1、第第4章章 凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)41 凸輪機構(gòu)的應用和類型凸輪機構(gòu)的應用和類型42 從動件的常用運動規(guī)律從動件的常用運動規(guī)律43 凸輪機構(gòu)的壓力角凸輪機構(gòu)的壓力角44 圖解法設計凸輪的輪廓圖解法設計凸輪的輪廓41 凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)的應用和類型的應用和類型結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：三個構(gòu)件、三個構(gòu)件、盤盤(柱柱)狀曲線輪廓、從動件呈桿狀。狀曲線輪廓、從動件呈桿狀。作用：作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)將連續(xù)回轉(zhuǎn) = 從動件從動件直線移動直線移動或或擺動擺動。優(yōu)點：優(yōu)點：可精確實現(xiàn)任意運動規(guī)律，簡單緊湊。可精確實現(xiàn)任意運動規(guī)律，簡單緊湊。缺點：缺點：高副，點線接觸，易磨損，傳力不大。高副，點線接觸，易磨損，傳力不大。應用：應用：配

2、鑰匙機配鑰匙機、繞線機構(gòu)、內(nèi)燃機氣門機構(gòu)、錄音、繞線機構(gòu)、內(nèi)燃機氣門機構(gòu)、錄音機卷帶機構(gòu)、送料機構(gòu)、進刀機構(gòu)、自動機床等。機卷帶機構(gòu)、送料機構(gòu)、進刀機構(gòu)、自動機床等。實例實例內(nèi)燃機氣門機構(gòu)內(nèi)燃機氣門機構(gòu)繞線機構(gòu)繞線機構(gòu)設計：潘存云3皮帶輪皮帶輪5卷帶輪卷帶輪錄音機卷帶機構(gòu)錄音機卷帶機構(gòu)1放音鍵放音鍵2摩擦輪摩擦輪413245放音鍵放音鍵卷帶輪卷帶輪皮帶輪皮帶輪摩擦輪摩擦輪錄音機卷帶機構(gòu)錄音機卷帶機構(gòu)設計：潘存云132送料機構(gòu)送料機構(gòu)自動機床進刀機構(gòu)分類：分類：1)按凸輪形狀分：按凸輪形狀分：盤形、盤形、 移動、圓柱凸輪移動、圓柱凸輪 ( 端面端面 ) 。盤形移動圓柱2)按從動桿運動形式分：按從

3、動桿運動形式分： 移動（直動）、擺動移動（直動）、擺動移動（直動）擺動尖頂滾子平底3)按從動桿形狀分：按從動桿形狀分：滾子、尖頂、平底滾子、尖頂、平底12刀架刀架o4).按保持接觸方式分：按保持接觸方式分：力封閉力封閉（重力、彈簧等）力鎖合）力鎖合機床進給機構(gòu)機床進給機構(gòu)幾何形狀封閉幾何形狀封閉(凹槽、等寬、等徑、主回凸輪) 形鎖合形鎖合內(nèi)燃機氣門機構(gòu)內(nèi)燃機氣門機構(gòu)r1r2r1+r2 =constW凹凹槽槽凸凸輪輪等等寬寬凸凸輪輪等等徑徑凸凸輪輪優(yōu)點：優(yōu)點：只需要設計適當?shù)妮喞€，從動件便可獲得只需要設計適當?shù)妮喞€，從動件便可獲得任意的運動規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設計方便。任意的運動規(guī)律

4、，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設計方便。缺點：缺點：點接觸或線接觸，容易磨損點接觸或線接觸，容易磨損; 凸輪廓線較難加工。凸輪廓線較難加工。作者：潘存云教授主主回回凸凸輪輪設計：潘存云hhot1s242 從動件的常用運動規(guī)律從動件的常用運動規(guī)律凸輪機構(gòu)設計的基本任務凸輪機構(gòu)設計的基本任務: : 1) 1)根據(jù)工作要求選定凸輪機構(gòu)的形式根據(jù)工作要求選定凸輪機構(gòu)的形式; ;名詞術語：名詞術語：一、一、推桿的常用運動規(guī)律推桿的常用運動規(guī)律基圓、基圓、推程運動角、推程運動角、基圓半徑、基圓半徑、推程、推程、遠休止角、遠休止角、回程運動角、回程運動角、回程、回程、近休止角、近休止角、行程。行程。rminh 1A2

5、)2)推桿運動規(guī)律推桿運動規(guī)律; ;3)3)合理確定結(jié)構(gòu)尺寸合理確定結(jié)構(gòu)尺寸; ;4)4)設計輪廓曲線。設計輪廓曲線。ssssDBCBtt推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律位移線圖位移線圖設計：潘存云hhot1s2rminh 1AssssDBCBtt運動規(guī)律：運動規(guī)律：推桿在推程或回程時，其位移推桿在推程或回程時，其位移S S2、速度、速度V2、 和加速度和加速度a2 隨時間隨時間t 的變化規(guī)律。的變化規(guī)律。形式：形式：多項式、三角函數(shù)。多項式、三角函數(shù)。S S2=S=S2(t)(t)V2= =V2(t)(t)a2= =a2(t)(t)位移曲線位移曲線邊界條件：邊界條件： 凸輪轉(zhuǎn)過推程運動角凸輪轉(zhuǎn)過

6、推程運動角t t從動件上升從動件上升h一、多項式運動規(guī)律一、多項式運動規(guī)律一般表達式：一般表達式：s2=C0+ C11+ C22 21+Cnn n1 (1)(1)求一階導數(shù)得速度方程：求一階導數(shù)得速度方程： v2 = = ds2/dt求二階導數(shù)得加速度方程：求二階導數(shù)得加速度方程： a2 = =dv2/dt =2=2 C22 21+ 6C32 211+n(n-1)Cn2 21n-2n-21其中：其中：1凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角，d d1/dt=/dt=1凸輪角速度凸輪角速度, , C Ci i待定系數(shù)待定系數(shù)。= = C11+ 2C211+nCn1n-1n-11凸輪轉(zhuǎn)過回程運動角凸輪轉(zhuǎn)過回程運動角h

7、h從動件下降從動件下降h在推程起始點：在推程起始點：1=0=0， s2=0代入得：代入得：C00， C1h/h/t t推程運動方程：推程運動方程： s2 h1/t v2 h1 /ts21tv21a21h在推程終止點：在推程終止點：1= =t t ，s2=h+s2 = C0+ C11+ C22 21+Cnn n1v2 = = C11+ 2C211+nCn1n-1n-11a2 = = 2 C221+ 6C3211+n(n-1)Cn21n-21a2 01.1.等速運動（一次多項式）運動規(guī)律等速運動（一次多項式）運動規(guī)律特點：特點： 設計簡單、勻速進給。 始點、末點加速度及慣性力為理論無窮大，存在剛性

8、沖擊。 適于低速、輕載、從動桿質(zhì)量不大，以及要求勻速的情況。2. 等加等減速（二次多項式）運動規(guī)律等加等減速（二次多項式）運動規(guī)律位移曲線為一拋物線。位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半加、減速各占一半。推程加速上升段邊界條件：推程加速上升段邊界條件：起始點：起始點：1=0=0，s2=0，v20中間點：中間點：1=t /2，s2=h/2 求得：求得：C00， C10，C22h/2t加速段推程運動方程為：加速段推程運動方程為：s2 2h21 /2tv2 4h11 /2ta2 4h21 /2t設計：潘存云1a2h/2t th/211s22 35462h/2h/t t4h4h2 2/2 2t t31

9、v2特點：特點： 起、中、末點加速度及慣性力存在有限值突變，具有柔性沖擊。 適于中低速、中輕載。3.五次多項式運動規(guī)律五次多項式運動規(guī)律位移方程：位移方程： s2=10h(1/t)315h (1/t)4+6h (1/t)51s s2v2a2ht t特點：特點：無沖擊，適用于高速凸輪。無沖擊，適用于高速凸輪。設計：潘存云ht1 s s21a2二、三角函數(shù)運動規(guī)律二、三角函數(shù)運動規(guī)律1.1.余弦加速度余弦加速度( (簡諧簡諧) )運動規(guī)律運動規(guī)律推程：推程： s2h1-cos(1/t)/2 v2 h1sin(1/t)1/2ta2 2h21 cos(1/t)/22t 回程：回程： s2h1cos(1

10、/h)/2 v2-h1sin(1/h)1/2ha2-2h21 cos(1/h)/22h123 4561v v2Vmax=1.57h/20特點：特點： 速度變化連續(xù)平緩。速度變化連續(xù)平緩。在起始和終止處理論上在起始和終止處理論上a2為有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。為有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。 適于中低速、中輕載。適于中低速、中輕載。123456 s211a21v2ht t2.2.正弦加速度（擺線）運動規(guī)律正弦加速度（擺線）運動規(guī)律推程：推程：s2h1/t-sin(21/t)/2 v2h11-cos(21/t)/ta22h21 sin(21/t)/2t 回程：回程： s2h1-1/h+sin(21/h)/2

11、v2h1cos(21/h)-1/ha2-2h21 sin(21/h)/h2特點：特點： 加速度變化連續(xù)平緩。加速度變化連續(xù)平緩。 無沖擊。無沖擊。 適于中高速、輕載。適于中高速、輕載。設計：潘存云v2s 2a 2111hooot t正弦改進等速正弦改進等速三、改進型運動規(guī)律三、改進型運動規(guī)律將幾種運動規(guī)律組合，以改善將幾種運動規(guī)律組合，以改善運動特性。運動特性。+-v 2s 2a 2111hooot t四、常用運動規(guī)律的選擇四、常用運動規(guī)律的選擇 1. 沒有任何要求、輕載、小行程、手動，可用圓弧或偏心圓。沒有任何要求、輕載、小行程、手動，可用圓弧或偏心圓。2. 低速、輕載，要求等速、低速、輕載

12、，要求等速、等位移，可用等速運動規(guī)律。3. 中低速、中輕載，可用等加減速或余弦加速度運動規(guī)律。中低速、中輕載，可用等加減速或余弦加速度運動規(guī)律。4. 較高速、輕載，可用正弦加速度運動規(guī)律。較高速、輕載，可用正弦加速度運動規(guī)律。5. 組合型。組合型。6. 多項式運動規(guī)律。多項式運動規(guī)律。adad練習：練習：如圖為一偏置直動凸輪機構(gòu)。已知如圖為一偏置直動凸輪機構(gòu)。已知AB段為凸輪的推程段為凸輪的推程廓線，試在圖上標注推程運動角廓線，試在圖上標注推程運動角t設計：潘存云OB1定義：定義：正壓力與推桿上力作用點正壓力與推桿上力作用點B速度方向間的夾角速度方向間的夾角 F F”，若若大到一定程度時，會有

13、：大到一定程度時，會有：機構(gòu)發(fā)生自鎖。機構(gòu)發(fā)生自鎖。43 凸輪機構(gòu)的壓力角凸輪機構(gòu)的壓力角nn一、壓力角與作用力的關系一、壓力角與作用力的關系不考慮摩擦時，作用力沿法線方向。不考慮摩擦時，作用力沿法線方向。FFF”F-有用分力有用分力, 沿導路方向沿導路方向F”-有害分力，垂直于導路有害分力，垂直于導路F”=F tg F 一定時，一定時， F Ff F FF Ff為了保證凸輪機構(gòu)正常工作，要求：為了保證凸輪機構(gòu)正常工作，要求： 設計：潘存云OB1二、壓力角與凸輪機構(gòu)尺寸之間的關系二、壓力角與凸輪機構(gòu)尺寸之間的關系P點為速度瞬心，點為速度瞬心， 于是有：于是有：v2=lOP1r rminmin

14、= 30 -直動從動件；直動從動件；= 3545-擺動從動件；擺動從動件；= 7080-回程?；爻?。nnP lOP =v2/1eds2/d1= ds2 /d1= lOC + lCP lCP = lOC = elCP = ds2/d1- - e tg = S2 + r2min - e2ds2/d1- - eC (S2+S0 )tg S0= r2min-e2若發(fā)現(xiàn)設計結(jié)果若發(fā)現(xiàn)設計結(jié)果 ，可增大可增大rmin s0s2Dv2v2r rminmin設計：潘存云OB1 ds2/d1 得：得： tg = S2 + r2min - e2ds2/d1 + + enn同理，當導路位于中心左側(cè)時，有：同理，當導

15、路位于中心左側(cè)時，有：lOP =lCP- - lOC lCP = ds2/d1 + + e 于是：于是： tg = S2 + r2min - e2ds2/d1 ee“+ +” 用于導路和瞬心位于中心兩側(cè)；用于導路和瞬心位于中心兩側(cè)；“- -” 用于導路和瞬心位于中心同側(cè)；用于導路和瞬心位于中心同側(cè)；顯然，導路和瞬心位于中心同側(cè)時，壓力角將減小。顯然，導路和瞬心位于中心同側(cè)時，壓力角將減小。注意：注意：用偏置法可減小推程壓力角，但同時增大了回用偏置法可減小推程壓力角，但同時增大了回 程壓力角，故偏距程壓力角，故偏距 e 不能太大。不能太大。PC lCP = (S2+S0 )tg S0= r2mi

16、n-e2r rminmins0s2D正確偏置：正確偏置：導路位于與凸輪旋轉(zhuǎn)方向?qū)肺挥谂c凸輪旋轉(zhuǎn)方向1相反的位置。相反的位置。設計：潘存云nn提問：對于平底推桿凸輪機構(gòu)：提問：對于平底推桿凸輪機構(gòu)： ？0 0v2O1r rminmin練習：練習：如圖為一偏置直動凸輪機構(gòu)。已知凸輪是一個以如圖為一偏置直動凸輪機構(gòu)。已知凸輪是一個以C為圓為圓心的圓盤，試求輪廓上心的圓盤，試求輪廓上D點與尖頂接觸時的壓力角，作圖表示。點與尖頂接觸時的壓力角，作圖表示。1.1.凸輪廓線設計方法的基本原理凸輪廓線設計方法的基本原理44 圖解法設計凸輪輪廓圖解法設計凸輪輪廓2.2.用作圖法設計凸輪廓線用作圖法設計凸輪廓線

17、1)1)對心直動尖頂從動件盤形凸輪對心直動尖頂從動件盤形凸輪3)3)滾子直動從動件盤形凸輪滾子直動從動件盤形凸輪4)4)對心直動平底從動件盤形凸輪對心直動平底從動件盤形凸輪2)2)偏置直動尖頂從動件盤形凸輪偏置直動尖頂從動件盤形凸輪5)5)擺動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)設計：潘存云一、凸輪廓線設計方法的基本原理一、凸輪廓線設計方法的基本原理反轉(zhuǎn)原理反轉(zhuǎn)原理：依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設計凸輪的輪廓曲線，例如：設計凸輪的輪廓曲線，例如： 給整個凸輪機構(gòu)施以給整個凸輪機構(gòu)施以- -1時，不影響各構(gòu)件之間時，不影響各構(gòu)件之間的相對運動，此時，凸

18、輪將靜止，而從動件尖頂復合的相對運動，此時，凸輪將靜止，而從動件尖頂復合運動的軌跡即凸輪的輪廓曲線運動的軌跡即凸輪的輪廓曲線。O O - -13 31 12 23 33 31 11 12 22 21設計：潘存云60rmin120-111對心直動尖頂對心直動尖頂從動件從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑凸輪的基圓半徑rmin，角速度角速度1和從動和從動件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。設計步驟小結(jié)：設計步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r rminmin。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從

19、動件尖頂在各等份點的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。1.1.對心直動尖頂對心直動尖頂從動件從動件盤形凸輪盤形凸輪135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109二、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制二、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制 6012090901 3 5 7 8911 13 15s2 191113121410設計：潘存云911 13 151 3 5 7 8O OeA A偏置直動尖頂偏置直動尖頂從動件從動件凸輪機構(gòu)中，凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑rmin

20、，角速度角速度1和從動件的運動規(guī)律和偏心距和從動件的運動規(guī)律和偏心距e，設計該凸輪輪廓曲線。設計該凸輪輪廓曲線。2.2.偏置直動尖頂偏置直動尖頂從動件從動件盤形凸輪盤形凸輪13578911131214-11612345781514131211109設計步驟小結(jié)：設計步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r rminmin; ; 反向等分各運動角反向等分各運動角; ; 確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置; ; 將各尖頂點連接成一條光滑曲線。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k

21、1k2k3k5k4k6k7k8 601209090s2 1設計：潘存云s2 1911 13 151 3 5 7 8rminA120-11設計步驟小結(jié)：設計步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r rminmin。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。135789111312142345 67 8910111213146090901876543214131211109理論輪廓理論輪廓實際輪廓實際輪廓作各位置滾子圓的內(nèi)作各位

22、置滾子圓的內(nèi)( (外外) )包絡線。包絡線。3.3.滾子直動從動件盤形凸輪滾子直動從動件盤形凸輪滾子直動從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪滾子直動從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑的基圓半徑rmin，角速度角速度1和從動件的和從動件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。 6012090901 已知已知: 凸輪逆時針轉(zhuǎn)動凸輪逆時針轉(zhuǎn)動, 求求 : 凸輪的基圓半徑凸輪的基圓半徑, 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動90 之后的壓力角之后的壓力角 解：解：基圓基圓速度方向？理論輪廓理論輪廓基圓基圓設計：潘存云a工作輪廓的曲率半徑，工作輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑， rT滾子半徑滾子半徑rT arT rT 輪廓失真輪廓失真滾子半徑的確定滾子半徑的確定arT rT arT0輪廓正常輪廓正常輪廓變尖輪廓變尖內(nèi)凹內(nèi)凹arTrTrT rT arT 輪廓正常輪廓正常外凸外凸rTa設計：潘存云s2 1911 13 151 3 5 7 8rmin對心直動平底對心直動平底從動件從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑凸輪的基圓半徑rmin，角速度角速度1和從動和從動件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。設計