第四章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計

§4-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類§4-2從動件的運動規(guī)律§4-3按給定運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓曲線

——作圖法第四章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計§4-4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定§4-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類一、凸輪機構(gòu)的組成與應(yīng)用◆組成凸輪機構(gòu)的基本構(gòu)件

凸輪、推桿（從動件）、機架◆凸輪機構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域

凸輪機構(gòu)廣泛用于自動機械、自動控制裝置和裝配生產(chǎn)線中。◆凸輪機構(gòu)的優(yōu)點

結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，通過適當設(shè)計凸輪廓線可以使推桿實現(xiàn)各種預(yù)期運動規(guī)律，同時還可以實現(xiàn)間歇運動。

◆凸輪機構(gòu)的缺點

接觸為高副，易于磨損，多用于傳力不大的場合?！?-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類二、凸輪機構(gòu)的分類1.按凸輪的形狀分類盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪盤形凸輪：最基本的形式，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最為廣泛移動凸輪：凸輪相對機架做直線運動圓柱凸輪：空間凸輪機構(gòu)§4-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類2.按從動件的形狀分類凸輪與從動件之間為滾動摩擦，因此摩擦磨損較小，可用于傳遞較大的動力。從動件與凸輪之間易形成油膜，潤滑狀況好，受力平穩(wěn)，傳動效率高，常用于高速場合。但與之相配合的凸輪輪廓須全部外凸。尖端從動件尖端能以任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動件實現(xiàn)任意的運動規(guī)律。但尖端處極易磨損，只適用于低速場合。滾子從動件滾子從動件3.按從動件的運動形式分類直動從動件擺動從動件直動從動件：從動件作往復(fù)移動，其運動軌跡為一段直線；擺動從動件：從動件作往復(fù)擺動，其運動軌跡為一段圓弧?！?-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類4.按凸輪與從動件維持高副接觸的方法分類(1)力鎖合─彈簧力、從動件重力或其它外力§4-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類(2)型鎖合─利用高副元素本身的幾何形狀凹槽凸輪槽兩側(cè)面的距離等于滾子直徑。優(yōu)點：鎖合方式結(jié)構(gòu)簡單缺點：加大了凸輪的尺寸和重量等寬凸輪凸輪廓線上任意兩條平行切線間的距離都等于框架內(nèi)側(cè)的寬度。缺點：從動件的運動規(guī)律的選擇受到一定的限制，當180o范圍內(nèi)的凸輪廓線根據(jù)從動件運動規(guī)律確定后，其余180o內(nèi)的凸輪廓線必須符合等寬原則§4-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類等徑凸輪兩滾子中心間的距離保持不變。缺點：從動件運動規(guī)律的選擇受到一定的限制主回凸輪(共軛凸輪)一個凸輪推動從動件完成正行程運動，另一個凸輪推動從動件完成反行程的運動優(yōu)點：克服了等寬、等徑凸輪的缺點缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高§4-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類三、應(yīng)用實例：§4-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類§4-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類§4-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類§4-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類§4-2從動件的運動規(guī)律§4-3按給定運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓曲線

——作圖法第四章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計§4-4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定運動規(guī)律：otδsrminhB’ωAδ01δ01δ0δ0δ’0δ’0δ02δ02DBC從動件的s、v、a隨凸輪轉(zhuǎn)角φ變化的規(guī)律，s=s(φ)，v=v(φ)，a=a(φ)基圓：

盤形凸輪機構(gòu)理論廓線最小向徑所在的圓。rmin360°從動件的四個運動過程：推程、遠休、回程、近休行程h：從動件的最大位移●基本概念§4-2從動件的常用運動規(guī)律●

常用從動件運動規(guī)律指從動件在推程或回程時的運動規(guī)律。1.等速運動規(guī)律sδδ0vδaδh+∞－∞以推程為例：otδshB’ωADBC360°（從動件勻速上下移動）§4-2從動件的常用運動規(guī)律1.等速運動規(guī)律特點：速度有突變，加速度理論上由零至無窮大，從而使從動件產(chǎn)生巨大的慣性力，機構(gòu)受到強烈沖擊——剛性沖擊適應(yīng)場合：低速輕載§4-2從動件的常用運動規(guī)律sδδ0vδaδh+∞－∞以推程為例：2.等加等減速（二次多項式）運動規(guī)律（位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半。）6123543以推程為例：h/2h/2δaδvδ0δsha0特點：加速度曲線有突變，加速度的變化率(即躍度j)在這些位置為無窮大——柔性沖擊適應(yīng)場合：中速輕載§4-2從動件的常用運動規(guī)律2.等加等減速（二次多項式）運動規(guī)律（位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半。）分析若滿足：

δ=0時，s=0，v=0，a=0

δ=δ0時，s=h，v=0，a=0

則無沖擊。6123543以推程為例：h/2h/2δaδvδ0δsha0§4-2從動件的常用運動規(guī)律3.五次多項式運動規(guī)律δsvahδ0滿足：

δ=0時，s=0，v=0，a=0

δ=δ0時，s=h，v=0，a=0特點：無沖擊適用場合：高速、中載§4-2從動件的常用運動規(guī)律位移方程：求一階導數(shù)得速度方程：

求二階導數(shù)得加速度方程：等速運動規(guī)律、等加速等減速運動規(guī)律和五次多項式運動規(guī)律都是：多項式運動規(guī)律:§4-2從動件的常用運動規(guī)律二、三角函數(shù)運動規(guī)律1.余弦加速度(簡諧)運動規(guī)律va

當質(zhì)點在圓周上作勻速運動時，它在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運動規(guī)律—簡諧運動特點：在起始和終止處理論上a為有限值———柔性沖擊適用場合：中速輕載(當從動件作連續(xù)運動時，可用于高速)sh123456123456§4-2從動件的常用運動規(guī)律savh2.正弦加速度（擺線）運動規(guī)律

半徑R=h/2π的滾圓沿縱座標作純滾動，圓上最初位于座標原點的點其位移隨時間變化的規(guī)律—擺線運動特點：無剛性、柔性沖擊適用場合：適于高速§4-2從動件的常用運動規(guī)律正弦改進等速三、改進型運動規(guī)律

將幾種運動規(guī)律組合，以改善運動特性。vsahooo+∞-∞vsahooo§4-2從動件的常用運動規(guī)律等速運動規(guī)律：有剛性沖擊低速輕載等加速等減速運動：柔性沖擊中速輕載余弦加速度運動規(guī)律：柔性沖擊中低速重載正弦加速度運動規(guī)律：無沖擊中高速輕載五次多項式運動規(guī)律：無沖擊高速中載運動規(guī)律運動特性適用場合小結(jié)：§4-2從動件的常用運動規(guī)律§4-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類§4-2從動件的運動規(guī)律§4-3按給定運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓曲線

——作圖法第四章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計§4-4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定§4-3按給定運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓——作圖法一、基本原理(反轉(zhuǎn)法）O-ωω3’1’2’112233

給整個凸輪機構(gòu)施以-ω時，不影響各構(gòu)件之間的相對運動，此時，凸輪將靜止，而從動件尖頂復(fù)合運動的軌跡即凸輪的輪廓曲線。反轉(zhuǎn)原理：依據(jù)此原理可以用作圖法設(shè)計凸輪的輪廓曲線。二、凸輪機構(gòu)設(shè)計的基本任務(wù):4.從動件運動規(guī)律;2.合理確定結(jié)構(gòu)尺寸;3.凸輪轉(zhuǎn)向;1.根據(jù)工作要求選定凸輪機構(gòu)的形式;

設(shè)計凸輪輪廓曲線?！?-3按給定運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓——作圖法120°-ω1’已知：凸輪的基圓半徑rmin，角速度ω

和從動件的運動規(guī)律，試用反轉(zhuǎn)法設(shè)計該凸輪輪廓曲線。設(shè)計步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓rmin。②在位移線圖上等分各運動角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，確定從動件尖底在各等份點的位置。④將各尖底點連接成一條光滑曲線：即凸輪輪廓曲線。1.對心直動尖底從動件盤形凸輪1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’sδ2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’60°90°90°rminωA1876543214131211109三、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制60°120°90°90°已知：凸輪的基圓半徑rmin，角速度ω、

偏心距e和從動件的運動規(guī)律，試用反轉(zhuǎn)法設(shè)計該凸輪輪廓曲線。2.偏置直動尖底從動件盤形凸輪60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’sδ-ω6’1’2’3’4’5’7’8’15’14’13’12’11’10’9’k9k10k11k12k13k14k15151413121110912345678k1k2k3k5k4k6k7k8ωeAormin120°90°60°90°注意：從動件導路方向與偏矩圓相切，不通過回轉(zhuǎn)中心O。反轉(zhuǎn)法畫尖底凸輪§4-3按給定運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓——作圖法rminA120°-ωω1’設(shè)計步驟小結(jié)：1.將滾子中心視為尖底，按尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計。得理論廓線；60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’sδ2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’60°90°90°1876543214131211109理論輪廓實際輪廓2.作各位置滾子圓的內(nèi)(外)包絡(luò)線，得實際廓線。3.滾子直動從動件盤形凸輪已知凸輪的基圓半徑rmin，滾子半徑rt，角速度ω和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。反轉(zhuǎn)法畫滾子凸輪§4-3按給定運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓——作圖法rmin已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度ω和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。4.對心直動平底從動件盤形凸輪8’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’-ωωA60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’sδ123456781514131211109設(shè)計步驟小結(jié)：1.將平底交叉點視為尖底，按尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計。得各平底位置；2.作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線，得實際廓線。120°60°90°90°§4-3按給定運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓——作圖法

已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度ω，擺桿長度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離d，擺桿角位移方程，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。三、擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)60°120°90°90°1’2’3’4’56785’6’7’8’ψδB1B2B3B4B5B6B7B8120°60°90°ω-ωdABlB’1ψ1rminB’2ψ2B’7ψ7B’6ψ6B’5ψ5B’4ψ4B’3ψ3A1A2A3A4A5A6A7A81234§4-3按給定運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓——作圖法§4-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類§4-2從動件的運動規(guī)律§4-3按給定運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓曲線

——作圖法第四章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計§4-4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定OBω定義：從動件上所受的正壓力與力作用點B速度方向的夾角α若α大到一定程度，則：→機構(gòu)發(fā)生自鎖。αnnFF’F”F’一定時，α↑Ff>F’Ffα

<[α]一、壓力角與許用值→Ff↑→F”↑§4-4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定[α]=30?---直動從動件；[α]=35°～45°---擺動從動件；[α]=70°～