機(jī)械原理TheoryofMachines&Mechanisms第3章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)第3章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類1從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇2圖解法設(shè)計(jì)凸輪廓線3解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線46凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)53.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類(12分鐘）3.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類凸輪機(jī)構(gòu)的組成：凸輪通常做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)凸輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪的廓線。凸輪1從動(dòng)件2機(jī)架3從動(dòng)件凸輪機(jī)架3.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類第3章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類1從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇2圖解法設(shè)計(jì)凸輪廓線3解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線46凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)53.2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇凸輪機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)及基本名詞術(shù)語基圓——以凸輪輪廓的最小向徑rb（或r0）為半徑的圓。3.2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇凸輪機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)及基本名詞術(shù)語推程—從動(dòng)件沿導(dǎo)路由起始位置運(yùn)動(dòng)到離凸輪軸心最遠(yuǎn)的位置的過程。推程運(yùn)動(dòng)角Φ—對應(yīng)推程凸輪轉(zhuǎn)過的角度。遠(yuǎn)休止—從動(dòng)件在距凸輪軸心的最遠(yuǎn)處靜止不動(dòng)的過程。遠(yuǎn)休止運(yùn)動(dòng)角Φs—對應(yīng)遠(yuǎn)休止凸輪轉(zhuǎn)過的角度。行程h

—從動(dòng)件沿導(dǎo)路移動(dòng)的最大位移。3.2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇凸輪機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)及基本名詞術(shù)語回程—從動(dòng)件由最遠(yuǎn)位置返回到位移的起始位置的過程?；爻踢\(yùn)動(dòng)角Φ′—對應(yīng)回程凸輪轉(zhuǎn)過的角度。近休止—從動(dòng)件在距凸輪軸心的最近處靜止不動(dòng)的過程。近休止運(yùn)動(dòng)角Φ′s—對應(yīng)近休止凸輪轉(zhuǎn)過的角度。3.2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指從動(dòng)件的位移、速度、加速度與凸輪轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）之間的函數(shù)關(guān)系，它是設(shè)計(jì)凸輪的重要依據(jù)。3.2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇1）多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律式中，j為凸輪轉(zhuǎn)角；s為從動(dòng)件位移；C0，C1，C2，……Cn為待定系數(shù)；n多項(xiàng)式系數(shù)。等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（n=1）在行程的起點(diǎn)和終點(diǎn)處，由于速度發(fā)生突變，加速度理論上為無窮大。因此，會(huì)導(dǎo)致從動(dòng)件產(chǎn)生非常大的慣性沖擊，稱為剛性沖擊。適用于低速輕載。從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（n=2）從動(dòng)件的加速度曲線在運(yùn)動(dòng)的起始、中間點(diǎn)和終點(diǎn)處不連續(xù)。將這種由于有限值的加速度突變而產(chǎn)生的沖擊稱為柔性沖擊。適用于中、低速輕載。從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇3-4-5次運(yùn)動(dòng)規(guī)律（n=5）速度與加速度曲線均連續(xù)，因而不產(chǎn)生剛性與柔性沖擊，可適用于高速中載工況。從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇2）三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律的起始與終點(diǎn)處加速度突變?yōu)橛邢拗担蚨鴷?huì)產(chǎn)生柔性沖擊。適用于中、低速輕載。從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度與加速度曲線均連續(xù)，不產(chǎn)生剛性與柔性沖擊，適用于高速場合。從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合組合后的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)滿足：1）滿足工作對從動(dòng)件特殊的運(yùn)動(dòng)要求；2）各段運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移、速度和加速度曲線在連接點(diǎn)處其值應(yīng)分別相等；3）應(yīng)使最大速度vmax和最大加速度amax

的值盡可能小。在實(shí)際工程當(dāng)中，常會(huì)遇到機(jī)械對從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性有多種要求，而只用一種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律又難以完全滿足這些要求的情況。這時(shí)，為了獲得更好的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，可以把幾種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合起來加以使用，這種組合稱為運(yùn)動(dòng)曲線的拼接。3.2從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合某對開膠印機(jī)采用定心下擺式遞紙機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件即遞紙牙的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖。第3章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類1從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇2圖解法設(shè)計(jì)凸輪廓線3解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線46凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)53.3圖解法設(shè)計(jì)圖輪廓線凸輪廓線設(shè)計(jì)的基本原理

反轉(zhuǎn)法由于尖端始終與凸輪輪廓相接觸，所以反轉(zhuǎn)后尖端的運(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪輪廓。

給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上“－ω”,機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)不變，但凸輪處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。動(dòng)畫見清華課件反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件如何運(yùn)動(dòng)？尖底軌跡與凸輪廓線的關(guān)系？3.3圖解法設(shè)計(jì)圖輪廓線移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計(jì)1）對心尖底從動(dòng)件3.3圖解法設(shè)計(jì)圖輪廓線移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計(jì)2）偏心尖底從動(dòng)件3.3圖解法設(shè)計(jì)圖輪廓線3）偏心滾子從動(dòng)件理論廓線？實(shí)際廓線？

基圓與最小向徑？

滾子與凸輪廓線的關(guān)系？等距曲線？

3.3圖解法設(shè)計(jì)圖輪廓線4)平底從動(dòng)件平底與凸輪廓線的關(guān)系？3.3圖解法設(shè)計(jì)圖輪廓線擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計(jì)

擺動(dòng)從動(dòng)件角位移曲線y=y(j)

，中心距l(xiāng)OA，擺桿長lAB。初位角反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件如何運(yùn)動(dòng)？第3章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類1從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇2圖解法設(shè)計(jì)凸輪廓線3解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線46凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)53.4解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線3.4.1

移動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)已知凸輪以等角速度w逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪基圓半徑rb、滾子半徑rr，偏距e，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律s=s(j)。3.4解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線3.4.1

移動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)1、理論廓線方程已知凸輪以等角速度w逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪基圓半徑rb、滾子半徑rr，偏距e，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律s=s(j)。B點(diǎn)坐標(biāo)（凸輪的理論廓線方程）式中：若：e＝0，則3.4解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線3.4.1

移動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)2、實(shí)際廓線方程B點(diǎn)坐標(biāo)（凸輪的實(shí)際廓線方程）式中：b與為廓線法線nn與x

軸夾角

3.4解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線3.4.2移動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)

建立直角坐標(biāo)系oxy。當(dāng)從動(dòng)件處于起始位置時(shí)，平底與凸輪廓線在B0點(diǎn)相切。當(dāng)凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)過j

角后，從動(dòng)件的位移為s。此時(shí)，平底與凸輪廓線在B點(diǎn)相切。設(shè)B點(diǎn)的坐標(biāo)為（x,y），則：3.4解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線3.4.3擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)

建立直角坐標(biāo)系0xy。凸輪以等角速度w

逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心O與擺桿回轉(zhuǎn)軸心A0的距離為a，擺桿長度l，滾子半徑rr，擺桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律y=y(j)。設(shè)推程開始時(shí)滾子中心處于B0點(diǎn)，當(dāng)凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)過j角時(shí)，應(yīng)用反轉(zhuǎn)法，則擺桿回轉(zhuǎn)軸心A0相對凸輪沿-w

方向轉(zhuǎn)動(dòng)j角，同時(shí)擺桿按已知的運(yùn)動(dòng)規(guī)律y=y(j)繞軸心A0產(chǎn)生相應(yīng)的角位移y。1、理論廓線方程B點(diǎn)的坐標(biāo)為2、實(shí)際廓線方程第3章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類1從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇2圖解法設(shè)計(jì)凸輪廓線3解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線46凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)53.5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定3.5.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角

在不計(jì)摩擦的情況下，凸輪推動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件在接觸點(diǎn)所受的法向壓力與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向所夾的銳角，常用a表示。壓力角是衡量凸輪機(jī)構(gòu)受力情況的重要參數(shù)，是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。3.5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定（1）移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)偏距e前面的“”號(hào)與從動(dòng)件的偏置方向有關(guān)。當(dāng)凸輪逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)、從動(dòng)件導(dǎo)路位于凸輪回轉(zhuǎn)中心右側(cè)時(shí)，取“－”號(hào)，從動(dòng)件導(dǎo)路位于凸輪回轉(zhuǎn)中心左側(cè)時(shí)，取“＋”號(hào)。當(dāng)凸輪順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)、從動(dòng)件導(dǎo)路位于凸輪回轉(zhuǎn)中心左側(cè)時(shí)，取“－”號(hào)，從動(dòng)件導(dǎo)路位于凸輪回轉(zhuǎn)中心右側(cè)時(shí)，取“＋”號(hào)。3.5.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角

3.5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定（2）擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)P點(diǎn)為瞬心ΔABDΔAPD3.5.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角

3.5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定其中3.5.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角

3.5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定（3）凸輪機(jī)構(gòu)的許用壓力角為了凸輪機(jī)構(gòu)能正常工作并具有較高的傳動(dòng)效率，設(shè)計(jì)時(shí)必須對凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角加以限制。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證凸輪機(jī)構(gòu)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中的最大壓力角amax滿足：許用壓力角3.5.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角

3.5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定a→[a

]3.5.2凸輪基圓半徑的確定（移動(dòng)滾子從動(dòng)件）理論計(jì)算經(jīng)驗(yàn)選取式中，r

為安裝凸輪處軸的半徑。3.5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定3.5.3滾子半徑的選擇凸輪輪廓設(shè)計(jì)的失真問題（7分鐘）3.5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定3.5.3滾子半徑的選擇凸輪的實(shí)際廓線的形狀與滾子半徑的大小有關(guān)。實(shí)際廓線上產(chǎn)生了尖點(diǎn)，這種尖點(diǎn)極易磨損，從而造成運(yùn)動(dòng)失真。實(shí)際廓線為一平滑曲線，運(yùn)動(dòng)正常。實(shí)際輪廓曲線發(fā)生自交，而相交部分的輪廓曲線將在實(shí)際加工時(shí)被切掉，從而導(dǎo)致這一部分的運(yùn)動(dòng)規(guī)律無法實(shí)現(xiàn)，造成運(yùn)動(dòng)失真。避免出現(xiàn)尖點(diǎn)與失真現(xiàn)象，一般取滾子半徑rr<0.8rmin3.5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定3.5.4平底寬度的確定第3章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類1從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇2圖解法設(shè)計(jì)凸輪廓線3解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線46凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)5例

設(shè)某機(jī)械裝置中需要采用凸輪機(jī)構(gòu)。

工作要求：凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)過60°時(shí)，從動(dòng)件上升10mm；

凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過120°時(shí)，從動(dòng)件靜止不動(dòng)；

凸輪再繼續(xù)轉(zhuǎn)過60°時(shí)，從動(dòng)件下降10mm；

凸輪轉(zhuǎn)過剩余的120°時(shí)，從動(dòng)件又停止不動(dòng)。

已知凸輪以