1、第9章 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計,本章內(nèi)容 9-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類 9-2 推桿的運動規(guī)律 9-3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計 9-4 凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定 本章重點 常用運動規(guī)律的特點 盤形凸輪廓線曲線的設(shè)計,、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用,9-1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用與分類,內(nèi)燃機配氣機構(gòu),自動機床的進(jìn)刀機構(gòu),靠模機構(gòu),繞線機構(gòu)中的凸輪機構(gòu),優(yōu)點: 可實現(xiàn)各種預(yù)期的運動規(guī)律,且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。 缺點：點、線接觸，易磨損，不適合傳遞太大動力。,組 成,特點:,、凸輪機構(gòu)的分類,（1）. 按凸輪的形狀分：,盤形凸輪機構(gòu) 移動凸輪機構(gòu) 圓柱凸輪機構(gòu),尖頂推桿 尖頂始終能夠與凸輪輪廓保持接觸，可實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律 易磨損，只宜用

2、于輕載、低速 滾子推桿 耐磨、承載大，較常用,平底推桿 接觸面易形成油膜，利于潤滑，常用于高速運動 配合的凸輪輪廓必須全部外凸,尖頂推桿,滾子推桿,平底推桿,（2）. 按從動桿形狀分：,尖頂、滾子、平底,直動推桿 往復(fù)移動 軌跡為直線,擺動推桿 往復(fù)擺動 軌跡為圓弧,直動推桿,擺動推桿,（3）.按從動桿運動形式分:,移動（直動）、擺動,對心直動,偏置直動,（4）. 按從動桿與凸輪相對位置分:對心、偏置.,力封閉凸輪機構(gòu) 重力封閉 彈簧力封閉 幾何封閉凸輪機構(gòu),等寬凸輪,凹槽凸輪,（5）、按使凸輪與從動件始終保持接觸的方法分：,一般凸輪機構(gòu)的命名原則: 布置形式+運動形式+推桿形狀+凸輪形狀,對

3、心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu),偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu),擺動平底推桿盤形凸輪機構(gòu),9-2 推桿的運動規(guī)律,推桿的運動規(guī)律:推桿的位移、速度、加速度隨時間的變化規(guī)律,運動線圖: 推桿的位移、速度、加速度隨時間t或凸輪轉(zhuǎn)角 變化關(guān)系圖,基圓(以凸輪輪廓最小向徑所作的圓， r0稱為基圓半徑)， 推程、推程運動角0 遠(yuǎn)休止、遠(yuǎn)休止角01,回程、回程運動角0 近休止、近休止角02 行程（升程）、h,B,C,D,A,基本術(shù)語：,偏置從動件凸輪機構(gòu)： 偏距 e 、偏距圓,1. 推桿常用運動規(guī)律,1.1 多項式運動規(guī)律 一般表達(dá)式 一次多項式運動規(guī)律等速運動規(guī)律 二次多項式運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律 五次

4、多項式運動規(guī)律 1.2 三角函數(shù)運動規(guī)律 余弦加速度運動規(guī)律簡諧運動規(guī)律 正弦加速度運動規(guī)律擺線運動規(guī)律,1.1 多項式運動規(guī)律,推程段(00)運動方程,(1) 一次多項式運動規(guī)律（等速運動規(guī)律）,邊界條件:,C,D,A,剛性沖擊,(1) 一次多項式運動規(guī)律（等速運動規(guī)律）（續(xù)）,運動線圖,(2)二次多項式運動規(guī)律(等加速等減速運動規(guī)律),邊界條件:,推程加速段:,h,h/2 等加速上升,h/2 等減速上升,位移方程,速度方程,加速度方程,推程,運動方程:,推程運動方程:,(2)二次多項式運動規(guī)律 (等加速等減速運動規(guī)律)（續(xù)）,柔性沖擊,1,4,9,0,s,(3)五次多項式運動規(guī)律,推程段(

5、00)運動方程:,邊界條件:,無沖擊,質(zhì)點在圓周上作勻速運動時, 它在直徑上的投影點的運動即為簡諧運動。,(1)余弦加速度運動簡諧運動,1.2 三角函數(shù)運動規(guī)律,(1)余弦加速度運動簡諧運動(續(xù)）,推程(00) 運動方程：,沖擊特性：始、末點有柔性沖擊 但當(dāng)從動件作無停歇的升、降、升的運動時，無沖擊 適用場合：中速中載,a,d,0,h,0 1 2 3 4 5 6 7 8,1,2,3,4,5,6,7,8,s,d,v,d,柔性沖擊,0,0,（）正弦加速度運動擺線運動,當(dāng)滾圓沿縱軸勻速滾動時，圓周上一點的軌跡為一條擺線，此時該點在縱軸上的投影即為擺線運動規(guī)律,0 1 2 3 4 5 6 7 8,s,

6、d,h,0,1.2 三角函數(shù)運動規(guī)律,s,B,A,（）正弦加速度運動擺線運動規(guī)律（續(xù)）,推程 運動方程：,沖擊特性：無沖擊 適用場合：高速輕載,a,d,v,d,0 1 2 3 4 5 6 7 8,s,d,h,0,0,0,1.2 三角函數(shù)運動規(guī)律,表給出了常用運動規(guī)律的速度、加速度和躍度的最大值,三、運動規(guī)律的組合,滿足工作對從動件的特殊運動要求 避免剛性、柔性沖擊 盡可能降低vmax和amax,改進(jìn)梯形加速度,等加速等減速,等速運動,四、選擇運動規(guī)律應(yīng)注意的問題,當(dāng)機械的工作過程只要求推桿實現(xiàn)一定的工作行程，而對運動規(guī)律無特殊要求時: 可考慮選擇圓弧、直線等簡單的曲線, 便于加工； 2. 當(dāng)機

7、械的工作過程對推桿運動規(guī)律有確定要求時： 無選擇余地； 3. 對速度較高的凸輪機構(gòu)，應(yīng)考慮速度、加速度、躍度的最大值vmax 、amax、jmax vmax直接影響從動件系統(tǒng)的最大動能mvmax,若從動件突然被阻止,過大的動量會導(dǎo)致極大的沖擊力,危及人身和設(shè)備安全； amax直接影響從動件系統(tǒng)的最大慣性力mamax , amax愈大,慣性力愈大,作用在高副處的壓力也愈大,機構(gòu)的強度和耐磨性要求也愈高; jmax與慣性力變化相關(guān)，直接影響從動件系統(tǒng)的振動和工作平穩(wěn)性;,1. 凸輪廓線設(shè)計的基本原理,相對運動原理法:(運動學(xué)反轉(zhuǎn)法): 對整個系統(tǒng)施加(-w)運動,凸輪保持不動 推桿作復(fù)合運動:反轉(zhuǎn)

8、運動(-) +往復(fù)移動(s),9-3 凸輪廓線曲線的設(shè)計,(1)、對心尖頂移動從動桿凸輪機構(gòu) 例: 已知 r0、h、 的方向（逆）、從動桿運動規(guī)律如下：,凸輪轉(zhuǎn)角,推桿運動規(guī)律,0180 等速上升 h 180 210 遠(yuǎn)休 210 300 等速下降 h 300 360 近休,解: 1. 以 mS = 作位移曲線.,S,d,0,3600,1800,2100,3000,h,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,2. 以同樣的 mS 作凸輪廓線,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,-w,2. 作圖法設(shè)計凸輪廓廓線,w,w,r0,將滾子中心看成尖頂作凸輪輪廓線0(理論輪廓),理論廓線0,

9、實際廓線,以0各點為圓心作圓(滾子半徑為半徑),作這些圓的包絡(luò)線(實際輪廓),n,n,(2).滾子移動從動桿凸輪輪廓設(shè)計,基圓半徑指的是理論廓線上的最小向徑 .,注意：,已知：r0，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動 設(shè)計：凸輪廓線,(3)、平底(對心直動)從動件,將平底中心看成尖頂作 理論輪廓線一系列點,過各點作作各位置 的平底,作這些平底的包絡(luò)線 實際輪廓,-w1,注意：平底左右側(cè)的長度,(4)、偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu),已知：r0， (逆時針), 偏距e，運動規(guī)律 設(shè)計：凸輪廓線,步驟： 1. 取比例尺l , 畫基圓和偏距圓;,2.按（-）等份偏心圓或基圓,3.作一系列切線,4.在切線

10、上從基圓開始 量相應(yīng)位移,作圖法：,w,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,從動桿運動規(guī)律和凸輪相應(yīng)轉(zhuǎn)角:,例. 已知: r0、L2、L3 、 w1 的方向、,(5)、尖頂擺動從動桿,凸輪轉(zhuǎn)角,從動桿運動規(guī)律,01800 等速上升 ym,1800 2100 遠(yuǎn)休 2100 3000 等速下降 ym 3000 3600 近休,解: 1. 以 my = 作位移曲線.,2. 以 mL = 作凸輪廓線,-w1,4,5,0,1,2,3,y1,y2,y3,L2,(1). 偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu),理論廓線方程:B(x, y),實際廓線方程:B(x, y) 與理論廓線等距，則理論廓線之法線上取

11、rr即為對應(yīng)于B點的B點,cos, sin,“”: 內(nèi)包絡(luò)線 “”: 外包絡(luò)線,法線斜率（切線斜率的負(fù)倒數(shù)）：,3、解析法設(shè)計凸輪廓線,(2). 直動平底推桿盤形凸輪機構(gòu),凸輪與推桿的相對瞬心P,凸輪工作廓線坐標(biāo): B(x, y),P,凸輪工作廓線坐標(biāo): B(x, y),(3). 擺動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu),凸輪工作廓線方程 B(x, y),各種凸輪機構(gòu)均有 x=x() y=y() 按115步長,可得出凸輪廓 線上各點的x, y坐標(biāo)。,9-4 凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定,1.凸輪機構(gòu)的作用力和凸輪機構(gòu)的壓力角,若分母=0,則,自鎖,臨界壓力角,推程許用壓力角,回程許用壓力角,2.凸輪基圓半徑的確定,

12、在滿足壓力角的條件下盡可能的選用較小的基圓半徑,實際工作中:,r0,r孔,rT,r轂,35,按結(jié)構(gòu)要求,r0 = r轂 + rT + (35) mm,其中, 輪轂半徑,r轂= 1.75 r孔+ (57) mm,(1) 內(nèi)凹凸輪廓線 a = + rr 理論廓線最小 結(jié)論：無論滾子半徑多大，總能由理論廓線得到實際廓線,3.1滾子半徑的選擇,a= +rr,rr,a= -rr0,3.滾子推桿滾子半徑的選擇及平底推桿平底尺寸的確定,(2) 外凸凸輪廓線 a= -rr rr，a0 實際廓線平滑,(2) 外凸凸輪廓線（續(xù)） =rr，a=0 實際廓線變尖 rr，a0 實際廓線出現(xiàn)交叉，切割， 運動失真,a=

13、-rr=0,a= -rr0, = rr, rr,一般: rT 35 mm,3.2平底推桿平底尺寸的確定,-w1,P,平底長:,4.偏置從動件偏置方向的確定,凸輪逆時針轉(zhuǎn)動, 從動桿應(yīng)右偏置;(正偏)凸輪順時針轉(zhuǎn)動, 從動桿應(yīng)左偏置. (負(fù)偏),C,B,P,a,1,2,3,S0,e,r0,平底從動件壓力角,=0,tga =,V/w - e,S +,r02 - e2,a,圖示為偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu),凸輪逆時針旋轉(zhuǎn)，試在圖上標(biāo)出： 1) 、凸輪的基圓，并標(biāo)出基圓半徑r0； 2) 、從動件由初始位置到圖示位置的升程s； 3) 、從動件的最大行程h ； 4)、推程運動角 ；回程運動角 。 5）、輪

14、廓上D點與從動件接觸時的壓力角,r0,s,h,D,課堂練習(xí),0,0,r0,D,0,圖示為偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu),凸輪逆時針旋轉(zhuǎn)，試在圖上標(biāo)出： 1) 、凸輪的基圓，并標(biāo)出基圓半徑r0； 2) 、從動件由初始位置到圖示位置的升程s； 3) 、從動件的最大行程h ； 4)、推程運動角 ；回程運動角 。 5）、輪廓上D點與從動件接觸時的壓力角,r0,s,h,D,課堂練習(xí),0,0,A,O,r0,在圖示凸輪機構(gòu)中，凸輪為偏心輪，試在圖上標(biāo)出: 1)凸輪機構(gòu)的名稱; 2)標(biāo)出凸輪的合理轉(zhuǎn)向; 3)畫出凸輪的基圓半徑； 4）從動件由初始位置到圖示位置凸輪所轉(zhuǎn)過的 角度 及從動件的位移S； 5）推桿的升程

15、h；,偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu),S,h,B,課堂練習(xí),在圖示凸輪機構(gòu)中，凸輪為偏心輪，轉(zhuǎn)向如圖。試在圖上標(biāo)出: ）從動件由初始位置到圖示位置凸輪所轉(zhuǎn)過的 角度及從動件的位移S； ）當(dāng)滾子與B點接觸時的從動件壓力角； ）畫出凸輪的基圓半徑r0； ）找出出現(xiàn)最大壓力角的機構(gòu)位置,并標(biāo)出；,B,r0,S,max,圖示為滾子擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)，請根據(jù)相對運動原理畫出：,當(dāng)凸輪從圖示位置逆時針轉(zhuǎn)過60時，從動件的位置和接觸點處的壓力角。,A,B,圖示為偏心凸輪機構(gòu)，凸輪轉(zhuǎn)向如圖，試在圖上標(biāo)出： 1、凸輪機構(gòu)的推程角 ,推桿的最大擺角 2、從動件在推程中由最低位置到圖示位置凸輪所轉(zhuǎn)過的角 度；從

16、動件的相應(yīng)擺角； 3、圖示位置的壓力角;,O,C,A,O,C,A,C0,C1,A0,A1,選擇題 (1)盤形凸輪機構(gòu)的壓力角恒等于常數(shù)。 A擺動尖頂推桿 B. 直動滾子推桿 ; C擺動平底推桿 D. 擺動滾子推桿 ; (2)對于直動推桿盤形凸輪機構(gòu)來講，在其他條件相同的情況下偏置直動推桿與對心直動推桿相比，兩者在推程段最大壓力角的關(guān)系為 。 A偏置直動推桿比對心直動推桿大 ; B. 對心直動推桿比偏置直動推桿大 C一樣大 D. 不一定 (3)下述幾種規(guī)律中, 既不會產(chǎn)生柔性沖擊也不會產(chǎn)生剛性擊，可用于高速場合。 A等速運動規(guī)律 B正弦加速運動規(guī)律 C等加速等減速運動規(guī)律 D. 余弦加速運動規(guī)律

17、 (4)對心直動尖頂盤形凸輪機構(gòu)的推程壓力角超過許用值時，可采用 措施來解決。 A增大基圓半徑 B. 改為滾子推桿 C. 改變凸輪轉(zhuǎn)向 D. 改為偏置直動尖頂推桿,(5)當(dāng)凸輪機構(gòu)的推桿推程按等加速等減速規(guī)律運動時推程開始和結(jié)束 位置。 A存在剛性沖擊 B. 存在柔性沖擊 C. 不存在沖擊 (6)若增大凸輪機構(gòu)的推程壓力角，則該凸輪機構(gòu)的凸輪基圓半徑將 ，推桿上所受的有害分力將。 A增大 B減小 C不變 (7) 尖頂推桿凸輪機構(gòu)中，基圓的大小會影響 A推桿的位移 B推桿的速度 C推桿的加速度 D. 凸輪機構(gòu)的壓力角 (8)設(shè)計滾子推桿盤狀凸輪輪廓線時，若將滾子半徑加大，那么凸輪輪 廓線上各點曲率半徑。