1、2020/9/23,編制：呂亞清,1,機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ),主講：呂亞清 機(jī)電工程學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)研究室,2020/9/23,編制：呂亞清,2,第三章 凸輪機(jī)構(gòu)Cam Mechanisms,凸輪機(jī)構(gòu)常用于將主動(dòng)件的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)件的往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)，能使從動(dòng)件獲得任意預(yù)先給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因而廣泛用于各種機(jī)械、儀表和操作裝置中。,2020/9/23,編制：呂亞清,3,第三章 凸輪機(jī)構(gòu)Cam Mechanisms,31凸輪機(jī)構(gòu)的組成、應(yīng)用和分類(lèi) 32從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 33圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 34凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題,2020/9/23,編制：呂亞清,4,一、組成,由三個(gè)構(gòu)件組成的一種高副機(jī)構(gòu) 凸輪c

2、am：具有曲線(xiàn)輪廓或凹槽的構(gòu)件 推桿/ 從動(dòng)件follower，運(yùn)動(dòng)規(guī)律由凸輪廓線(xiàn)和運(yùn)動(dòng)尺寸決定 機(jī)架 frame,內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu),31凸輪機(jī)構(gòu)的組成、應(yīng)用和分類(lèi),2020/9/23,編制：呂亞清,5,二、特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊 設(shè)計(jì)方便 缺點(diǎn)： 點(diǎn)、線(xiàn)接觸，易磨損，不適合高速、重載,2020/9/23,編制：呂亞清,6,三、分類(lèi)及應(yīng)用,按凸輪的形狀分 按從動(dòng)件的形狀分 按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分 按從動(dòng)件的布置形式分 按凸輪與從動(dòng)件維持高副接觸的方法分 小結(jié),2020/9/23,編制：呂亞清,7,1 . 按凸輪的形狀分,盤(pán)形凸輪plate, 應(yīng)用 凸輪呈向徑變化的盤(pán)形

3、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 應(yīng)用最廣泛 移動(dòng)凸輪traslating, 應(yīng)用 凸輪呈板型, 直線(xiàn)移動(dòng),圓柱凸輪cylindrical, 應(yīng)用 空間凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪輪廓做在圓柱體上 空間運(yùn)動(dòng),2020/9/23,編制：呂亞清,8,2. 按從動(dòng)件的形狀分,尖頂推桿 Knife-edge 尖頂始終能夠與凸輪輪廓保持接觸，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 易磨損，只宜用于輕載、低速 滾子推桿 Roller 耐磨、承載大，較常用,平底推桿 Flat-faced 接觸面易形成油膜，利于潤(rùn)滑，常用于高速運(yùn)動(dòng) 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,平底推桿,2020/9/23,編制：呂亞清,9,3 . 按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)

4、形式分,直動(dòng)推桿translating 往復(fù)移動(dòng) 軌跡為直線(xiàn),擺動(dòng)推桿oscillating 往復(fù)擺動(dòng) 軌跡為圓弧,直動(dòng)推桿,擺動(dòng)推桿,動(dòng)畫(huà),2020/9/23,編制：呂亞清,10,4 . 按從動(dòng)件的布置形式分,對(duì)心in-line直動(dòng)推桿,偏置offset直動(dòng)推桿,2020/9/23,編制：呂亞清,11,5.按凸輪與從動(dòng)件維持高副接觸的方法分,力封閉型（力鎖合） Force-closed,形封閉型（形鎖合） Form-closed,2020/9/23,編制：呂亞清,12,6. 小結(jié),一般凸輪機(jī)構(gòu)的命名原則: 布置形式+運(yùn)動(dòng)形式+推桿形狀+凸輪形狀,對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),偏置直動(dòng)滾子推桿

5、盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),擺動(dòng)平底推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),2020/9/23,編制：呂亞清,13,31從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 Follower Motion Curves,凸輪與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系 從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律,2020/9/23,編制：呂亞清,14,1.基圓、基圓半徑 rb,2.向徑 r,3. 推程、推程角 ,4. 上停程 (遠(yuǎn)休) 上停程角 (遠(yuǎn)休止角) s,5. 回程、回程角 ,6. 下停程 (近休) 下停程角 (近休止角) s,7. 轉(zhuǎn)角、位移S,8. 行程 (升程)h total follower travel or lift,r,S,h,s,一.凸輪與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,2020/9/23,編制：呂

6、亞清,15,一.凸輪與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系（續(xù)）,可見(jiàn): 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是與凸輪輪廓曲線(xiàn)的形狀相對(duì)應(yīng)的。,從動(dòng)件位移s、速度、加速度a隨凸輪轉(zhuǎn)角（時(shí)間t）的變化規(guī)律，稱(chēng)為從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,2020/9/23,編制：呂亞清,16,1. 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律Constant Velocity Motion Curve (直線(xiàn)位移運(yùn)動(dòng)規(guī)律、 一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律),S,d,d0,H,V,d,d0,a,d,Hw,d0,d0,特點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、勻速進(jìn)給、amax 最大。 始點(diǎn)、末點(diǎn)有剛性沖擊。,二.從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律,2020/9/23,編制：呂亞清,17,2. 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律Constant Accelera

7、tion and Deceleration (拋物線(xiàn)位移運(yùn)動(dòng)規(guī)律、二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律),S,d,d0,H,V,d,d0,a,d,2Hw,d0,d0,4Hw2,d0,d0,H,特點(diǎn): amax 最小, 慣性力小。,起、中、末點(diǎn)有軟性(柔性） 沖擊.,S,d,2020/9/23,編制：呂亞清,18,a,d,3.余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律Cosine Acceleration (簡(jiǎn)諧Simple Harmonic運(yùn)動(dòng)位移運(yùn)動(dòng)規(guī)律),d0,H,0 1 2 3 4 5 6 7 8,1,2,3,4,5,6,7,8,S,d,V,d,0 1 2 3 4 5 6 7 8,d0,pHw,2d0,0,1,2,3,4,5,6

8、,7,8,p2Hw2,2d02,0,1,2,3,4,5,6,特點(diǎn): 加速度變化連續(xù)平緩. 始、末點(diǎn)有軟性沖擊.,0 1 2 3 4 5 6 7 8,d0,7,8,2020/9/23,編制：呂亞清,19,a,d,d0,pHw2,d02,0,1,2,4,6,7,8,0 1 2 3 4 5 6 7 8,3,4.正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 Sine Acceleration,V,d,2Hw,d0,0,1,2,3,4,6,8,d0,0 1 2 3 4 5 6 7 8,5,5,7,H,p,特點(diǎn)： 加速度變化連續(xù). amax 最大.,(擺線(xiàn)投影位移運(yùn)動(dòng)Cycloid Motion規(guī)律),d0,1 2 3 4 5 6

9、 7 8,d,H,1,2,3,4,5,6,S,7,0,0,2020/9/23,編制：呂亞清,20,解析法、作圖法 相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理法:(也稱(chēng)反轉(zhuǎn)法):principle of inversion 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)施加-運(yùn)動(dòng),此時(shí)，凸輪保持不動(dòng) 推桿作復(fù)合運(yùn)動(dòng)=反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(-) +預(yù)期運(yùn)動(dòng)(s),33圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓Graphical Synthesis of the cam Contour,一、凸輪廓線(xiàn)設(shè)計(jì)的基本原理,2020/9/23,編制：呂亞清,21,二、作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線(xiàn),作圖步驟： 1 根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：作出位移線(xiàn)圖S2-1，并等分角度 2 定基圓 3 作出推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置

10、4 據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，求出從動(dòng)件在預(yù)期運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置 5 將兩種運(yùn)動(dòng)復(fù)合，就求出了從動(dòng)件尖端在復(fù)合運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的位置點(diǎn) 6 將各位置點(diǎn)聯(lián)接成光滑的曲線(xiàn) 7 在理論輪廓上再作出凸輪的實(shí)際輪廓,1 對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 2 對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 3 對(duì)心直動(dòng)平底推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 4 偏置直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 5 擺動(dòng)推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 6 小結(jié),2020/9/23,編制：呂亞清,22,1 對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)Plate Cam with in-line Translating Knife-edge Follower,已知：r0，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 設(shè)計(jì)：凸

11、輪廓線(xiàn),解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推桿位移曲線(xiàn) 3. 確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置 4. 確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置 5. 推桿高副元素族 6. 推桿高副元素的包絡(luò)線(xiàn),2020/9/23,編制：呂亞清,23,2 對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),已知：r0，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滾子半徑rr, 凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 設(shè)計(jì)：凸輪廓線(xiàn),解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推桿位移曲線(xiàn) 注：兩條廓線(xiàn)，理論實(shí)際廓線(xiàn) 實(shí)際廓線(xiàn)基圓rmin 理論廓線(xiàn)基圓r0 3. 確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置 4. 確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置 5. 推桿高副元素族 6. 推桿高副元素的包絡(luò)線(xiàn),2020/9/23,

12、編制：呂亞清,24,3 對(duì)心直動(dòng)平底推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),已知：r0，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 設(shè)計(jì)：凸輪廓線(xiàn),解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推桿位移曲線(xiàn) 3. 確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置 4. 確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置 5. 推桿高副元素族 6. 推桿高副元素的包絡(luò)線(xiàn),了解,2020/9/23,編制：呂亞清,25,4 偏置直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),已知：r0，偏置圓半徑e，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪 逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 設(shè)計(jì)：凸輪廓線(xiàn),解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推桿位移曲線(xiàn) 偏距圓、基圓 3. 確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置 4. 確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置 5. 推桿

13、高副元素族 6. 推桿高副元素的包絡(luò)線(xiàn),了解,2020/9/23,編制：呂亞清,26,5 擺動(dòng)推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),分析：,2020/9/23,編制：呂亞清,27,擺動(dòng)推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),已知：r0，機(jī)架長(zhǎng)度，推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 設(shè)計(jì)：凸輪廓線(xiàn),解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推桿位移曲線(xiàn) 3. 確定推桿反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置 4. 確定推桿預(yù)期運(yùn)動(dòng)占據(jù)的各位置 5. 推桿高副元素族 6. 推桿高副元素的包絡(luò)線(xiàn),2020/9/23,編制：呂亞清,28,6 小結(jié),應(yīng)用反轉(zhuǎn)法時(shí)應(yīng)注意： 要能正確理解凸輪實(shí)際廓線(xiàn)和理論廓線(xiàn)的關(guān)系 要正確確定推桿的反轉(zhuǎn)方向 正確確定推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中占

14、據(jù)的位置 直動(dòng)推桿：推桿在反轉(zhuǎn)前后兩位置線(xiàn)的夾角應(yīng)等于凸輪的轉(zhuǎn)角 擺動(dòng)推桿：反轉(zhuǎn)前后推桿擺動(dòng)中心和凸輪軸心的兩連線(xiàn)之間的夾角應(yīng)等于凸輪的轉(zhuǎn)角 正確確定推桿的位移或擺角 直動(dòng)推桿：位移等于推桿所在位置與理論廓線(xiàn)的交點(diǎn)和與基圓交點(diǎn)之間的距離 擺動(dòng)推桿：角位移等于推桿所在位置與推桿起始位置之間的夾角,2020/9/23,編制：呂亞清,29,實(shí)際廓線(xiàn)曲率半徑：a 理論廓線(xiàn)曲率半徑： 滾子半徑： rr 1 內(nèi)凹凸輪廓線(xiàn) a= +rr 理論廓線(xiàn)最小 結(jié)論：無(wú)論滾子半徑多大，總能由理論廓線(xiàn)得到實(shí)際廓線(xiàn),一、滾子半徑的選擇,2 外凸凸輪廓線(xiàn) a= -rr rr，a0，實(shí)際廓線(xiàn)平滑 =rr，a=0，實(shí)際廓線(xiàn)變尖

15、 rr，a0，實(shí)際廓線(xiàn)出現(xiàn)交叉，切割， 運(yùn)動(dòng)失真,a= -rr0,a= +rr,rr,a= -rr0, = rr,a= -rr0, rr,34凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題,2020/9/23,編制：呂亞清,30,結(jié)論:,內(nèi)凹凸輪廓線(xiàn)： 滾子半徑無(wú)限制 外凸凸輪廓線(xiàn)： 理論輪廓的最小曲率半徑大于滾子半徑, 即minrr 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證amin = min -rr a =35 mm,2020/9/23,編制：呂亞清,31,1.壓力角a 與驅(qū)動(dòng)力 F,a,a F2 F1 效率 當(dāng) a 大于一定值, 將自鎖. 一般, 推程 a = 30 (移動(dòng)) 35 45 (擺動(dòng)) 回程 a = 70 80,a 過(guò)

16、大將造成滑脫,二.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角,F2,F1,F,F1F （有效分力）,F2F （有害分力）,2020/9/23,編制：呂亞清,32,2.壓力角與基圓半徑,基圓r0 越小 結(jié)構(gòu)緊湊 壓力角 效率 原則 max ,基圓越大凸輪推程廓線(xiàn)越平緩壓力角越小； 基圓越小，凸輪推程廓線(xiàn)越陡峭，壓力角越大；導(dǎo)致磨損加劇，甚至引起機(jī)構(gòu)自鎖。,2020/9/23,編制：呂亞清,33,2. 壓力角 a 與基圓半徑 r0（續(xù)）,tga = ,CPBC,=,OP - OC,BC,其中： 據(jù)三心定理 VP1 = VP2, OC = e, BC =,即: OPw = V,得: OP = V/w,S + S0,= S +,r02 - e2,從而 tga =,V/w - e,S +,r02 - e2,C,B,P,a,1,2,3,S0,顯然, R0 a ,3. 偏置方向與壓