機械設計基礎凸輪機構設計第1頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章凸輪機構設計3－1凸輪機構的應用和分類3－2從動件的常用運動規(guī)律3－3盤狀凸輪輪廓的設計3－4設計凸輪機構應注意的問題第2頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1．凸輪機構（1）實例內燃機配氣凸輪機構自動機床進刀機構自動機床凸輪機構（2）定義適當?shù)脑O計凸輪廓線可實現(xiàn)各種預期的運動規(guī)律，結構簡單，緊湊；但易磨損，傳力不大。

凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構件，它通過與從動件的高副接觸。凸輪的等速回轉使從動件獲得連續(xù)或不連續(xù)的一定規(guī)律的運動。由凸輪、從動件和機架三部分組成。（3）特點第3頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月二、凸輪機構的分類按照凸輪的形狀不同可把凸輪分為以下幾種：盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪曲面凸輪按照凸輪的鎖合方式可把凸輪分為以下幾種：力鎖合形鎖合按照從動件的形式分為以下幾種：尖端從動件滾子從動件平底從動件3－1凸輪機構的應用和分類第4頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2．凸輪機構的分類（1）按凸輪的形狀分1）盤形凸輪（移動凸輪）2）圓柱凸輪（2）按推桿形狀及運動形式分1）尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿2）對心直動推桿、偏置直動推桿和擺動推桿（3）按保持高副接觸方法分1）力封閉的凸輪機構2）幾何封閉的凸輪機構第5頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月三、凸輪和滾子的材料凸輪的主要失效形式為磨損和疲勞點蝕。對凸輪和滾子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足夠的表面接觸強度凸輪芯部有較強的韌性常用的凸輪材料：40Cr、20Cr、40CrMnTi常用的滾子材料：20Cr或者滾動軸承3－1凸輪機構的應用和分類第6頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章凸輪機構設計3－1凸輪機構的應用和分類3－2從動件的常用運動規(guī)律3－3盤狀凸輪輪廓的設計3－4設計凸輪機構應注意的問題第7頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

凸輪機構設計的基本任務是根據(jù)工作要求選定凸輪機構的形式、推桿運動規(guī)律、合理確定結構尺寸、設計輪廓曲線。而根據(jù)工作要求選定從動件（推桿）運動規(guī)律，是設計凸輪輪廓曲線的前提。名詞術語：運動規(guī)律：推桿在推程或回程時，其位移S、速度V、和加速度a

隨時間t的變化規(guī)律。分類：多項式、三角函數(shù)。S=S(t)V=V(t)a=a(t)基圓、推程運動角、基圓半徑r0、推程、遠休止角、回程運動角、回程、近休止角、行程。r0hB’otδsδ01δ01δ02δ02δ0δ0δ’0δ’0ωADCB3－2從動件的常用運動規(guī)律第8頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月基本術語基圓：從凸輪輪廓的最小向徑r0為半徑的圓。推程：從動件被凸輪推動，以一定運動規(guī)律由距離回轉中心最近位置A到達最遠位置B’所走過的距離AB’。與推程對應的凸輪轉角δt為推程運動角。遠休止角：當凸輪繼續(xù)回轉δs角，從動件在最遠位置停止不動?；爻蹋寒斖馆喞^續(xù)回轉δh角，從動件在彈簧或重力作用下，以一定運動規(guī)律回到起始位置所走過的距離。δh稱為回程運動角。近休止角：當凸輪繼續(xù)回轉δ’s角，從動件在最近位置停止不動。3－2從動件的常用運動規(guī)律第9頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖為對心尖頂從動件盤形凸輪機構，凸輪回轉時，從動件重復升—?！怠５倪\動循環(huán)。從動件的位移s與凸輪轉角a的關系可以用從動件的位移線圖來表示，如右圖所示。3－2從動件的常用運動規(guī)律第10頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月一、從動件等速運動規(guī)律-∞∞v0vδaδhsδδ特點：存在剛性沖擊位置：發(fā)生在運動的起始點和終止點從動件的速度從動件的位移從動件的加速度開始或停止時3－2從動件的常用運動規(guī)律第11頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月a0ABCvδhδδs-a0aδδdadt-∞∞∞特點：存在柔性沖擊位置：發(fā)生在運動的起始點、中間點和終止點二、從動件等加速等減速運動規(guī)律從動件的位移從動件的加速度a2=a0=常數(shù)從動件的速度3－2從動件的常用運動規(guī)律第12頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月從動件等加速等減速運動規(guī)律3－2從動件的常用運動規(guī)律第13頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月三、余弦加速度運動規(guī)律（簡諧運動）3－2從動件的常用運動規(guī)律第14頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月δa3457O1268v8621O7543δδδsh3457O12682741653h/π8特點：既無柔性更無剛性沖擊擺線四、正弦加速度運動規(guī)律（擺線運動）3－2從動件的常用運動規(guī)律由運動圖可見，其速度和加速度曲線都是連續(xù)的，因此沒有柔性沖擊，故常用于高速凸輪機構。第15頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月在選擇從動件的運動規(guī)律時，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應該考慮各種運動規(guī)律的速度幅值

vmax

、加速度幅值amax及其影響加以分析和比較。從動件動量mvmax,沖擊過大從動件慣性力mamax,動壓力大對于重載凸輪機構，應選擇

vmax值較小的運動規(guī)律；對于高速凸輪機構，宜選擇amax值較小的運動規(guī)律。vmaxamax五、從動件運動規(guī)律的選擇3－2從動件的常用運動規(guī)律第16頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月若干種從動件運動規(guī)律特性比較低速輕負荷中速輕負荷中低速中負荷中高速輕負荷高速中負荷低速重負荷中高速重負荷高速輕負荷運動規(guī)律δ)/(0maxwhvδ)/(202maxwha沖

擊應用場合等速等加速等減速余弦加速度正弦加速度3-4-5多項式改進型等速改進型正弦加速度改進型梯形加速度剛性柔性柔性∞4.004.936.285.778.385.534.891.002.001.572.001.881.331.762.003－2從動件的常用運動規(guī)律組合型運動規(guī)律第17頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章凸輪機構設計3－1凸輪機構的應用和分類3－2從動件的常用運動規(guī)律3－3盤狀凸輪輪廓的設計3－4設計凸輪機構應注意的問題第18頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月一、反轉法（相對運動法）加角速度-w(與凸輪角速度大小相等、方向相反)從動件與導路繞角速度-w以凸輪轉動凸輪靜止不動從動件尖頂?shù)倪\動軌跡就是凸輪輪廓曲線從動件相對導路移動對于滾子從動件，則滾子中心可看作是從動件的尖頂，其運動軌跡就是凸輪的理論輪廓曲線，凸輪的實際輪廓曲線是與理論輪廓曲線相距滾子半徑rT的一條等距曲線。3－3盤狀凸輪輪廓的設計第19頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月rbωA1A2A3A4S2rbωA2A3A1A4S3S4rbωA2A3A1A4rbωA1A2A3A4-ωrbωA1A2A3A4-ω-ωrbωA1A2A3A4-ωrbωA1A2A3A43－3盤狀凸輪輪廓的設計相對運動關系第20頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月設計步驟已知條件：從動件運動規(guī)律、凸輪轉向基圓半徑設計步驟：rbω-ω475813269101′2′3′δ0δS4′7′8′9′6′5′10′a.標出－ω方向，并按此方向分割出、;δ0δSc.過位移線圖中等分點作y軸平行線交位移線圖于i點，過基圓上等分點作射線；′d.在射線上度量出相應推桿的位移，得尖頂軌跡點i；′f.光滑連接i得凸輪廓線?！鋌.在基圓與位移線圖共同將和進行n等分，并標注等分點；δoδo′123456789101′2′10′3′4′5′6′7′8′9′δS0δSδ0′δS′δ0h3－3盤狀凸輪輪廓的設計設計基本原理第21頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月ωωω滾子從動件1)分析3－3盤狀凸輪輪廓的設計第22頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月rb-ωωδ0794581326101′2′3′4′7′8′9′5′10′6′rb-ωωδ0794581326101′2′3′4′7′8′9′5′10′6′實際廓線理論廓線2)設計注意：1.基圓半徑為理論廓線最小向徑；

2.先求理論廓線，后作包絡線，得實際廓線。包絡線3－3盤狀凸輪輪廓的設計基圓第23頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月2.平底從動件1)分析ωω尖頂軌跡線3－3盤狀凸輪輪廓的設計第24頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1′2′3′4′7′8′9′5′10′6′2)設計理論廓線79458132610rb-ωωδ03－3盤狀凸輪輪廓的設計a.將基圓沿-ω方向將和與位移線圖進行對應等分；c.光滑連接i得凸輪理論廓線；′′b.過等分點作射線；在射線上度量出相應推桿的位移，得尖頂軌跡點i；設計步驟：d.作平底線的其包絡線——實際廓線。第25頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月ωrb-ω′1123′3′2結論：a.偏置式凸輪機構中從動件導路線始終切于偏置圓；b.導路線與基圓交點為推桿尖頂最低點——起始點。e二、偏置式凸輪廓線的設計1.尖頂從動件1)相對運動分析偏距圓3－3盤狀凸輪輪廓的設計基圓第26頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月′22)設計已知條件：凸輪轉向、基圓半徑偏置圓半徑。ωrbe-ω1o23導路線′3δ0′δ0a.連接回轉中心與推桿其始點，將基圓沿-ω方向將和與位移線圖進行對應等分；c.光滑連接i得凸輪廓線?！洹鋌.過等分點作偏置圓切線；并在其上度量出相應推桿的位移，得尖頂軌跡點i；設計步驟：

注意：也可在偏置圓上進行運動角等分，通過其等分點作偏置圓切線以獲得導路線。1'2'3'3－3盤狀凸輪輪廓的設計第27頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月作圖法設計凸輪輪廓曲線偏置直動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的設計3－3盤狀凸輪輪廓的設計第28頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月滾子從動件盤形凸輪輪廓的設計3－3盤狀凸輪輪廓的設計第29頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月擺動推桿盤形凸輪廓線的設計1）擺動尖頂推桿盤形凸輪廓線的設計2）擺動滾子推桿盤形凸輪廓線的設計3）擺動平底推桿盤形凸輪廓線的設計

結論

擺動尖頂推桿盤形凸輪廓線的設計方法與直動尖頂推桿盤形凸輪廓線的設計方法基本類似，所不同的是推桿的預期運動規(guī)律及作圖設計中都要用到推桿的角位移φ表示，即將直動推桿的各位移方程中的位移s改為角位移φ,

行程h改為角行程Φ，就可用來求擺動推桿的角位移了。第30頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月解析法設計凸輪輪廓曲線偏置直動滾子從動件盤形凸輪輪廓的設計建立凸輪轉軸中心的坐標系xOy根據(jù)反轉法原理，凸輪以w轉過j角；B點坐標為上式即為凸輪理論廓線方程實際廓線與理論廓線在法線上相距滾子半徑rT，則推出式中取“—”號時為內等距曲線，取“＋”號時為外等距曲線3－3盤狀凸輪輪廓的設計第31頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月擺動滾子從動件盤形凸輪輪廓的設計取擺桿的軸心A0與凸輪軸心O之連線為坐標系的y軸，Bo點是擺動桿的推程起始位置，擺動桿與y軸的夾角為初始角。根據(jù)反轉法原理，得出B點坐標。其中3－3盤狀凸輪輪廓的設計第32頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月凸輪輪廓的加工凸輪輪廓的加工方法通常有兩種1.銑、銼削加工對用于低速、輕載場合的凸輪，可以應用反轉法原理在未淬火凸輪輪坯上通過作圖法繪制輪廓曲線，采用銑床或用手工銼削辦法加工而成。必要時可進行淬火處理，但用這種方法則凸輪的變形難以得到修正。2.數(shù)控加工采用數(shù)控線切割機床對淬火凸輪進行加工，這是目前最常用的一種凸輪加工方法。加工時應用解析法，求出凸輪輪廓曲線的x,y坐標，并將xOy坐標系的原點換算成切割時的起點，而滾子半徑相當于鉬絲半徑再加上放電間隙。3－3盤狀凸輪輪廓的設計第33頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章凸輪機構設計3－1凸輪機構的應用和分類3－2從動件的常用運動規(guī)律3－3盤狀凸輪輪廓的設計3－4設計凸輪機構應注意的問題第34頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月一、凸輪機構的壓力角由圖知，壓力角a愈大，有效分力Ｆy愈小，有害分力愈大。當角大到某一數(shù)值時，必將會出現(xiàn)Fy<Fx的情況。這時，不論施加多大的Fn力，都不能使從動件運動，這種現(xiàn)象稱為自鎖。因此，為了保證凸輪機構的正常工作，必須對凸輪機構的壓力角進行限制。推薦壓力角數(shù)值移動從動件[]=30擺動從動件[]=45回程中，一般不會有自鎖現(xiàn)象，壓力角取值為[

]=70～803－4設計凸輪機構應注意的問題凸輪機構中的壓力角圖解凸輪機構的壓力角是指推桿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，它是影響凸輪機構受力情況的一個重要參數(shù)。常以α表示。第35頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月基圓半徑的確定（P54）

從傳動效率來看，壓力角越小越好，但壓力角減小將導致凸輪尺寸增加，因此在設計凸輪時要權衡兩者的關系，使設計達到合理。A點:即(式A)在?ABD中導路在凸輪軸的左邊時，式中分子部分取“＋”，凸輪順時針轉動時，符號取法與上述相反3－4設計凸輪機構應注意的問題第36頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月在給定運動規(guī)律時，合理設計偏距可減小壓力角，增大基圓半徑也可以減小壓力角。獲取較小的基圓半徑的同