第七章

凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)motorlgs20067.1凸輪機(jī)構(gòu)的組成及其應(yīng)用A1凸輪1從動(dòng)件2機(jī)架3

1凸輪機(jī)構(gòu)的組成:

凸輪機(jī)構(gòu)主要由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成。

凸輪---是一個(gè)具有曲線輪廓的構(gòu)件，一般作主動(dòng)件,且為勻速運(yùn)動(dòng)

從動(dòng)件-----作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)動(dòng)畫(huà)演示實(shí)例1：專用車床的凸輪控制機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)演示實(shí)例2：內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)鏈接1動(dòng)畫(huà)鏈接2凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪機(jī)構(gòu)分類1、按凸輪的形狀分類2、按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類4、按凸輪高副的鎖合方式分類平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)盤(pán)形凸輪移動(dòng)凸輪

尖底從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件力鎖合形鎖合3、按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方式分類擺動(dòng)從動(dòng)件直動(dòng)從動(dòng)件對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件偏心直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的分類按凸輪的形狀分類平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)盤(pán)形凸輪移動(dòng)凸輪盤(pán)形凸輪移動(dòng)凸輪圓柱凸輪凸輪機(jī)構(gòu)的分類按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類

尖底從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件（a）、（b）為尖底從動(dòng)件；（c）、（d）為滾子從動(dòng)件；（e）、（f）為平底從動(dòng)件。凸輪機(jī)構(gòu)的分類按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方式分類擺動(dòng)從動(dòng)件直動(dòng)從動(dòng)件對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件偏心直動(dòng)從動(dòng)件動(dòng)畫(huà)鏈接1動(dòng)畫(huà)鏈接2動(dòng)畫(huà)鏈接3動(dòng)畫(huà)鏈接凸輪機(jī)構(gòu)的分類按凸輪高副的鎖合方式分類力鎖合形鎖合力鎖合1力鎖合2形鎖合1、2、3、4思考一下

綜合前面的各種凸輪的分類方式，試說(shuō)出下面凸輪機(jī)構(gòu)的名稱動(dòng)畫(huà)鏈接實(shí)際應(yīng)用動(dòng)畫(huà)鏈接實(shí)際應(yīng)用1實(shí)際應(yīng)用2

小結(jié)：

組成凸輪機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)件：凸輪、推桿（從動(dòng)件）、機(jī)架

凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域：凸輪機(jī)構(gòu)廣泛用于自動(dòng)機(jī)械、自動(dòng)控制裝置和裝配生產(chǎn)線中。

凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)凸輪廓線可以使推桿實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。

凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn):接觸為高副，易于磨損，多用于傳力不大的場(chǎng)合。7.2凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)sDr0eABC

凸輪的基圓該位置為最低位置基本術(shù)語(yǔ)基圓r0

：以凸輪最小半徑所作的圓，稱為凸輪的基圓半徑。凸輪轉(zhuǎn)角δ：以導(dǎo)路為參考軸進(jìn)行測(cè)量從動(dòng)件位移S：從最低位置開(kāi)始測(cè)量由于凸輪一般以轉(zhuǎn)速ω作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以凸輪的轉(zhuǎn)角δ與轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間t成線性關(guān)系（δ=ωt）。因此，通常將從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律表示成凸輪轉(zhuǎn)角δ的函數(shù)?！磸膭?dòng)件的位移S、速度線圖V=V（δ）和加速度線圖從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的方法三個(gè)線圖之間的幾何關(guān)系為：（7-1）s行程hBCD推程運(yùn)動(dòng)角遠(yuǎn)休止角回程運(yùn)動(dòng)角近休止角AsDr0eABC

從動(dòng)件的推程,A→B；從動(dòng)件的遠(yuǎn)休止過(guò)程,B→C；從動(dòng)件的回程,C→D；近休止?fàn)顟B(tài),D→A。

概念：凸輪機(jī)構(gòu)完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)動(dòng)畫(huà)演示待定系數(shù)C0，C1，…，Cn可利用從動(dòng)件在某些位置的位移、速度和加速度等邊界條件來(lái)確定。

從動(dòng)件推程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其位移的一般表達(dá)式為：

討論：n=5時(shí)，式中就有6個(gè)待定系數(shù)求解：取n=5，設(shè)六個(gè)邊界條件：δ=0時(shí)，S=0，v=0，a=0,δ=δ0時(shí)，S=h，v=0，a=0求凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。將邊界條件代入得一個(gè)六元線性方程組，解之得：C0＝０，C1＝０，C２＝０C3＝10h/δ03，C4＝－15h/δ04；C5＝6h/δ05得五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律的表達(dá)式為：圖7---5五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律

討論：(1)六個(gè)邊界條件：δ=0時(shí)，S=0，v=0，a=0,δ=δ0時(shí)，S=h，v=0，a=0(2)

凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵：①確定從動(dòng)件的位移、速度和加速度三者之一與凸輪轉(zhuǎn)角之間的函數(shù)關(guān)系；②確定相應(yīng)的邊界條件。等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

推程：

回程：其它幾種常用的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在起始和終止點(diǎn)速度有突變，使瞬時(shí)加速度趨于無(wú)窮大，從而產(chǎn)生無(wú)窮大慣性力，引起剛性沖擊。等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

推程：回程：

在起點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)時(shí)，因加速度有突變而引起推桿慣性力的突變，且突變?yōu)橛邢拗?，在凸輪機(jī)構(gòu)中由此會(huì)引起柔性沖擊。余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律

推程：回程：正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律

推程：回程：

一般以機(jī)構(gòu)中的沖擊情況、從動(dòng)件的最大速度和最大加速度三個(gè)方面對(duì)各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性進(jìn)行比較。

從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的比較和選用運(yùn)動(dòng)規(guī)律沖擊特性適用場(chǎng)合五次多項(xiàng)式無(wú)1.885.77高速中載等速剛性1.00低速輕載等加速等減速柔性2.004.00中速輕載余弦加速度柔性1.574.93中速中載正弦加速度無(wú)2.006.28高速輕載從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇在選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應(yīng)該考慮各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度幅值、加速度幅值及其影響加以分析和比較。從動(dòng)件動(dòng)量從動(dòng)件慣性力對(duì)于重載凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)選擇值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，宜選擇值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。采用組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律的目的：避免有些運(yùn)動(dòng)規(guī)律引起的沖擊，改善推桿其運(yùn)動(dòng)特性。構(gòu)造組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律的原則：

組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)于中、低速運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，要求從動(dòng)件的位移曲線在銜接處相切，以保證速度曲線的連續(xù)。即要求在銜接處的位移和速度應(yīng)分別相等。對(duì)于中、高速運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，要求從動(dòng)件的速度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線連續(xù)，即要求在銜接處的位移、速度和加速度應(yīng)分別相等。介紹兩種典型的組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.修正梯形組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律a12345678oδa0等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律a

δ0=10.1250.50.875修正梯形組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律amax=(h

2/δ02)×4.00amax=(h

2/δ02)×6.28組合等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律和正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.改進(jìn)型等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律——消除剛性沖擊等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律δsδ1δ2δ0aδvδ凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是建立凸輪輪廓曲線的參數(shù)方程。7.3凸輪的輪廓曲線設(shè)計(jì)

sDr0eABC

基本術(shù)語(yǔ)回顧：基圓r0

：以凸輪最小半徑所作的圓，稱為凸輪的基圓半徑。凸輪轉(zhuǎn)角δ：以導(dǎo)路為參考軸進(jìn)行測(cè)量。從動(dòng)件位移S：從最低位置開(kāi)始測(cè)量。凸輪輪廓曲線的參數(shù)方程：得到凸輪輪廓的參數(shù)方程關(guān)鍵是確定凸輪輪廓上的任意點(diǎn)B的坐標(biāo)與凸輪轉(zhuǎn)角δ之間的關(guān)系。討論:δ與B點(diǎn)之間的關(guān)系？矢量旋轉(zhuǎn)方程(繞坐標(biāo)原點(diǎn)）B1點(diǎn)

(7--13）B點(diǎn)

B1點(diǎn)與B點(diǎn)的關(guān)系？凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)一般方法：建立坐標(biāo)系。一般將坐標(biāo)系的原點(diǎn)取在凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心上，坐標(biāo)軸的選取以比較容易地寫(xiě)出矢量的坐標(biāo)表達(dá)式為原則；將從動(dòng)件處于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的任一位置，寫(xiě)出從凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心到從動(dòng)件尖底的矢量的坐標(biāo)表達(dá)式；將矢量沿與凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角，得到新矢量，并利用平面矢量旋轉(zhuǎn)矩陣得到新矢量的表達(dá)式，此式便為凸輪的廓線方程。B1B-例1：尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)已知：的轉(zhuǎn)向，ro,e，s=s(δ)-δsxyO(1)取定xoy坐標(biāo)，x或y軸平行于導(dǎo)路線，且使初始位置在第一象限；（2）寫(xiě)出點(diǎn)B1的坐標(biāo)；S0eB0r0

注意：δ

逆時(shí)針為正。求解：凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)值或作出凸輪的輪廓曲線例1：尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)（4）寫(xiě)出凸輪輪廓上點(diǎn)B的坐標(biāo)。（3）寫(xiě)出平面旋轉(zhuǎn)矩陣

；B1B--δsxyOS0eB0rb

例2：尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu)已知：的轉(zhuǎn)向，r0,中心距l(xiāng)O1O2＝a，擺桿長(zhǎng)L，

B1B（1）取定xoy坐標(biāo)，x或y軸在O1O2線上，且使初始位置在第一象限