機(jī)械原理課件：第9章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

第九章凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)(Chapter9:

CamMechanismsandDesign）精品資料

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凸輪機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用(Applicationandtypesofcammechanism)123123精品資料123一、組成(zǔchénɡ):1、凸輪:具有曲線(qūxiàn)輪廓或凹槽的構(gòu)件,是主動(dòng)件,通常等速轉(zhuǎn)動(dòng)。2、從動(dòng)件:由凸輪控制按其運(yùn)動(dòng)規(guī)律作移動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。3、機(jī)架:支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件。精品資料可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(guīlǜ)，由于是高副接觸,常用于傳遞動(dòng)力

不大的場(chǎng)合。二、應(yīng)用(yìngyòng):精品資料三、分類(lèi)(fēnlèi):1、按凸輪(tūlún)的形狀分：123231123a)b)c)a)盤(pán)形凸輪:具有變化向徑的盤(pán)形構(gòu)件b)移動(dòng)凸輪:有曲線輪廓作往復(fù)移動(dòng)的構(gòu)件。c)圓柱凸輪:在圓柱面上開(kāi)有曲線凹槽或在圓柱端面上作出曲線輪廓的構(gòu)件。精品資料2、按從動(dòng)件的形狀(xíngzhuàn)分：a)尖頂從動(dòng)件：這種從動(dòng)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但易磨損,適用于傳力不大速度較低的場(chǎng)合.b)滾子從動(dòng)件：將從動(dòng)件與凸輪的接觸由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦,磨損較小,可用于傳遞較大的動(dòng)力,應(yīng)用較廣.a)b)c)c)平底從動(dòng)件：凸輪對(duì)于這種從動(dòng)件的作用力始終垂直于從動(dòng)件的平底,受力平穩(wěn)且接觸面間易形成油膜,潤(rùn)滑好,可用高速.精品資料3、按接觸(jiēchù)形式分:c)a)b)a)力封閉(鎖合):利用彈簧力或自重保持從動(dòng)件與凸輪始終接觸.b).c)幾何封閉(幾何鎖合):靠從動(dòng)件幾何形狀或利用凸輪上的凹槽使從動(dòng)件與凸輪始終接觸.精品資料四、內(nèi)容(nèiróng):1.從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律(guīlǜ)2.圖解法設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)3.解析法設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)4.凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸確定精品資料(Motionlawsofcamfollower)一.名詞(míngcí)概念:1.基圓:

以理論廓線上最小向徑為半徑所畫(huà)的圓即為基圓.半徑用ro表示。2.升程(行程,推程):從動(dòng)件從最低位置到最高位置沿導(dǎo)路方向的距離稱(chēng)為升程,用h表示。擺動(dòng)從動(dòng)件即為最大擺角用表示。

9-2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.推程運(yùn)動(dòng)角:從動(dòng)件從最低位置移到最高位置時(shí),對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角。o4.遠(yuǎn)休止角:從動(dòng)件在最高位置靜止不動(dòng),對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角。s5.回程運(yùn)動(dòng)角:從動(dòng)件從最高位置移到最低位置時(shí),對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角。o6.近休止角:從動(dòng)件在最低位置靜止不動(dòng)時(shí),凸輪的轉(zhuǎn)角。s00ssroh精品資料從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)(yùndòng)形式：a)升-停-降-停0b)升-停-降0d)升-降0c)升-降-停0精品資料

在凸輪機(jī)構(gòu)中,從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是以凸輪轉(zhuǎn)角為自變量而定義的速度和加速度稱(chēng)為類(lèi)速度和類(lèi)加速度。類(lèi)速度(sùdù):類(lèi)加速度:精品資料1、等速運(yùn)動(dòng)(děnɡsùyùndònɡ)規(guī)律邊界條件:二、從動(dòng)件的常用(chánɡyònɡ)運(yùn)動(dòng)規(guī)律精品資料等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線:h000o88升程段此種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和終了點(diǎn)速度(sùdù)有突變，存在剛性沖擊。精品資料回程(huíchéng)段精品資料2、等加速(jiāsù)等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律升程前半段邊界條件:精品資料等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線：升程等加速段方程為：升程等減速段方程為：這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)的始末和中點(diǎn)位置加速度存在有限值的突變,會(huì)導(dǎo)致柔性沖擊.h精品資料回程段方程如下：回程前半段：回程段方程如下：回程后半段：精品資料3、余弦(yúxián)加速度運(yùn)動(dòng)(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律)這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度方程是半個(gè)周期的余弦曲線,根據(jù)質(zhì)點(diǎn)(zhìdiǎn)在圓周上作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)如下圖所示:hS從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)∵位移方程:精品資料余弦加速度運(yùn)動(dòng)方程(fāngchéng)和運(yùn)動(dòng)曲線:升程段方程:回程段方程:精品資料位移曲線S0h0123456214563精品資料此種運(yùn)動(dòng)規(guī)律由于加速度在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和終了存在有限值的突變,所以也有柔性沖擊,但可避免。Sh0123456214563精品資料4、正弦(zhèngxián)加速度運(yùn)動(dòng)(擺線運(yùn)動(dòng))這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律(guīlǜ)的加速度方程是整周期的正弦曲線。hS從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)邊界條件:精品資料正弦加速度運(yùn)動(dòng)(yùndòng)方程和運(yùn)動(dòng)(yùndòng)曲線:升程段方程:回程段方程:精品資料位移曲線0h0123456781234567812345678精品資料此種運(yùn)動(dòng)規(guī)律加速度曲線沒(méi)有突變,因而無(wú)沖擊。0h0精品資料1

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凸輪廓線的設(shè)計(jì)（Designofcamprofilecurve)一、基本方法(fāngfǎ)——反轉(zhuǎn)法1()反轉(zhuǎn)法：將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)，保證各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變。1（）相當(dāng)于將凸輪固定在紙面上；從動(dòng)件一方面繞凸輪軸以角速度轉(zhuǎn)動(dòng),另一方面按運(yùn)動(dòng)規(guī)律在導(dǎo)路中移動(dòng)；1()導(dǎo)路也以角速度繞凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng),從動(dòng)件在各位置上端點(diǎn)的連線便是凸輪廓線。1()精品資料

反轉(zhuǎn)法：將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)，保證各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變。相當(dāng)于將凸輪固定在紙面上；從動(dòng)件與導(dǎo)路一方面繞凸輪軸以角速度轉(zhuǎn)動(dòng),另一方面從動(dòng)件按運(yùn)動(dòng)規(guī)律在導(dǎo)路中移動(dòng)；從動(dòng)件在各位置端點(diǎn)的連線便是凸輪廓線。1()()1精品資料二.圖解法設(shè)計(jì)(shèjì)凸輪廓線：1.偏置(piānzhì)尖頂（滾子）直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì)已知：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律（如圖示），基圓半徑ro,滾子半徑rr,偏距e(導(dǎo)路偏在轉(zhuǎn)軸左側(cè)），順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。求：滿足上述要求的凸輪廓線。1201502703600ooooohSero30精品資料解：選畫(huà)出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。S設(shè)計(jì)步驟：1）畫(huà)出基圓，偏心圓及導(dǎo)路線,B0(C0)為從動(dòng)件尖頂?shù)钠鹗键c(diǎn)。0KB0(C0)()120o30o120o90o2)將位移線圖與基圓分別等分成相對(duì)應(yīng)的若干等份，1，2，3...9；C1,C2,C3...C9.C5C4C3C2C1C9C8C7C61236785493)過(guò)C1,C2,C3...C9各點(diǎn)作偏心圓的切線，沿各切線自基圓起量取從動(dòng)件位移量即：CiBi=ii,得反轉(zhuǎn)后的Bi點(diǎn)（i1,2,3...9)12345678(B9)B8B7B6B5B4B3B2B14）將B0,B1,B2...B9各點(diǎn)連成光滑曲線，便得到所求的凸輪的理論廓線；再以rr為半徑，以理論廓線上各點(diǎn)為圓心畫(huà)圓包絡(luò)實(shí)際廓線。理論廓線實(shí)際廓線精品資料2、平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線設(shè)計(jì)(shèjì)已知:從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律,凸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)(shùnshí)針,基圓半徑ro。求:凸輪廓線。1803600oooSro精品資料解:選,畫(huà)出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪的起始位置.以下步驟同上.1803600oooSro實(shí)際廓線精品資料3、擺動(dòng)尖頂(jiāndǐng)(滾子)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線設(shè)計(jì)已知:從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律,ro,凸輪與從動(dòng)件的中心距O1O2=a,從動(dòng)件桿長(zhǎng)O2B0=L,滾子半徑為rr,凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),從動(dòng)件擺動(dòng)方向如圖.求:凸輪廓線。0180360oooaLO1O2B0精品資料解:選比例畫(huà)出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪的起始位置.以下步驟同上.B0O1O2701234568910B1B2B3B4B5B6B7B8B9理論廓線實(shí)際廓線精品資料理論廓線:滾子中心的軌跡線.實(shí)際廓線:凸輪的可見(jiàn)輪廓線.尖頂從動(dòng)件:理論廓線與實(shí)際廓線重合。滾子從動(dòng)件:理論廓線與實(shí)際廓線在法線方向上互為等距曲線(qūxiàn).平底從動(dòng)件:理論廓線與實(shí)際廓線是兩條不同的曲線(qūxiàn)。精品資料三、用解析(jiěxī)法設(shè)計(jì)凸輪廓線1、偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)Bo已知：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律S,偏距e,滾子半徑rr,基圓半徑ro,凸輪轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針轉(zhuǎn)。求：凸輪的理論廓線坐標(biāo)X,Y和實(shí)際廓線坐標(biāo)X,Y。精品資料Bo解：建立(jiànlì)圖示坐標(biāo)系,B點(diǎn)理論廓線坐標(biāo)為YXB(X,Y)nn實(shí)際(shíjì)廓線坐標(biāo)為：其中：“-”用于內(nèi)等距曲線“+”用于外等距曲線。SoSB(X,Y)±±精品資料根據(jù)高等數(shù)學(xué),B點(diǎn)的切線斜率為：B點(diǎn)的法線斜率為：對(duì)（A）求導(dǎo)得：精品資料精品資料2.平底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)已知：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律S,從動(dòng)件平底與導(dǎo)路垂直(chuízhí)，凸輪轉(zhuǎn)向如圖。求：凸輪廓線。解：建立圖示坐標(biāo)系,任意B點(diǎn)坐標(biāo)為:O1132YXB精品資料O1O2B03.擺動(dòng)(bǎidòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)已知：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。機(jī)架長(zhǎng)度從動(dòng)件桿長(zhǎng)，凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)如圖。求:凸輪的理論廓線坐標(biāo)X,Y和實(shí)際廓線坐標(biāo)解：建立(jiànlì)圖示的直角坐標(biāo)系，圖示任意位置B點(diǎn)坐標(biāo)為:YXBO2精品資料O1O2B0YXBO2其中(qízhōng):由運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定。B’nnB’的坐標(biāo)(zuòbiāo)：其中的求法同上。X’=X±rrcosqY’=Y±rrsinq精品資料直動(dòng)從動(dòng)件凸輪廓線坐標(biāo)(zuòbiāo)如下：類(lèi)型理論廓線實(shí)際廓線YXo1YXo1±±-精品資料擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪廓線坐標(biāo)如下：類(lèi)型理論廓線實(shí)際廓線YXo1aYXo1ao2±±精品資料9-4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定一、凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)中的作用力與壓力角ALbPQR1R2Ｐ—驅(qū)動(dòng)力Ｑ—載荷(zàihè)自重---導(dǎo)路兩側(cè)作用在從動(dòng)件上的總反力---摩擦角---壓力角根據(jù)平衡條件：(Determinationelementarydimensionsofcammechanism)精品資料ALbPQR1R2平衡方程(fāngchéng)如下:以上(yǐshàng)三式聯(lián)立求解得:精品資料當(dāng)其它結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時(shí),是影響機(jī)構(gòu)受力情況的重要參數(shù):將使“分母=0”的這個(gè)壓力角稱(chēng)為臨界壓力角,用表示。精品資料即:

在設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證為了提高機(jī)械效率,改善受力情況又規(guī)定了許用壓力角,其三者關(guān)系為：精品資料對(duì)力封閉的凸輪機(jī)構(gòu)對(duì)幾何封閉的凸輪機(jī)構(gòu)同升程段。精品資料二、凸輪基圓半徑的確定（尖頂(jiāndǐng)、滾子直動(dòng)從動(dòng)件）eO1A凸輪基圓的尺寸和壓力(yālì)角有直接關(guān)系，如左圖所示，從動(dòng)件與凸輪在任意一點(diǎn)Ａ接觸。nnttPS0S注:e前符號(hào)的確定.精品資料eO1Ass0PeO1Ass0P此式中e前的符號(hào)判定：當(dāng)瞬心點(diǎn)P與導(dǎo)路線在轉(zhuǎn)軸同側(cè)時(shí)取“-”號(hào)當(dāng)瞬心點(diǎn)P與導(dǎo)