1、第三章第三章 凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3-1 凸輪機(jī)構(gòu)的組成和應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)的組成和應(yīng)用一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成二、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用二、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 凸輪是一個具有凸輪是一個具有曲線輪廓的構(gòu)件。曲線輪廓的構(gòu)件。含有凸輪的機(jī)構(gòu)稱含有凸輪的機(jī)構(gòu)稱為凸輪機(jī)構(gòu)。它由為凸輪機(jī)構(gòu)。它由凸輪凸輪1 1、從動件從動件2 2和和機(jī)架機(jī)架3 3組成。組成。一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成二、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用二、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中的一種常用機(jī)構(gòu)，在自動化和半凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中的一種常用機(jī)構(gòu)，在自動化和半自動化機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛。自動化機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛。主要用主要

2、用于：受力不大的于：受力不大的控控制機(jī)構(gòu)制機(jī)構(gòu)或或調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。自動送料機(jī)構(gòu)自動送料機(jī)構(gòu)柴油機(jī)啟動空氣柴油機(jī)啟動空氣分配系統(tǒng)、燃油分配系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)噴射系統(tǒng)車床自動進(jìn)刀機(jī)構(gòu)車床自動進(jìn)刀機(jī)構(gòu)一、凸輪機(jī)構(gòu)的特點一、凸輪機(jī)構(gòu)的特點二、凸輪和從動件常用的類型二、凸輪和從動件常用的類型3232凸輪及從動件的類型及特點凸輪及從動件的類型及特點一、凸輪機(jī)構(gòu)的特點一、凸輪機(jī)構(gòu)的特點優(yōu)點：優(yōu)點：只需確定適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，只需確定適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，即可實現(xiàn)從動件復(fù)雜的運動規(guī)律；結(jié)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。構(gòu)簡單，運動可靠。 缺點：缺點：從動件與凸輪輪廓為點接觸或從動件與凸輪輪廓

3、為點接觸或線接觸，接觸應(yīng)力大，易磨損線接觸，接觸應(yīng)力大，易磨損用途：用途：常用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)。常用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)。二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類1、按凸輪的形狀分、按凸輪的形狀分（1）盤形凸輪）盤形凸輪（2）移動凸輪）移動凸輪（3）圓柱凸輪）圓柱凸輪繞固定軸線轉(zhuǎn)動繞固定軸線轉(zhuǎn)動并具有半徑變化并具有半徑變化的盤形零件。的盤形零件。 回轉(zhuǎn)中心趨于無回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠(yuǎn)，凸輪沿機(jī)窮遠(yuǎn)，凸輪沿機(jī)架作直線運動。架作直線運動。 將移動凸輪卷將移動凸輪卷成圓柱。成圓柱。2 2、按從動件的型式分、按從動件的型式分 1、尖頂從動件、尖頂從動件 2、滾子從動件、滾子從動件 3、平底從動件、平底從動

4、件能與復(fù)雜凸輪輪能與復(fù)雜凸輪輪廓保持接觸，能廓保持接觸，能實現(xiàn)任意預(yù)期的實現(xiàn)任意預(yù)期的運動規(guī)律，但點運動規(guī)律，但點接觸，磨損快。接觸，磨損快。尖頂處安裝一滾尖頂處安裝一滾子，接觸處為滾子，接觸處為滾動摩擦，耐磨損。動摩擦，耐磨損。接觸處為一平面，接觸處為一平面，但不能與凹陷的但不能與凹陷的凸輪輪廓接觸。凸輪輪廓接觸。一、基本概念一、基本概念二、從動件常用運動規(guī)律二、從動件常用運動規(guī)律三、受力分析三、受力分析32 32 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 基圓：基圓： 凸輪凸輪理論輪廓理論輪廓上最小向徑為半徑所畫的圓。上最小向徑為半徑所畫的圓

5、。一、基本概念一、基本概念 偏距偏距e： 從動件導(dǎo)路從動件導(dǎo)路偏離偏離凸輪凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離回轉(zhuǎn)中心的距離。w wO Orminw wrminO Oe e3 3、推程：、推程： 4 4、升程：、升程： 從動件尖頂被凸輪輪廓推動，以一定的從動件尖頂被凸輪輪廓推動，以一定的運動規(guī)律由離回轉(zhuǎn)中心最近位置運動規(guī)律由離回轉(zhuǎn)中心最近位置A到達(dá)到達(dá)最遠(yuǎn)位置最遠(yuǎn)位置B的過程。的過程。從動件在推程中所走過的距離從動件在推程中所走過的距離h。5、推程角：、推程角：6、遠(yuǎn)停程角：、遠(yuǎn)停程角： = AOB（升程角）（升程角）與推程相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角與推程相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角。S = BOC從動件在最遠(yuǎn)位置停止不動所從動件在最遠(yuǎn)

6、位置停止不動所對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角s。w wA AB B rminO OB BC CD Dsh9、近停程角：、近停程角：8、回程角：、回程角： =CODs =AOD7 7、回程：、回程：從動件在彈簧力或重力作用下，以一從動件在彈簧力或重力作用下，以一定的運動規(guī)律回到起始位置的過程。定的運動規(guī)律回到起始位置的過程。與回程相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角與回程相應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角 。從動件在最近位置停止不從動件在最近位置停止不動所對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角動所對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角s。sw wA ABBrminO OB BC CD Dsh從動件位移線圖從動件位移線圖2 以縱坐標(biāo)代表從動件位移以縱坐標(biāo)代表從動件位移s ，橫坐標(biāo)代表凸輪

7、轉(zhuǎn)角，橫坐標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角或或t，所畫出的位移與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線。，所畫出的位移與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線。10、從動件位移線圖從動件位移線圖：上升上升停停降降停停tsABCDh2p2pssA 從動件位移線圖決定于從動件位移線圖決定于凸輪輪廓曲線的形狀。凸輪輪廓曲線的形狀。sw wA ABBrminO OB BC CD Dsh1 1、推程：、推程： 2 2、升程：、升程： 3、 推程角：推程角：4、 遠(yuǎn)停程角：遠(yuǎn)停程角：7、近停程角：、近停程角：6、 回程角：回程角：5 5、 回程：回程：ABAB對心尖頂直動從動件盤形凸輪對心尖頂直動從動件盤形凸輪 CDCDh s ssA ABBrminO OB B

8、C CD Dsh二、從動件常用運動規(guī)二、從動件常用運動規(guī)律律1 1、勻速運動規(guī)律（推程段）、勻速運動規(guī)律（推程段）s2htOv2tv0Oa2-Ot剛性沖擊：剛性沖擊：由于加速度發(fā)生無窮大由于加速度發(fā)生無窮大突度而引起的沖擊稱為突度而引起的沖擊稱為剛性沖擊剛性沖擊。適宜于適宜于低速低速和質(zhì)量較小和質(zhì)量較小的凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪機(jī)構(gòu).2 2、等加速等減速運動規(guī)律、等加速等減速運動規(guī)律avO12j,tj,tj,tsh3456194104A0aBC柔性沖擊柔性沖擊 ：加速度發(fā)生有限值的突加速度發(fā)生有限值的突變變 （適用于（適用于中速中速輕載場輕載場合）合） 3 3、簡諧運動、簡諧運動avjj,tj,tj,t

9、sh1O2345612345qs加速度曲線為不連續(xù)余加速度曲線為不連續(xù)余弦曲線，在開始和終止弦曲線，在開始和終止兩點處有突變，也會產(chǎn)兩點處有突變，也會產(chǎn)生生柔性沖擊柔性沖擊。只適用于。只適用于中速中速場合。場合。三、組合運動規(guī)律簡介三、組合運動規(guī)律簡介 為了獲得更好的運動特征，可為了獲得更好的運動特征，可以把上述幾種運動規(guī)律組合起來應(yīng)以把上述幾種運動規(guī)律組合起來應(yīng)用，組合時，兩條曲線在拼接處必用，組合時，兩條曲線在拼接處必須保持連續(xù)。須保持連續(xù)。4 4、擺線運動、擺線運動加速度曲線為連續(xù)正弦加速度曲線為連續(xù)正弦曲線，曲線，既無剛性沖擊，既無剛性沖擊，又無柔性沖擊又無柔性沖擊，可用于，可用于較高

10、速度的凸輪機(jī)構(gòu)。較高速度的凸輪機(jī)構(gòu)。三、受力分析三、受力分析、壓力角與作用力的關(guān)系、壓力角與作用力的關(guān)系、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系、壓力角與作用力的關(guān)系、壓力角與作用力的關(guān)系壓力角壓力角: 從動件上的驅(qū)動力與從動件上的驅(qū)動力與該力作用點絕對速度之間該力作用點絕對速度之間所夾的銳角。所夾的銳角。凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角：凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角： 從動件運動方向從動件運動方向與其受力方向之間所與其受力方向之間所夾的銳角。夾的銳角。 CBS2eOvrminw w1 1213nnF P CBS2eOvrmin1 1213nnF F F P 力力 F 分解為沿從動件運動分解為沿從動件運動

11、方向的有用分力方向的有用分力 F 和使從動件和使從動件緊壓導(dǎo)路的有害分力緊壓導(dǎo)路的有害分力 F 。F F tg 1、 F一定時，一定時， 壓力角壓力角越越大大 ，有害分力，有害分力 F越大，機(jī)構(gòu)越大，機(jī)構(gòu)的效率越低。的效率越低。 上式表明：上式表明：2、 自鎖：自鎖：當(dāng)當(dāng)增大到一定程度，增大到一定程度，使有害分力使有害分力F在在導(dǎo)路中導(dǎo)路中所引起所引起的摩擦阻力大于的摩擦阻力大于F 時，時， 無論凸輪加給從動件的作用力無論凸輪加給從動件的作用力有多大有多大 ，從動件都不能運動，這種現(xiàn)象稱為，從動件都不能運動，這種現(xiàn)象稱為自鎖自鎖。 、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系 CB

12、S2eOvrmin1 1213nnF F F P 在其它條件不變的在其它條件不變的情況下，基圓半徑越情況下，基圓半徑越小，壓力角越大，機(jī)小，壓力角越大，機(jī)構(gòu)越緊湊構(gòu)越緊湊。 凸輪的輪廓上各點凸輪的輪廓上各點的壓力角是變化的，的壓力角是變化的，在設(shè)計時應(yīng)使最大壓在設(shè)計時應(yīng)使最大壓力角不超過許用角。力角不超過許用角。 對于移動從動件其推程對于移動從動件其推程許用壓力角許用壓力角=40=40. . 對于對于擺動擺動從動件其推程許從動件其推程許用壓力角用壓力角=50=50. . CBS2eOvrmin1 1213nnF F F P習(xí)題：習(xí)題：P.173 7-1、7-2、7-3943978一、直動從動件

13、盤形凸輪輪廓繪制一、直動從動件盤形凸輪輪廓繪制二、擺動從動件盤形凸輪輪廓繪制二、擺動從動件盤形凸輪輪廓繪制34 圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線 凸輪設(shè)計的凸輪設(shè)計的基本原理基本原理采用的是采用的是“反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法”，即，即凸輪輪廓設(shè)計中，是認(rèn)為凸輪輪廓設(shè)計中，是認(rèn)為凸輪靜止不動，從動件相凸輪靜止不動，從動件相對于凸輪軸心做反方向?qū)τ谕馆嗇S心做反方向（反轉(zhuǎn)）運動，并令從動（反轉(zhuǎn)）運動，并令從動件相對其導(dǎo)路按給定的運件相對其導(dǎo)路按給定的運動規(guī)律運動。動規(guī)律運動。一、直動從動件盤形凸輪輪廓繪制一、直動從動件盤形凸輪輪廓繪制2、再按空間尺寸要求決定凸輪的基圓半徑。、再按空間尺寸要求決定凸輪

14、的基圓半徑。1、根據(jù)工作要求先確定從動件運動規(guī)律。、根據(jù)工作要求先確定從動件運動規(guī)律。步驟：步驟：3、繪制出凸輪輪廓。、繪制出凸輪輪廓。1、對心尖頂直動從動件盤狀凸輪、對心尖頂直動從動件盤狀凸輪（ e 0）已知：從動件位移線圖、已知：從動件位移線圖、 rmin、 凸輪凸輪 轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向。用用作圖法作圖法設(shè)計凸輪輪廓設(shè)計凸輪輪廓1、在位移曲線上將升程、回程角、在位移曲線上將升程、回程角和遠(yuǎn)、近休止角分別進(jìn)行等分。和遠(yuǎn)、近休止角分別進(jìn)行等分。過等分點過等分點1、2.做縱坐標(biāo)的平做縱坐標(biāo)的平行線，交從動件位移線圖，分別行線，交從動件位移線圖，分別為為11，222、以、以rmin為為半徑作基圓，基圓與半

15、徑作基圓，基圓與導(dǎo)路的交點導(dǎo)路的交點A0，就是從動件尖頂，就是從動件尖頂?shù)钠鹗嘉恢玫钠鹗嘉恢?、在基圓中，根據(jù)從動件運、在基圓中，根據(jù)從動件運動規(guī)律作出對應(yīng)升程角動規(guī)律作出對應(yīng)升程角t 、回程角回程角h、遠(yuǎn)休止角、遠(yuǎn)休止角s 和和近休近休止角止角s4、根據(jù)從動件各對應(yīng)角的等分、根據(jù)從動件各對應(yīng)角的等分?jǐn)?shù)等分基圓的角度，連接基圓圓數(shù)等分基圓的角度，連接基圓圓心與等分點心與等分點A1、 A2并延長并延長O A1、 OA2、5、量取各個位移量，、量取各個位移量， A1A1=11、 A2A2=22A3A3=33、 ，得反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)模梅崔D(zhuǎn)后尖頂?shù)囊幌盗形恢靡幌盗形恢肁1 、A2 、A3 、 。6、將、

16、將A0、A1、A2 、A3 、 ，連，連成光滑曲線，便得到所求的凸輪輪成光滑曲線，便得到所求的凸輪輪廓。廓。2、偏置尖頂直動從動件盤形凸輪、偏置尖頂直動從動件盤形凸輪（ e 0）1 1、從動件在反轉(zhuǎn)過程中，、從動件在反轉(zhuǎn)過程中，其導(dǎo)路始終與凸輪軸心保其導(dǎo)路始終與凸輪軸心保持偏距持偏距e e。2 2、一、一O O為圓心及偏距為圓心及偏距e e為為半徑畫出偏距圓切于從動半徑畫出偏距圓切于從動件導(dǎo)路。件導(dǎo)路。以以rmin為為半徑作半徑作基圓?；鶊A。3 3、以下步驟與對心、以下步驟與對心尖頂尖頂直動從動件盤形凸輪直動從動件盤形凸輪一樣。一樣。 對于滾子從動件的凸輪對于滾子從動件的凸輪輪廓，是認(rèn)為滾子中

17、心就是輪廓，是認(rèn)為滾子中心就是尖頂，尖頂，求得的輪廓曲線是理求得的輪廓曲線是理論輪廓論輪廓，用，用0表示；以理論表示；以理論輪廓為中心，以輪廓為中心，以滾子半徑為滾子半徑為半徑作出的一系列圓的包絡(luò)半徑作出的一系列圓的包絡(luò)線線，為，為實際的凸輪輪廓，實際的凸輪輪廓，用用 表示。表示。3、滾子直動從動件盤形凸輪、滾子直動從動件盤形凸輪 滾子從動件的凸輪基圓半滾子從動件的凸輪基圓半徑應(yīng)當(dāng)在徑應(yīng)當(dāng)在理論輪廓理論輪廓上度量。上度量。設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時應(yīng)注意設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時應(yīng)注意滾子半徑滾子半徑的問題：的問題：1. 當(dāng)當(dāng) minrT時，時， 0，實際輪廓為平滑曲線；實際輪廓為平滑曲線； 設(shè)理論輪廓外凸部分的最小

18、曲率半徑用設(shè)理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑用 min表表示，滾子半徑用示，滾子半徑用rT表示表示，則相應(yīng)位置實際輪廓的曲，則相應(yīng)位置實際輪廓的曲率半徑率半徑 minrT。2. 2. minmin=r=rT T時，時， =0=0，實際，實際輪廓為一個尖點；輪廓為一個尖點；3. 3. minminrrT T時，時， 00，實際輪，實際輪廓發(fā)生相交，無法實現(xiàn)該廓發(fā)生相交，無法實現(xiàn)該運動規(guī)律。運動規(guī)律。 為了使凸輪輪廓既不為了使凸輪輪廓既不變尖，又不相交，滾子半徑變尖，又不相交，滾子半徑必須必須小于小于理論輪廓外凸部分理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑的最小曲率半徑 min。4、平底直動從動件盤形凸輪、平底直動從動件盤形凸輪（3）過）過A1、A2點作出一系點作出一系列平底，得到一直線族。列平底，