就是機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖頂?shù)囊幌盗形恢命c(diǎn)。 5將A0、A1、A2、等各點(diǎn)用一條光滑曲線連接，此曲線就是所求的凸輪輪廓曲線其中s、s所對(duì)應(yīng)的曲線是以O(shè)為圓心的圓弧線。凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 圖7-13對(duì)心滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的

10、繪制凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 圖7-14平底從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 2偏置尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的繪制圖7-15 偏置尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的繪制 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 1選取適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度比例尺lmm/mm，以凸輪回轉(zhuǎn)中心O為圓心，以偏心距e為半徑作出輔助圓。同理，以rb為半徑作出基圓。 2過(guò)輔助圓上B0點(diǎn)作該輔助圓的切線，該切線即為從動(dòng)件導(dǎo)路中心線的位置線。該位置線與基圓相交于A0點(diǎn)，點(diǎn)A0即是從動(dòng)件的初始位置，如圖7-15a。 3連接O A0。從O A0開(kāi)始，沿-方向在基圓上依次量取凸輪各轉(zhuǎn)角0、s、0、s，再將推程角0、回程角0分成與位移線圖相同的等份，得到A1

11、、A2、A3、等各點(diǎn)。 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 4由以上A1、A2、A3、等各點(diǎn)分別作輔助圓的切線，這些切線分別是機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)過(guò)程中從動(dòng)件導(dǎo)路中心線的位置線。 5在各位置線上分別截取從動(dòng)件的位移量，如圖7-15b，即A1A1=11、A2A2=22、A3A3=33、等，得到A1、A2、A3、等各點(diǎn)。 6將A0、A1、A2、 等各點(diǎn)連接成一條光滑曲線圖示粗實(shí)線，此曲線就是所求的凸輪輪廓曲線。凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 3尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制 凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心O到從動(dòng)件擺動(dòng)中心A的距離LOA、擺動(dòng)從動(dòng)件的長(zhǎng)度L、凸輪等速順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)、基圓半徑rb、從動(dòng)件擺角隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的位移線圖等，繪制其凸輪輪廓曲線。圖7

12、-16 擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，不但要保證從動(dòng)件準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，同時(shí)還要求凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，傳力性能好等。為此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題。 1滾子半徑的選擇 通常取 rT0.8 7-5 a r b= r c rs。 3為了防止從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)失真，必須使凸輪實(shí)際輪廓曲線的最小曲率半徑min大于零，通常規(guī)定min 15 mm 。 一般來(lái)說(shuō)，凸輪的基圓半徑可先按下面經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)初選，然后根據(jù)上述第1和3條件來(lái)進(jìn)行校核，直至滿足上述三個(gè)條件為止。 rb=1.62.0rs 7-8 式中：rs凸輪軸的半徑，mm。 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 返回 1凸輪機(jī)構(gòu)的組成、特點(diǎn)與類型。 2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律：等速運(yùn)動(dòng)、等加速等減速和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。 3采用反轉(zhuǎn)法，繪制幾種常見(jiàn)的凸輪輪廓。 4凸輪機(jī)構(gòu)主要尺寸確實(shí)定：1為了防止從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)失真，應(yīng)使?jié)L子半徑rT0.8，并且還要滿足滾子強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)上的要求；2平底從動(dòng)件的長(zhǎng)度L=2L