機械原理TheoryofMachines&Mechanisms第3章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計第3章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類1從動件運動規(guī)律及其選擇2圖解法設(shè)計凸輪廓線3解析法設(shè)計凸輪廓線46凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機構(gòu)的計算機輔助設(shè)計53.1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類(12分鐘）3.1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類凸輪機構(gòu)的組成：凸輪通常做勻速轉(zhuǎn)動。當(dāng)凸輪勻速轉(zhuǎn)動時，從動件的運動規(guī)律取決于凸輪的廓線。凸輪1從動件2機架3從動件凸輪機架3.1.2凸輪機構(gòu)的分類第3章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類1從動件運動規(guī)律及其選擇2圖解法設(shè)計凸輪廓線3解析法設(shè)計凸輪廓線46凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機構(gòu)的計算機輔助設(shè)計53.2從動件運動規(guī)律及其選擇凸輪機構(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從動件運動規(guī)律及其選擇凸輪機構(gòu)的工作循環(huán)及基本名詞術(shù)語推程—從動件沿導(dǎo)路由起始位置運動到離凸輪軸心最遠的位置的過程。推程運動角Φ—對應(yīng)推程凸輪轉(zhuǎn)過的角度。遠休止—從動件在距凸輪軸心的最遠處靜止不動的過程。遠休止運動角Φs—對應(yīng)遠休止凸輪轉(zhuǎn)過的角度。行程h

—從動件沿導(dǎo)路移動的最大位移。3.2從動件運動規(guī)律及其選擇凸輪機構(gòu)的工作循環(huán)及基本名詞術(shù)語回程—從動件由最遠位置返回到位移的起始位置的過程?；爻踢\動角Φ′—對應(yīng)回程凸輪轉(zhuǎn)過的角度。近休止—從動件在距凸輪軸心的最近處靜止不動的過程。近休止運動角Φ′s—對應(yīng)近休止凸輪轉(zhuǎn)過的角度。3.2從動件運動規(guī)律及其選擇從動件常用運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律是指從動件的位移、速度、加速度與凸輪轉(zhuǎn)角（或時間）之間的函數(shù)關(guān)系，它是設(shè)計凸輪的重要依據(jù)。3.2從動件運動規(guī)律及其選擇1）多項式運動規(guī)律式中，j為凸輪轉(zhuǎn)角；s為從動件位移；C0，C1，C2，……Cn為待定系數(shù)；n多項式系數(shù)。等速運動規(guī)律（n=1）在行程的起點和終點處，由于速度發(fā)生突變，加速度理論上為無窮大。因此，會導(dǎo)致從動件產(chǎn)生非常大的慣性沖擊，稱為剛性沖擊。適用于低速輕載。從動件常用運動規(guī)律3.2從動件運動規(guī)律及其選擇等加速等減速運動規(guī)律（n=2）從動件的加速度曲線在運動的起始、中間點和終點處不連續(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。從動件常用運動規(guī)律3.2從動件運動規(guī)律及其選擇3-4-5次運動規(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。從動件常用運動規(guī)律3.2從動件運動規(guī)律及其選擇2）三角函數(shù)運動規(guī)律運動規(guī)律的起始與終點處加速度突變?yōu)橛邢拗担蚨鴷a(chǎn)生柔性沖擊。適用于中、低速輕載。從動件常用運動規(guī)律3.2從動件運動規(guī)律及其選擇正弦加速度運動規(guī)律運動規(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。從動件常用運動規(guī)律3.2從動件運動規(guī)律及其選擇從動件常用運動規(guī)律3.2從動件運動規(guī)律及其選擇從動件運動規(guī)律組合組合后的從動件運動規(guī)律應(yīng)滿足：1）滿足工作對從動件特殊的運動要求；2）各段運動規(guī)律的位移、速度和加速度曲線在連接點處其值應(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。在實際工程當(dāng)中，常會遇到機械對從動件的運動和動力特性有多種要求，而只用一種常用運動規(guī)律又難以完全滿足這些要求的情況。這時，為了獲得更好的運動和動力特性，可以把幾種常用運動規(guī)律組合起來加以使用，這種組合稱為運動曲線的拼接。3.2從動件運動規(guī)律及其選擇從動件運動規(guī)律組合某對開膠印機采用定心下擺式遞紙機構(gòu)，從動件即遞紙牙的運動規(guī)律如圖。第3章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類1從動件運動規(guī)律及其選擇2圖解法設(shè)計凸輪廓線3解析法設(shè)計凸輪廓線46凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機構(gòu)的計算機輔助設(shè)計53.3圖解法設(shè)計圖輪廓線凸輪廓線設(shè)計的基本原理

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

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

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

擺動從動件角位移曲線y=y(j)

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

移動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)已知凸輪以等角速度w逆時針方向轉(zhuǎn)動，凸輪基圓半徑rb、滾子半徑rr，偏距e，從動件的運動規(guī)律s=s(j)。3.4解析法設(shè)計凸輪廓線3.4.1

移動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)1、理論廓線方程已知凸輪以等角速度w逆時針方向轉(zhuǎn)動，凸輪基圓半徑rb、滾子半徑rr，偏距e，從動件的運動規(guī)律s=s(j)。B點坐標(biāo)（凸輪的理論廓線方程）式中：若：e＝0，則3.4解析法設(shè)計凸輪廓線3.4.1

移動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)2、實際廓線方程B點坐標(biāo)（凸輪的實際廓線方程）式中：b與為廓線法線nn與x

軸夾角

3.4解析法設(shè)計凸輪廓線3.4.2移動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)

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

角后，從動件的位移為s。此時，平底與凸輪廓線在B點相切。設(shè)B點的坐標(biāo)為（x,y），則：3.4解析法設(shè)計凸輪廓線3.4.3擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)

建立直角坐標(biāo)系0xy。凸輪以等角速度w

逆時針方向轉(zhuǎn)動，凸輪轉(zhuǎn)動中心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，擺桿的運動規(guī)律y=y(j)。設(shè)推程開始時滾子中心處于B0點，當(dāng)凸輪逆時針轉(zhuǎn)過j角時，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j角，同時擺桿按已知的運動規(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點的坐標(biāo)為2、實際廓線方程第3章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類1從動件運動規(guī)律及其選擇2圖解法設(shè)計凸輪廓線3解析法設(shè)計凸輪廓線46凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機構(gòu)的計算機輔助設(shè)計53.5凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定3.5.1凸輪機構(gòu)的壓力角

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

3.5凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定（2）擺動從動件凸輪機構(gòu)P點為瞬心ΔABDΔAPD3.5.1凸輪機構(gòu)的壓力角

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

3.5凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定（3）凸輪機構(gòu)的許用壓力角為了凸輪機構(gòu)能正常工作并具有較高的傳動效率，設(shè)計時必須對凸輪機構(gòu)的最大壓力角加以限制。設(shè)計時應(yīng)保證凸輪機構(gòu)在整個運動周期中的最大壓力角amax滿足：許用壓力角3.5.1凸輪機構(gòu)的壓力角

3.5凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定a→[a

]3.5.2凸輪基圓半徑的確定（移動滾子從動件）理論計算經(jīng)驗選取式中，r

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

設(shè)某機械裝置中需要采用凸輪機構(gòu)。

工作要求：凸輪順時針轉(zhuǎn)過60°時，從動件上升10mm；

凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過120°時，從動件靜止不動；

凸輪再繼續(xù)轉(zhuǎn)過60°時，從動件下降10mm；

凸輪轉(zhuǎn)過剩余的120°時，從動件又停止不動。

已知凸輪以