機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第五章講稿

第5章凸輪機(jī)構(gòu)5-1

凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類5-2

推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律5-3

凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)5-4

凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定基本要求:了解凸輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)掌握從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn)掌握凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸確定的原則熟練掌握反轉(zhuǎn)法原理并進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)5-1

凸輪機(jī)構(gòu)的組成及分類一、組成二、特點(diǎn)三、分類四、應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)一、組成由三個(gè)構(gòu)件組成的一種高副機(jī)構(gòu)凸輪：具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件推桿/從動(dòng)件，運(yùn)動(dòng)規(guī)律由凸輪廓線和運(yùn)動(dòng)尺寸決定機(jī)架推桿凸輪機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)二、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊設(shè)計(jì)方便缺點(diǎn)：點(diǎn)、線接觸，易磨損，不適合高速、重載推桿凸輪機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)三、分類1按凸輪的形狀分2按從動(dòng)件的形狀分3按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分4按從動(dòng)件的布置形式分5凸輪機(jī)構(gòu)的基本概念與參數(shù)推桿凸輪機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)1按凸輪的形狀分盤(pán)形凸輪,實(shí)例凸輪呈向徑變化的盤(pán)形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,應(yīng)用最廣泛移動(dòng)凸輪凸輪呈板型,直線移動(dòng)圓柱凸輪,

實(shí)例空間凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓做在圓柱體上空間運(yùn)動(dòng)推桿凸輪凸輪推桿推桿凸輪機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)2按從動(dòng)件的形狀分尖頂推桿

尖頂始終能夠與凸輪輪廓保持接觸，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律易磨損，只宜用于輕載、低速滾子推桿耐磨、承載大，較常用平底推桿接觸面易形成油膜，利于潤(rùn)滑，常用于高速運(yùn)動(dòng)配合的凸輪輪廓必須全部外凸尖頂推桿滾子推桿平底推桿平底推桿機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)3按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分直動(dòng)推桿往復(fù)移動(dòng)軌跡為直線擺動(dòng)推桿往復(fù)擺動(dòng)軌跡為圓弧尖頂推桿滾子推桿平底推桿直動(dòng)推桿擺動(dòng)推桿機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)4按從動(dòng)件的布置形式分對(duì)心直動(dòng)推桿偏置直動(dòng)推桿尖頂推桿滾子推桿機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)一般凸輪機(jī)構(gòu)的命名原則:布置形式+運(yùn)動(dòng)形式+推桿形狀+凸輪形狀對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)偏置直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)平底推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)1、基圓：凸輪理論輪廓上最小向徑為半徑所畫(huà)的圓。6、凸輪機(jī)構(gòu)的基本概念與參數(shù)2、偏距e：從動(dòng)件導(dǎo)路偏離凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離。wOrminwrminOe機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)3、推程：

4、升程：

從動(dòng)件尖頂被凸輪輪廓推動(dòng)，以一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由離回轉(zhuǎn)中心最近位置A到達(dá)最遠(yuǎn)位置B的過(guò)程。從動(dòng)件在推程中所走過(guò)的距離h。5、推程運(yùn)動(dòng)角：6、遠(yuǎn)休止角：δt

=∠AOB（升程角）與推程相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角δt。δS=

∠BOC從動(dòng)件在最遠(yuǎn)位置停止不動(dòng)所對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角δs。wAB'rminOBCDδtδsh機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)9、近休止角：8、回程運(yùn)動(dòng)角：δh=∠CODδs'=∠AOD7、回程：從動(dòng)件在彈簧力或重力作用下，，以一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律回到起始位置的過(guò)程。與回程相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角δh。從動(dòng)件在最近位置停止不動(dòng)所對(duì)應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角δs'。δhδs'wAB'rminOBCDδtδsh機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)以縱坐標(biāo)代表從動(dòng)件位移s2

，橫坐標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角δ1或t，所畫(huà)出的位移與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線。10、從動(dòng)件位移線圖：上升—?！怠δ1s2ABCDh2pδhδs'δtδsAδhδs'wAB'rminOBCDδtδsh從動(dòng)件位移線圖決定于凸輪輪廓曲線的形狀。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)1、推程：2、升程：3、推程運(yùn)動(dòng)角：4、運(yùn)休止角：7、近休止角：6、回程運(yùn)動(dòng)角：5、回程：AB偏置尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪δtδsδhδs'wAB'OBCDhCDhδtδsδhδs'

左圖為自動(dòng)機(jī)床中的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪等速回轉(zhuǎn)一周時(shí)，凸輪的曲線外廓推動(dòng)從動(dòng)件帶動(dòng)刀架完成以下動(dòng)作：車刀快速接近工件，等速進(jìn)刀切削，切削結(jié)束刀具快速退回，停留一段時(shí)間再進(jìn)行下一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)。

四、應(yīng)用5-2

推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程二、推桿常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律三、選擇運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)注意的問(wèn)題機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)A一、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指從動(dòng)件的位移、速度、加速度等隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角j變化的規(guī)律基圓(以凸輪輪廓最小向徑所組成的圓)，基圓半徑r0推程，推程運(yùn)動(dòng)角0遠(yuǎn)休止，遠(yuǎn)休止角01

回程，回程運(yùn)動(dòng)角0′

近休止，近休止角02

行程（升程），h運(yùn)動(dòng)線圖:

從動(dòng)件的位移、速度、加速度等隨時(shí)間t或凸輪轉(zhuǎn)角j變化關(guān)系圖0010’02r00推程01遠(yuǎn)休止0′回程02近休止ts0BCDhA’機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)二、推桿常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1等速運(yùn)動(dòng)2等加速等減速運(yùn)動(dòng)3擺線運(yùn)動(dòng)注意：為便于理解各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性,本章將運(yùn)動(dòng)規(guī)律單獨(dú)應(yīng)用于推程或回程機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)1等速推程運(yùn)動(dòng)——一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程(00)運(yùn)動(dòng)方程：位移方程：速度方程：加速度方程：運(yùn)動(dòng)線圖沖擊特性：始點(diǎn)、末點(diǎn)剛性沖擊適用場(chǎng)合：低速輕載hs00v0a0-+機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)等速回程運(yùn)動(dòng)（續(xù)）回程(0’0)運(yùn)動(dòng)方程：位移方程：速度方程：加速度方程：運(yùn)動(dòng)線圖沖擊特性：始點(diǎn)、末點(diǎn)剛性沖擊適用場(chǎng)合：低速輕載s0v0a00’-++-0h

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)2等加速等減速運(yùn)動(dòng)—二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程運(yùn)動(dòng)方程:運(yùn)動(dòng)線圖沖擊特性：起、中、末點(diǎn)柔性沖擊適用場(chǎng)合：低速輕載s00v0a0h/2h/20/20/2h(00/2)(0/20)加速段減速段位移方程速度方程加速度方程機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)3擺線運(yùn)動(dòng)——正弦加速度運(yùn)動(dòng)推程運(yùn)動(dòng)方程：運(yùn)動(dòng)線圖沖擊特性：無(wú)沖擊適用場(chǎng)合：高速輕載advd0

0012345678sdhA2ph0

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)三、選擇運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)注意的問(wèn)題實(shí)際使用時(shí),推程或回程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可采用單一運(yùn)動(dòng)規(guī)律,也可以將幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)合使用1.當(dāng)機(jī)械的工作過(guò)程只要求推桿實(shí)現(xiàn)一定的工作行程，而對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律無(wú)特殊要求時(shí)，主要考慮動(dòng)力特性和便于加工低速輕載時(shí)，便于加工優(yōu)先；速度較高時(shí)，動(dòng)力特性優(yōu)先。2.當(dāng)機(jī)械的工作過(guò)程對(duì)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律有特殊要求時(shí)：轉(zhuǎn)速較低時(shí)，首先滿足運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其次再考慮動(dòng)力特性和加工轉(zhuǎn)速較高時(shí)，兼顧運(yùn)動(dòng)規(guī)律和動(dòng)力特性，采用組合運(yùn)動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)5-3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)一、凸輪廓線設(shè)計(jì)的基本原理二、作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)AAAAAAAAAAAAA一、凸輪廓線設(shè)計(jì)的基本原理解析法、作圖法相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理法:(也稱反轉(zhuǎn)法):對(duì)整個(gè)系統(tǒng)施加-w運(yùn)動(dòng)此時(shí)，凸輪保持不動(dòng)推桿作復(fù)合運(yùn)動(dòng)=反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(-)+預(yù)期運(yùn)動(dòng)(s)AAr0-r0機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)二、作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線作圖步驟：1

根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：作出位移線圖S2-δ1，并等分角度2定基圓3作出推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置4據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，求出從動(dòng)件在預(yù)期運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置5將兩種運(yùn)動(dòng)復(fù)合，就求出了從動(dòng)件尖端在復(fù)合運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置點(diǎn)6將各位置點(diǎn)聯(lián)接成光滑的曲線7在理論輪廓上再作出凸輪的實(shí)際輪廓1

對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)2

對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)1

對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)已知：r0，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)：凸輪廓線解：

1.定比例尺l

2.初始位置及推桿位移曲線3.確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡(luò)線s0h機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)2對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)已知：r0，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滾子半徑rr,凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)：凸輪廓線解：

1.定比例尺l

2.初始位置及推桿位移曲線注：兩條廓線，理論／實(shí)際廓線實(shí)際廓線基圓rmin理論廓線基圓r03.確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置4.確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡(luò)線s0h理論輪廓實(shí)際輪廓機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)3小結(jié)應(yīng)用反轉(zhuǎn)法時(shí)應(yīng)注意：要能正確理解凸輪實(shí)際廓線和理論廓線的關(guān)系要正確確定推桿的反轉(zhuǎn)方向正確確定推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中占據(jù)的位置直動(dòng)推桿：推桿在反轉(zhuǎn)前后兩位置線的夾角應(yīng)等于凸輪的轉(zhuǎn)角擺動(dòng)推桿：反轉(zhuǎn)前后推桿擺動(dòng)中心和凸輪軸心的兩連線之間的夾角應(yīng)等于凸輪的轉(zhuǎn)角正確確定推桿的位移或擺角直動(dòng)推桿：位移等于推桿所在位置與理論廓線的交點(diǎn)和與基圓交點(diǎn)之間的距離擺動(dòng)推桿：角位移等于推桿所在位置與推桿起始位置之間的夾角機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)5-4

凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定一、壓力角二、基圓半徑的選擇三、滾子半徑的確定四、凸輪和滾子的材料五、凸輪的加工方法機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)一、壓力角與許用值二、凸輪基圓半徑的確定基圓半徑越大，壓力角越小，但結(jié)構(gòu)尺寸較大(3)從動(dòng)件偏置方向的選擇凸輪逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，從動(dòng)件右偏置凸輪順時(shí)針回轉(zhuǎn)，從動(dòng)件左偏置三、凸輪輪廓形狀與滾子半徑的關(guān)系外凸凸輪廓線實(shí)際廓線出現(xiàn)尖點(diǎn)實(shí)際廓線出現(xiàn)交叉，從動(dòng)件不能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律—運(yùn)動(dòng)失真內(nèi)凹凸輪廓線

無(wú)論滾子半徑多大，總能由理論輪廓求出實(shí)際輪廓。運(yùn)動(dòng)失真原因：避免方法：滾子半徑的選擇考慮結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度與運(yùn)動(dòng)規(guī)律等因素結(jié)論:內(nèi)凹凸輪廓線：滾子半徑無(wú)限制外凸凸輪廓線：理論輪廓的最小曲率半徑大于滾子半徑,即min>rr實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證amin

=min-rr

[a]=3~5mm機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)——凸輪機(jī)構(gòu)四、凸輪和滾子的材料凸輪的主要失效形式為磨損和疲勞點(diǎn)蝕。對(duì)凸輪和滾子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足夠的表面接觸強(qiáng)度凸輪芯部有較強(qiáng)的韌性常用的凸輪材料：40Cr、20Cr、40CrMnTi常用的滾子材料：20Cr或者滾動(dòng)軸承五、凸輪輪