3凸輪機構(gòu)知識課件

目的：掌握凸輪機構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)知識，并能根據(jù)生產(chǎn)實際需要的運動規(guī)律設(shè)計凸輪機構(gòu)。要求：

1、了解凸輪機構(gòu)(cams)的分類及應(yīng)用

2、了解推桿(follower)常用的運動規(guī)律及推桿運動規(guī)律的選擇原則

3、能根據(jù)選定的凸輪類型和推桿的運動規(guī)律

設(shè)計凸輪的輪廓曲線(camprofile)。

4、掌握在確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸時應(yīng)考慮的主要問題。重點：

1、推桿常用運動規(guī)律的特點及其選擇原則

2、盤形凸輪機構(gòu)凸輪輪廓曲線的設(shè)計

3、凸輪基圓半徑與壓力角的關(guān)系

難點：

本章的難點是反轉(zhuǎn)法.反轉(zhuǎn)法不僅是凸輪設(shè)計的基本方法,而且是凸輪機構(gòu)分析常用的方法。第4章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計（CamsandItsDesign)

第4章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計（CamsandItsDesign)

§4-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類1、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用凸輪機構(gòu)是一種由凸輪、從動件（推桿）和機架三個基本構(gòu)件所組成的高副機構(gòu)。凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通常作連續(xù)的等速轉(zhuǎn)動；當凸輪運動時，通過其曲線輪廓與從動件的高副接觸，使從動件獲得任意預(yù)期的運動規(guī)律。

凸輪機構(gòu)的優(yōu)點：只需確定適當?shù)耐馆嗇喞€，即可實現(xiàn)從動件復(fù)雜的運動規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡單，運動可靠。缺點：從動件與凸輪接觸應(yīng)力大,易磨損

用途：載荷較小的運動控制

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)2、凸輪機構(gòu)的分類(Classificationofcams)

按凸輪的形狀分

盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪尖端能以任意復(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。按推桿（從動件）的端部形狀分

1、尖頂從動件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。2、滾子從動件3、平底從動件直動推桿：從動件作往復(fù)移動，其運動軌跡為一段直線；擺動推桿：從動件作往復(fù)擺動，其運動軌跡為一段圓弧。按推桿的運動形式分

擺動推桿直動推桿按推桿軸線與凸輪回轉(zhuǎn)軸心的相對位置分對心：在直動推桿中，若推桿軸線通過凸輪的回轉(zhuǎn)軸線稱為對心直動推桿。偏置：在直動推桿中，若推桿軸線不通過凸輪的回轉(zhuǎn)軸線稱為偏置直動推桿。

按凸輪與推桿維持高副接觸的方法分1、力封閉（力鎖合）─彈簧力、從動件重力或其它外力2、型封閉（型鎖合）─利用高副元素本身的幾何形狀槽凸輪機構(gòu)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機構(gòu)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等徑凸輪機構(gòu)

兩滾子中心間的距離始終保持不變。缺點：從動件運動規(guī)律的選擇受到一定的限制主回凸輪機構(gòu)(共軛凸輪機構(gòu))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§4-2推桿的運動規(guī)律1、推桿常用運動規(guī)律（1）多項式運動規(guī)律1）等速運動規(guī)律又稱為一次多項式運動規(guī)律特點：速度有突變，加速度理論上由零至無窮大，從而使推桿產(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2）等加速等減速運動規(guī)律又稱為二次多項式運動規(guī)律特點：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：中速輕載由于加速度曲線無突變，凸輪機構(gòu)既無柔性沖擊也無剛性沖擊。3）五次多項式運動規(guī)律增加多項式的冪次，可獲得性能良好的運動規(guī)律當質(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：有柔性沖擊適用場合：中速輕載(當從動件作連續(xù)運動時，可用于高速)（2）三角函數(shù)運動規(guī)律1）簡諧運動規(guī)律又稱為余弦加速度運動規(guī)律2）正弦加速度運動規(guī)律又成為擺線加速度運動規(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：適于高速組合運動規(guī)律簡介

運動規(guī)律組合應(yīng)遵循的原則：1、對于中、低速運動的凸輪機構(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)。2、對于中、高速運動的凸輪機構(gòu)，則還要求從動件的速度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線的連續(xù)。3.盡量減小速度和加速度的最大值。

改進型等速運動規(guī)律00aa=0v0shaOABCDEFO梯形加速度運動規(guī)律1、凸輪輪廓曲線設(shè)計的基本原理（反轉(zhuǎn)法）δ2Sδ1123s1s2hOr0-1δ1s122's23'3h1'δ1s1假設(shè)凸輪靜止不動，推桿相對于凸輪作反轉(zhuǎn)運動；同時又在其導(dǎo)軌內(nèi)作預(yù)期的運動，作出推桿在復(fù)合運動中的一系列位置，其尖頂?shù)能壽E即為所求凸輪廓線。

§4-3凸輪輪廓曲線設(shè)計偏置尖頂從動件凸輪輪廓曲線設(shè)計（反轉(zhuǎn)法）δ2Sδ1123s1s2h-δ11δ11's1Or0es22h3Fvs1δ1已知：S=S（δ），r0，e，偏距圓：以凸輪的軸心為圓心，以偏距為半徑所作圓。切射線從基圓開始向外量取各相應(yīng)位置的位移量。偏置滾子從動件凸輪輪廓曲線設(shè)計（反轉(zhuǎn)法）δ2Sδ1123s1s2h-δ11δ11's1Or0es22h3已知：S=S（δ），r0，e，，rr理論廓線實際廓線實際廓線是理論廓線的法向等距曲線。在滾子推桿凸輪機構(gòu)的設(shè)計中，r0指理論廓線的基圓半徑。

為了保證在所有位置從動件平底都能與凸輪輪廓曲線相切，凸輪廓線必須是外凸的。舉例平底從動件凸輪輪廓曲線設(shè)計（反轉(zhuǎn)法）凸輪廓線上不同點處的壓力角是不同的。機構(gòu)發(fā)生自鎖時的壓力角稱為臨界壓力角。為保證凸輪機構(gòu)正常運轉(zhuǎn)，應(yīng)使最大壓力角小于臨界壓力角。

推程時：對直動推桿：對擺動推桿：

回程時：

凸輪機構(gòu)在圖示位置的壓力角：推桿在與凸輪的接觸點B處所受正壓力的方向與推桿上點B的速度方向之間所夾的銳角?！?-4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定1、凸輪機構(gòu)中的作用力與凸輪機構(gòu)的壓力角2、凸輪基圓半徑的確定在偏距一定、推桿的運動規(guī)律已知的條件下，基圓半徑越大，壓力角越小，但結(jié)構(gòu)尺寸較大凸輪的基圓半徑應(yīng)在α≤[α]的前提下選擇。從動件偏置方位的選擇原則應(yīng)有利于減小從動件工作行程時的最大壓力角。為此應(yīng)使從動件在工作行程中，點C和點P位于凸輪回轉(zhuǎn)中心O的同側(cè)，此時凸輪上C點的線速度指向與從動件工作行程的線速度指向相同。正偏距：凸輪逆時針回轉(zhuǎn)，從動件右偏置凸輪順時針回轉(zhuǎn)，從動件左偏置負偏距：凸輪逆時針回轉(zhuǎn)，從動件左偏置凸輪順時針回轉(zhuǎn)，從動件右偏置ρa=ρ+rr3、滾子推桿滾子半徑的選擇和平底推桿平底尺寸的確定（1）滾子推桿滾子半徑的確定內(nèi)凹的凸輪輪廓曲線不存在失真。外凸的凸輪輪廓曲線：工作廓線為一光滑曲線。變尖現(xiàn)象：工作廓線將出現(xiàn)尖點，極易磨損，會引起運動失真。

失真現(xiàn)象：工作廓線出現(xiàn)交叉,會引起運動失真。對于外凸的凸輪廓線，應(yīng)使?jié)L子半徑小于理論廓線的最小曲率半徑。避免凸輪廓線失真的措施：1、減小滾子半徑；2、增大基圓半徑；3、修改推桿的運動規(guī)律。（2）平底推桿平底尺寸的確定運動失真：基圓半徑過小從動件升程過大措施：1、增大基圓半徑2、修改推桿運動規(guī)律例題圖示為一尖頂直動推桿盤形凸輪機構(gòu)，已知推桿尖頂與凸輪廓線在B0點接觸時為起始位置，試用圖解法求出：1、當凸輪從圖