凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計

凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計第1頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五4.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類4.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用1.特點(diǎn)凸輪機(jī)構(gòu)是一種結(jié)構(gòu)簡單、緊湊的機(jī)構(gòu)，具有很少的活動構(gòu)件，占據(jù)空間小最大優(yōu)點(diǎn)：對于任意要求的從動件運(yùn)動規(guī)律，都可以毫無困難地設(shè)計出凸輪廓線來實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：由于是高副接觸，易磨損。因此，多用于傳力不大的場合。第2頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五2.應(yīng)用●實(shí)現(xiàn)無特定運(yùn)動規(guī)律要求的工作行程●實(shí)現(xiàn)有特定運(yùn)動規(guī)律要求的工作行程●實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動和動力特性有特殊要求的工作行程●實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律雙凸輪組合寫R字機(jī)圓柱凸輪輸送機(jī)凸輪繞線機(jī)第3頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類1.按凸輪的形狀分盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪第4頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五2.按從動件的型式分尖頂從動件滾子從動件平底從動件

第5頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五3.按從動件的運(yùn)動分?jǐn)[動從動件移動從動件偏置移動從動件對心移動從動件第6頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五4.按凸輪與從動件維持接觸（鎖合）的方式分力鎖合形鎖合溝槽凸輪等寬凸輪等徑凸輪第7頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五DrbeABCsCDh行程推程運(yùn)動角遠(yuǎn)休止角回程運(yùn)動角近休止角Bos4.2從動件的運(yùn)動規(guī)律凸輪的基圓該位置為初始位置4.2.1基本概念偏距圓1.直動從動件凸輪機(jī)構(gòu)第8頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五推程運(yùn)動角凸輪的基圓遠(yuǎn)休止角回程運(yùn)動角近休止角行程對心直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)第9頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五O1O22.擺動從動件凸輪機(jī)構(gòu)AB1B推程運(yùn)動角CD遠(yuǎn)休止角回程運(yùn)動角近休止角oB最大擺角擺角第10頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五從動件運(yùn)動規(guī)律的一般表示主動件凸輪一般作勻速轉(zhuǎn)動（角速度為），從動件的運(yùn)動規(guī)律的數(shù)學(xué)方程式為位移速度加速度類速度類加速度4.2.2運(yùn)動規(guī)律第11頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五1.多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律其位移方程的一般形式為:式中，ω為凸輪的轉(zhuǎn)角（rad)；c0，c1，c2，….cn為n+1個待定系數(shù)。第12頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五OS（1）等速運(yùn)動規(guī)律推程的運(yùn)動方程：hvOvOa從動件在運(yùn)動起始位置和終止兩瞬時的加速度在理論上由零值突變?yōu)闊o窮大，慣性力也為無窮大。由此的沖擊稱為剛性沖擊。適用于低速場合。其推程的邊界條件為：第13頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五0amax-amaxa（2）等加速等減速運(yùn)動規(guī)律推程等加速運(yùn)動的邊界條件為：推程等加速運(yùn)動的方程式為：149410h1423560s0vvmax第14頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五在運(yùn)動規(guī)律推程的始末點(diǎn)和前后半程的交接處，加速度雖為有限值，但加速度對時間的變化率理論上為無窮大。由此引起的沖擊稱為柔性沖擊。（3）n≥3的高次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律適當(dāng)增加多項(xiàng)式的冪次，就有可能獲得性能良好的運(yùn)動規(guī)律。但冪次越高，要求的加工精度也愈高。適用于中、低速場合。0amax-amaxa第15頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五vmaxa123456amax-amaxv1234562.三角函數(shù)運(yùn)動規(guī)律（1）余弦加速度運(yùn)動規(guī)律1'2'3'4'5'6'0s123456h該運(yùn)動規(guī)律在推程的開始和終止瞬時，從動件的加速度仍有突變，故存在柔性沖擊。因此適用于中、低速場合。，s推程階段運(yùn)動方程：第16頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五12345678sohs''s'S=S''-S'2'1'3'4'6'h/25'7's（2）正弦加速度運(yùn)動規(guī)律推程階段的正弦加速度方程為：12345678ovvmax12345678oaamax-amax這種運(yùn)動規(guī)律的速度及加速度曲線都是連續(xù)的，沒有任何突變，因而既沒有剛性沖擊、又沒有柔性沖擊，可適用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。第17頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五3.組合運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動規(guī)律組合時應(yīng)遵循以下原則：（1）對于中、低速運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu)，要求從動件的位移曲線在銜接處相切，以保證速度曲線的連續(xù)。即要求在銜接處的位移和速度應(yīng)分別相等。（2）對于中、高速運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu)，要求從動件的速度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線連續(xù)，即要求在銜接處的位移、速度和加速度應(yīng)分別相等。為了獲得更好的運(yùn)動特性，還可以將以上各種運(yùn)動規(guī)律組合起來加以應(yīng)用。在選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律時，除了要考慮剛性沖擊和柔性沖擊以外，還要對各種運(yùn)動規(guī)律所具有的最大速度vmax和最大加速度amax及其影響加以比較。第18頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五a0修正梯形組合運(yùn)動規(guī)律a12345678oamax=(h2/2)×4.00amax=(h2/2)×6.28等加速等減速運(yùn)動規(guī)律正弦加速度運(yùn)動規(guī)律a=10.1250.50.875修正梯形組合運(yùn)動規(guī)律amax=(h2/2)×4.888第19頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五4.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計（圖解法）已知從動件的運(yùn)動規(guī)律及凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸及轉(zhuǎn)向，求凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)值或作出凸輪的輪廓曲線。1.設(shè)計思路4.3.1設(shè)計原理第20頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五r0esB0BosB1S-S-2.反轉(zhuǎn)法原理第21頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五（1）對心機(jī)構(gòu)4.3.2直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)211.尖頂直動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)sO180o120o60o12345678910-180o120oB0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10C1C8C9C6C5C7C3C4C2C10C0第22頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五r0O（2）偏置機(jī)構(gòu)-c1c2c3c4c5c6c7c0e180oB1B3B4B2B5B8B6c10c8c9B7120oB9B1060oB0oS180o120o60o12345678910h第23頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五輪廓曲線的設(shè)計步驟：（1）將滾子中心作為尖頂從動件的尖頂求出理論輪廓；（2）再求滾子從動件凸輪的工作輪廓曲線即實(shí)際輪廓曲線。注意：（1）理論輪廓與實(shí)際輪廓互為等距曲線；（2）凸輪的基圓半徑是指理論輪廓曲線的最小向徑。2.滾子直動從動件盤形凸輪第24頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五213.平底移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)-180o120o第25頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五4.3.3擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)第26頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五O180o120o60oo12345678910A1A2A3A5A6A7A8A9A10A400000000000rbC0L180°60°120°C1C2C3C4C5C6C7C8C9C101B12B23B3B4B5B6B7B8B9B10RA0a-尖頂擺動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)平底和滾子擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計可參照直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。第27頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五21R4.3.4圓柱凸輪輪廓曲線的設(shè)計圓柱凸輪可以展成平面移動凸輪B-RB0xy02Rnnrrv1v21v2第28頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五4.4平面凸輪輪廓曲線的設(shè)計（解析法）4.4.1理論基礎(chǔ)動系x’oy’相對于靜系xoy轉(zhuǎn)動，動點(diǎn)A固定在動系上，隨動系相對靜系轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)過θ角后，動點(diǎn)A在靜系中的坐標(biāo)為（x1，y1），在動系中坐標(biāo)為（x2，y2）。顯然，若動系未轉(zhuǎn)，動點(diǎn)A在靜系中的坐標(biāo)為（x2，y2）。由圖知，A點(diǎn)在靜坐標(biāo)系中運(yùn)動時，其位置坐標(biāo)關(guān)系為：用解析法設(shè)計凸輪輪廓曲線時，靜系固定在機(jī)架上，動系固定在凸輪上。第29頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五4.4.2直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪順時針轉(zhuǎn)時η=1；凸輪逆時針轉(zhuǎn)時η=-1。從動件導(dǎo)路偏于y軸正側(cè)時δ=1；偏于y軸負(fù)側(cè)時δ=-1。第30頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五4.4.3擺動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)第31頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五4.5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定4.5.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與自鎖設(shè)計基本尺寸時務(wù)必使max[]許用壓力角的推薦值：工作行程移動從動件，[]=30o~38o擺動從動件，[]=40o~45o非工作行程：可在70o~80o之間選取壓力角α：從動件所受凸輪對其的驅(qū)動力F與從動件上與凸輪的接觸點(diǎn)的運(yùn)動速度V2之間所夾的角。第32頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五1.直動移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)

當(dāng)ηδ=1，稱為正偏置，當(dāng)ηδ=-1，為負(fù)偏置。

從動件偏置的目的是減少推程壓力角。設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時應(yīng)采用正偏置，以減少推程壓力角?；鶊A半徑的確定：在max[]前提下，盡可能取小的基圓半徑。正偏置負(fù)偏置第33頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五2.擺動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)Ｐ為凸輪與從動件的速度瞬心第34頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五4.5.2滾子半徑的確定1.理論曲線內(nèi)凹時實(shí)際輪廓為光滑曲線

2.理論曲線外凸時顯然，要保證實(shí)際輪廓為光滑曲線，滾子半徑的大小應(yīng)受到理論廓線的最小曲率半徑的制約。第35頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五（1）理論廓線的最小曲率半徑大于滾子半徑時′min’minrT實(shí)際輪廓為光滑曲線

（2）理論廓線的最小曲率半徑等于滾子半徑時實(shí)際輪廓出現(xiàn)尖點(diǎn)

第36頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五minrr為避免運(yùn)動失真，建議：（3）理論廓線的最小曲率半徑小于滾子半徑時實(shí)際輪廓相交而造成從動件運(yùn)動失真第37頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五4.5.3平底移動從動件凸輪機(jī)構(gòu)的基