項(xiàng)目一機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)(載體：牛頭刨床）任務(wù)3凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3-1凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)與應(yīng)用3-3盤(pán)狀凸輪輪廓設(shè)計(jì)3-2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律3-4凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題一、凸輪機(jī)構(gòu)的作用

凸輪機(jī)構(gòu)能將主動(dòng)件的連續(xù)等速運(yùn)動(dòng)變?yōu)閺膭?dòng)件的往復(fù)變速運(yùn)動(dòng)或間歇運(yùn)動(dòng)。在自動(dòng)機(jī)械、半自動(dòng)機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛。應(yīng)用：內(nèi)燃機(jī)

、送料機(jī)、牙膏生產(chǎn)等自動(dòng)線、補(bǔ)鞋機(jī)、配鑰匙機(jī)等?！?－1從動(dòng)件的分類(lèi)與應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)缺點(diǎn):點(diǎn)接觸或線接觸，易磨損，通常用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：從動(dòng)件與凸輪輪廓為高副接觸傳動(dòng)，因此可精確實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，簡(jiǎn)單緊湊。凸輪從動(dòng)件機(jī)架2．按從動(dòng)件（推桿）的結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)二凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)1．按凸輪的形狀分類(lèi)1．按凸輪的形狀分類(lèi)（1）盤(pán)形凸輪：最基本型式。凸輪繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)并且具有變化半徑的盤(pán)形零件。（3）圓柱凸輪：將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體即成為圓柱凸輪。（2）移動(dòng)凸輪：盤(pán)形凸輪相對(duì)機(jī)架作直線運(yùn)動(dòng)。

右圖所示為內(nèi)燃機(jī)中啟閉進(jìn)氣閥的凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪以等角速度回轉(zhuǎn)時(shí)，它的輪廓驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件進(jìn)排氣閥推桿規(guī)律性往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而按預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律啟閉閥門(mén)。盤(pán)形凸輪：例一盤(pán)形凸輪舉例：

右圖為繞線機(jī)中用于排線的凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)繞線軸快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)螺旋齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)凸輪緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)凸輪輪廓與尖頂之間的作用，驅(qū)使從動(dòng)件往復(fù)搖動(dòng)，因而使線均勻地繞在繞線軸上。繞線機(jī)中用于排線的凸輪機(jī)構(gòu)盤(pán)形凸輪：例二

自動(dòng)排線繞線機(jī)自控車(chē)床刀架移動(dòng)機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)的組合體凸輪式的機(jī)械手送料機(jī)構(gòu)仿形車(chē)削凸輪機(jī)構(gòu)凸輪靠模的理論廓線跟工件的素線一致移動(dòng)凸輪舉例作者：潘存云教授3皮帶輪5卷帶輪錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)1放音鍵2摩擦輪413245放音鍵卷帶輪皮帶輪摩擦輪錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)送料凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪舉例

圓柱凸輪與動(dòng)力頭連接在一起，它們可以在機(jī)架上作往復(fù)移動(dòng)。滾子的軸固定在機(jī)架上，滾子放在圓柱凸輪的凹槽中。凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于滾子的軸是固定在機(jī)架上的，故凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)動(dòng)力頭在機(jī)架上作往復(fù)移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的鉆削。驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭在機(jī)架上移動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)2．按從動(dòng)件（推桿）的結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)二凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)1．按凸輪的形狀分類(lèi)（1）尖頂從動(dòng)件：結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，易磨損，僅適用于作用力很小的低速凸輪機(jī)構(gòu)，如儀表機(jī)構(gòu)。（2）滾子從動(dòng)件：磨損小，可以承受較大的載荷，應(yīng)用最普遍。（3）平底從動(dòng)件：凸輪對(duì)從動(dòng)件的作用力始終垂直于端平面，傳動(dòng)效率高，且接觸面間容易形成油膜，利于潤(rùn)滑，故常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。但不能用于有凹曲線的凸輪機(jī)構(gòu)中。（4）球面底從動(dòng)件：這是尖端從動(dòng)件的改進(jìn)形式，較尖端從動(dòng)件不易磨損。1與連桿機(jī)構(gòu)相比，凸輪機(jī)構(gòu)最大的缺點(diǎn)是

。A．慣性力難以平衡B．點(diǎn)、線接觸，易磨損C．設(shè)計(jì)較為復(fù)雜

D．不能實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)2與其他機(jī)構(gòu)相比，凸輪機(jī)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是

。A．可實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律B．便于潤(rùn)滑C．制造方便，易獲得較高的精度D．從動(dòng)件的行程可較大

即是從動(dòng)件的位移s、速度v和加速度a隨時(shí)間t變化的規(guī)律。當(dāng)凸輪作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其轉(zhuǎn)角Φ

與時(shí)間t成正比（Φ

=

t），所以從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律也可以用從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨凸輪轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律來(lái)表示，即s=s（Φ

），v=v（Φ

），a=a（Φ

）。通常用從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)線圖直觀地表述這些關(guān)系?！?－2從動(dòng)件的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律ΦsΦ’AΦ’Φ

sΦ’sΦΦ作者：潘存云教授ot

δ

s名詞術(shù)語(yǔ)：基圓、基圓半徑、推程、推程角、升程遠(yuǎn)停程、遠(yuǎn)停程角、回程、回程角、近停程、近停程角、行程。一個(gè)循環(huán)rdhΦ’sDBCB’尖頂移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的速度v0＝h／t0s=

v0t凸輪轉(zhuǎn)角ψ=ωtt0=Φ/ω推程運(yùn)動(dòng)方程：2等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

從動(dòng)件在升程h的前半段為等加速，而后半段為等減速。兩段升程所需的時(shí)間必相等，即凸輪轉(zhuǎn)角均為Φ/2；兩段升程也必相等，即均為h/2。等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律(從動(dòng)件在回程的前半段為等加速，而后半段為等減速運(yùn)動(dòng),試?yán)L出位移線圖。)訓(xùn)練:已知從動(dòng)件升程h＝30mm，凸輪轉(zhuǎn)角φ從0°～150°時(shí)從動(dòng)件等速運(yùn)動(dòng)上升到最高位置；在150°～180°時(shí)從動(dòng)件在最高位置不動(dòng)；從180°～300°時(shí)從動(dòng)件以等加速等減速運(yùn)動(dòng)返回；在300°～360°時(shí)，從動(dòng)件在最低位置不動(dòng)。試?yán)L出從動(dòng)件的位移線圖。等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律前半程AB等加速運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為后半程BC等減速運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律（余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律）

4.擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律

習(xí)題在此，先繪制運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線1.凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理§3－3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)2.用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線1)對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪2)對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云一、凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理反轉(zhuǎn)原理：依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線

給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以-ω時(shí)，不影響各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件尖頂復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線。O-ω3’1’2’331122ω二、圖解法設(shè)計(jì)（繪制）盤(pán)形凸輪輪廓作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云60°r0120°-ωω1’已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓r0。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖頂在各等分點(diǎn)的位置。④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。1.對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪1’3’5’7’8’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’90°90°A187654321413121110960°120°90°90°135789111315sδ9’11’13’12’14’10’作出位移線圖首先，把滾子中心看作尖頂從動(dòng)件的尖頂，按照上面的方法畫(huà)出一條輪廓曲線—理論輪廓。再以理論輪廓上各點(diǎn)為中心，以滾子半徑為半徑，畫(huà)一系列圓，最后作這些圓的包絡(luò)線，它便是滾子從動(dòng)件凸輪的實(shí)際輪廓。2.對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云sδ911131513578r0A120°-ω1’設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓r0。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’60°90°90°1876543214131211109理論輪廓實(shí)際輪廓⑤作各位置滾子圓的內(nèi)包絡(luò)線。已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。60°120°90°90°ω對(duì)心直動(dòng)平底推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)

由作圖過(guò)程可知:1、滾子從動(dòng)件凸輪的基圓是指凸輪理論輪廓曲線上的基圓。2、凸輪理論輪廓曲線與實(shí)際輪廓曲線是等距曲線。訓(xùn)練已知凸輪基圓半徑為27mm，角速度為ω，滾子半徑為2.5mm，從動(dòng)件升程h＝30mm，凸輪轉(zhuǎn)角φ從0°～150°時(shí)從動(dòng)件等速運(yùn)動(dòng)上升到最高位置；在150°～180°時(shí)從動(dòng)件在最高位置不動(dòng)；從180°～300°時(shí)從動(dòng)件以等加速等減速運(yùn)動(dòng)返回；在300°～360°時(shí)，從動(dòng)件在最低位置不動(dòng)。試?yán)L出從動(dòng)件的位移線圖。1）取從動(dòng)件為尖頂型，試確定其凸輪輪廓。2）取從動(dòng)件為滾子型，試確定其凸輪輪廓。習(xí)題§3－4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定1.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角2.凸輪基圓半徑的確定3.滾子半徑的確定1.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角壓力角----凸輪對(duì)推桿作用力的方向線與推桿上力作用點(diǎn)的速度方向之間的夾角αα↑→F2↑→機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖工程上要求：αmax

≤[α]直動(dòng)推桿：[α]＝30°擺動(dòng)推桿：[α]＝35°～45°回程：[α]’＝70°～80°↑↑（有害分力）（因受力較小且無(wú)自鎖問(wèn)題，故許用壓力角可取得大些。）

當(dāng)驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件的有效分力F1一定時(shí)，壓力角

越大，則有害分力F2就越大，機(jī)構(gòu)的效率就越低。當(dāng)增大到一定程度，以致F2所引起的摩擦阻力大于有用分力F1時(shí)，無(wú)論凸輪加給從動(dòng)件的作用力多大，從動(dòng)件都不能運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為自鎖。2.凸輪基圓半徑的確定

對(duì)心移動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的諾模圖工程上已求出了最在壓力角和基圓大小的關(guān)系，繪制了諾模圖，可根據(jù)工作要求的許用壓力角確定凸輪的最小基圓半徑，也可根據(jù)所選用的基圓半徑來(lái)校核最大壓力角。

設(shè)計(jì)一對(duì)心移動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，要求當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)推程運(yùn)動(dòng)角Φ=45°時(shí)，從動(dòng)件以簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升h＝14mm，并限定凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角為αmax=30°。試確定凸輪最小基圓半徑rb。例將h＝14mm帶入上式，可得3.滾子半徑的確定作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云ρa(bǔ)－實(shí)際輪廓的曲率半徑，ρ－理論輪廓的曲率半徑，

rT－滾子半徑ρa(bǔ)＝ρ＋rT

輪廓正常ρρa(bǔ)rT由上式可知：實(shí)際輪廓曲率半徑總大于理論輪廓曲率半徑。因而，不論選擇多大的滾子，都能做出實(shí)際輪廓