第九章凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造II“設(shè)計(jì)與制造II”課程

（D&MII，ME3220）目錄第九章凸輪機(jī)構(gòu)概述（凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程）從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)凸輪廓線求解凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)思考題習(xí)題3第九章凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)成與其功能凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪機(jī)構(gòu)的基本名詞術(shù)語Back概述4概述凸輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)成與其功能5概述凸輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)成與其功能內(nèi)燃機(jī)概述凸輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)成與其功能計(jì)里鼓車：計(jì)里運(yùn)動(dòng)--齒輪機(jī)構(gòu)擊鼓運(yùn)動(dòng)--凸輪機(jī)構(gòu)概述凸輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)成與其功能概述凸輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)成與其功能兩段組合式翻蓋手機(jī)轉(zhuǎn)軸9按凸輪的形狀分類概述凸輪機(jī)構(gòu)的分類移動(dòng)凸輪盤形凸輪圓柱凸輪10按從動(dòng)件形狀分類概述凸輪機(jī)構(gòu)的分類尖底曲面滾子平底尖底曲面滾子平底概述凸輪機(jī)構(gòu)的分類移動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)按凸輪的運(yùn)動(dòng)形式分類12按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類Back概述凸輪機(jī)構(gòu)的分類擺動(dòng)從動(dòng)件直動(dòng)從動(dòng)件13按高副接觸維持方式分類概述凸輪機(jī)構(gòu)的分類14概述凸輪機(jī)構(gòu)的分類按高副接觸維持方式分類圓柱槽凸輪盤形槽凸輪機(jī)構(gòu)等寬凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪機(jī)構(gòu)共軛凸輪機(jī)構(gòu)15Back概述凸輪機(jī)構(gòu)的分類機(jī)構(gòu)類型平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)凸輪形狀盤形凸輪(platecam)移動(dòng)凸輪(translatingcam)圓柱凸輪(cylindricalcam)圓錐凸輪(conecam)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方式往復(fù)擺動(dòng)(oscillating)往復(fù)移動(dòng)(reciprocating)從動(dòng)件上高副接觸元素尖底(knife-edge)尖底(knife-edge)滾子(roller)滾子(roller)平底(flat-face)曲面曲面維持高副接觸的方式力封閉(force-closed)重力、彈簧力力封閉(force-closed)重力、彈簧力形封閉(form-closed)溝槽式、等寬、等徑、共軛凸輪形封閉(form-closed)溝槽式凸輪共軛凸輪機(jī)構(gòu)16Back概述凸輪機(jī)構(gòu)的基本名詞術(shù)語基圓(r0)、推程rise、回程fall、行程(h)、休止/停歇段dwell推程運(yùn)動(dòng)角(Φ)、回程運(yùn)動(dòng)角(Φ’)遠(yuǎn)休止角(Φs)、近休止角(Φ’s)凸輪轉(zhuǎn)角(φ)、從動(dòng)件的位移(s)凸輪運(yùn)動(dòng)4種類型概述

RDFD型(Rise-Dwell-Fall-Dwell)RFD型(Rise-Fall-Dwell)RF型(Rise-Fall)

RDF型(Rise-Dwell-Fall)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)指定的升程、回程及停歇要求，設(shè)計(jì)從動(dòng)件時(shí)序圖，確定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)選型根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求，選擇適用的凸輪與從動(dòng)件類型考慮幾何尺寸限制、環(huán)境及成本要求機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)確定凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)（基圓、最大壓力角、滾子半徑/平底寬度等）凸輪廓線求解利用圖解法或解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線機(jī)構(gòu)性能分析校核分析凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角、曲率半徑、尺寸約束等凸輪設(shè)計(jì)過程凸輪機(jī)構(gòu)選型從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)性能校核概述凸輪廓線求解19從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)多項(xiàng)式類運(yùn)動(dòng)規(guī)律三角函數(shù)類運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合型運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)（凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)）Back等速(ConstantVelocityMotion)等加速等減速(ConstantAccelerationMotion)五次多項(xiàng)式(3-4-5PolynomialMotion)簡諧運(yùn)動(dòng)(SimpleHarmonicMotion)：余弦擺線運(yùn)動(dòng)(CycloidalMotion)：正弦20一般形式從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)多項(xiàng)式類的運(yùn)動(dòng)規(guī)律21從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)多項(xiàng)式類的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律剛性沖擊推程邊界條件為22回程邊界條件為從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)多項(xiàng)式類的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律23從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)多項(xiàng)式類的運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程邊界條件為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律作等加速運(yùn)動(dòng)24從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)多項(xiàng)式類的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律柔性沖擊邊界條件為作等減速運(yùn)動(dòng)25回程從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)多項(xiàng)式類的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程26從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)多項(xiàng)式類的運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律邊界條件為27回程高速凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)多項(xiàng)式類的運(yùn)動(dòng)規(guī)律五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律28三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律：從動(dòng)件的加速度按余弦曲線或正弦曲線變化。從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)三角函數(shù)類運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度：簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律（SimpleHarmonicMotion）正弦加速度：擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律（CycloidalMotion）簡余擺正（撿魚擺正）從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)三角函數(shù)類運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度在行程始、終點(diǎn)有突變，這會(huì)引起柔性沖擊。但在無休止角的升—降—升凸輪機(jī)構(gòu)中，在連續(xù)的運(yùn)動(dòng)中則無沖擊發(fā)生。柔性沖擊簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律(余弦加速度simpleharmonicmotionfunction)30回程從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)三角函數(shù)類運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律(余弦加速度simpleharmonicmotionfunction)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)三角函數(shù)類運(yùn)動(dòng)規(guī)律擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律(正弦加速度,cycloidalmotionfunction)推程沖擊？由于加速度沒有突變，因而在運(yùn)動(dòng)中沒有沖擊?？稍谳^高速度工況下使用。1599年伽利略命名最速降線問題的解32回程從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)Back三角函數(shù)類運(yùn)動(dòng)規(guī)律擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律(正弦加速度,cycloidalmotionfunction)推程33從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)（組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)）1)從動(dòng)件的最大速度要vmax

盡量小。2)從動(dòng)件的最大加速度要amax盡量小。3)從動(dòng)件的最大躍度要jmax盡量小。

vmax、amax

、jmax的值越小越好，但相互矛盾相互制約。Back幾種基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性值動(dòng)量

mv：受阻時(shí)產(chǎn)生極大沖力。從動(dòng)件質(zhì)量m較大時(shí)，選vmax小者。慣性力

ma：接觸應(yīng)力大，影響強(qiáng)度、加劇磨損。高速凸輪機(jī)構(gòu)，選amax小者。341)選擇一種基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律為主體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后用其他運(yùn)動(dòng)規(guī)律與之組合，通過優(yōu)化對比，尋求最佳的組合型式。（主輔結(jié)合）2)在行程的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，有較好的邊界條件。（啟停柔和）3)不同運(yùn)動(dòng)規(guī)律的連接點(diǎn)處，要滿足位移、速度、加速度甚至更高一階導(dǎo)數(shù)的連續(xù)。（段間接續(xù)）4)各段不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要有較好的動(dòng)力性能和工藝性。從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)組合型運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合原則Back35凸輪輪廓曲線的求解凸輪機(jī)構(gòu)的相對運(yùn)動(dòng)原理凸輪輪廓曲線凸輪廓線的求解36Back凸輪輪廓曲線的求解凸輪機(jī)構(gòu)的相對運(yùn)動(dòng)原理（反轉(zhuǎn)法）凸輪運(yùn)轉(zhuǎn)凸輪靜止相對關(guān)系37凸輪輪廓曲線的求解凸輪輪廓曲線對心尖底直動(dòng)從動(dòng)件①選定基圓半徑r0，畫出基圓；②等分位移曲線，確定設(shè)計(jì)點(diǎn)；③應(yīng)用反轉(zhuǎn)法逐點(diǎn)作圖確定各接觸點(diǎn)位置B0，B1，B2，……；④光滑連接B0，B1，B2，……點(diǎn)，就得所要設(shè)計(jì)的凸輪廓線。38凸輪輪廓曲線的求解凸輪輪廓曲線對心尖底直動(dòng)從動(dòng)件39凸輪輪廓曲線的求解凸輪輪廓曲線直動(dòng)滾子從動(dòng)件凸輪廓線的求解直動(dòng)平底從動(dòng)件凸輪輪廓曲線的求解凸輪廓線的求解擺動(dòng)滾子從動(dòng)件理論廓線實(shí)際廓線凸輪輪廓曲線的求解凸輪廓線的求解擺動(dòng)平底從動(dòng)件凸輪輪廓曲線的求解43刀具中心軌跡的坐標(biāo)計(jì)算凸輪廓線的加工凸輪輪廓曲線的求解44凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)有哪些參數(shù)？機(jī)構(gòu)：壓力角凸輪：基圓大小從動(dòng)件：滾子大小平底寬度偏置方向偏距大小45凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角直動(dòng)從動(dòng)件的壓力角（取減號(hào)）凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角（取加號(hào)）凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)擺動(dòng)從動(dòng)件的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)50凸輪機(jī)構(gòu)的許用壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角要小于許用壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)51直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的設(shè)計(jì)—基圓半徑壓力角與基圓半徑是一對矛盾凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)52凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的設(shè)計(jì)—基圓半徑直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪按全部廓線外凸的條件設(shè)計(jì)令凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的設(shè)計(jì)—滾子半徑、平底寬度53滾子：強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)特性平底：處處與凸輪接觸附加長度Δl由具體結(jié)構(gòu)定。一般取Δl＝5~7mm強(qiáng)度要求：運(yùn)動(dòng)特性要求：不發(fā)生運(yùn)動(dòng)失真凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)54從動(dòng)件偏置方向：減小壓力角一般情況下：從動(dòng)件速度最大值

機(jī)構(gòu)壓力角最大值偏距e

增大，有利于減小壓力角凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的設(shè)計(jì)—偏距凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容與基本要求第九章凸輪機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)(Objective)能描述凸輪機(jī)構(gòu)的常用類型(classification/construction)能解釋從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律；能按給定運(yùn)動(dòng)要求設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)重點(diǎn)(Keypoints)

（1）凸輪運(yùn)動(dòng)特性(kinematiccharacteristics)（2）從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律/曲線(timingdiagram/motionprogram)（3）凸輪輪廓線的設(shè)計(jì)(camdesign)基本概念(Basicconcept)

基圓(basecircle)、壓力角(pressureangle)、理論廓線(pitchcurve)、實(shí)際廓線(camprofile)、推程/角(rise)、回程/角(fall)、行程(lift)56思考題4—1凸輪的基圓半徑是指凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心到理論廓線的量小半徑，還是指凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心到實(shí)際廓線的最小半徑?4—2如何理解從動(dòng)件某一位移時(shí)的凸輪的轉(zhuǎn)角?從動(dòng)件在升程和回程階段的凸輪轉(zhuǎn)角如何度量?4—3直動(dòng)滾子從動(dòng)件、尖底從動(dòng)件、平底從動(dòng)件的升程階段和回程階段位移如何度量?4—4