第十一章 凸輪機構(gòu)[文字可編輯]

1、第十一章,凸輪機構(gòu),第一節(jié),凸輪機構(gòu)的分類、特點和應(yīng)用,內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu),自動機床進刀凸輪機構(gòu),沖床凸輪機構(gòu),繞線機凸輪機構(gòu),自動車床凸輪機構(gòu),圓柱凸輪輸送機,凸輪機構(gòu)的組成,凸輪、從動件和機架,凸輪機構(gòu)的適用場合,廣泛用于各種機械，特別是自動機械、自動控制裝置和,裝配生產(chǎn)線,凸輪機構(gòu)的優(yōu)點,結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作可靠，可以使從動件準確實現(xiàn)各,種預期的運動規(guī)律，還易于實現(xiàn)多個運動的相互協(xié)調(diào)配合,凸輪機構(gòu)的缺點,凸輪輪廓與從動件之間是高副接觸，易于磨損,一按凸輪形狀的分類,盤形凸輪：凸輪輪廓上的各點到,軸線具有變化向徑的盤形零件,Plate cam,移動凸輪：當盤形凸輪的基圓（基,圓體）為無窮大

2、時，則凸輪由輪廓,上各點到軸線具有變化向徑，演化,為到一條直線具有變化距離，同時,凸輪的轉(zhuǎn)動演化為凸輪的移動,Wedge cam,圓柱凸輪：凸輪的輪廓位于一圓柱體的端面上，可視,為將移動凸輪的側(cè)面圍繞在一圓柱面上而形成,Cylindrical cam,二、按從動件的結(jié)構(gòu)形狀分,尖頂從動件,Knife-edge follower,滾子從動件,Roller follower,平底從動件,Flat-face follower,三、按從動件的運動形式分,擺動從動件,Oscillating follower,移動從動件,Reciprocating follower,四、按移動從動件的導路與凸輪轉(zhuǎn)軸的相對

3、位置分類,力封閉型凸輪機構(gòu),Force-closed cams,彈簧力封閉,Force-closed by preloaded spring,重力封閉,Force-closed by gravity,形封閉型凸輪機構(gòu),Form-closed cams,凹槽凸輪機構(gòu),Plate-groove cam mechanism,等寬凸輪機構(gòu),Constant-breadth cam mechanism,形封閉型凸輪機構(gòu),Form-closed cam mechanism,等徑凸輪機構(gòu),Conjugate yoke radial cam mechanism,共軛凸輪機構(gòu),Conjugate cam mec

4、hanism,r,b,三凸輪機構(gòu)的工作循環(huán)與運動學設(shè)計參數(shù),h,S,S,S,S,D,D,0,B,0,B,s,O,t,360o,基圓,基圓半徑,r,b,推程,推程角,升距,h,遠停,遠停角,s,回程,回程角,近停,近停角,s,B,位移曲線,從動件的,運動線圖,Diagram,of,motion,位移線圖,Displacement,diagram,反映了從動件的位,移,s,隨時間,t,或,凸輪轉(zhuǎn)角,變化,的規(guī)律,速度線圖,Velocity,diagram,反映了從動件的速度,v,隨,時間,t,或,凸輪轉(zhuǎn)角,變化,的規(guī)律,加速度線圖,Acceleration,diagram,反映了從動件的加,速度,

5、a,隨時間,t,或,凸輪轉(zhuǎn)角,變化,的規(guī)律,躍度線圖線,Jerk,diagram,反映了從動件的躍度,j,隨時,間,t,或凸輪轉(zhuǎn)角,變化的規(guī)律,結(jié)論,凸輪輪廓曲線的形狀決定了從動件的運動規(guī)律。要使從,動件實現(xiàn)某種運動規(guī)律，就要設(shè)計出與其相應(yīng)的凸輪輪廓曲,線,凸輪機構(gòu)的運動學設(shè)計參數(shù),推程角,Cam,angle,for,rise,遠停角,Cam,angle,for,outer,dwell,S,回程角,Cam,angle,for,return,近停角,Cam,angle,for,inner,dwell,S,從動件的位移,s,速度,v,加速度,a,躍度,j,凸輪機構(gòu)的基本尺寸,基圓,Base,cir

6、cle,半徑,r,b,移動從動件凸輪機構(gòu)的,偏距,Offset,distance,e,擺動從動件的,桿長,Follower,arm,l,中心距,Center,distance,L,第二節(jié),從動件運動規(guī)律,一、從動件運動規(guī)律,從動件的,運動規(guī)律,Law,of,motion,由,凸輪輪廓曲線,Cam,profile,形狀決定。從動件不同的運動規(guī)律，要求凸,輪具有不同形狀的輪廓曲線,正確選擇和設(shè)計從動件的運動規(guī)律，是凸輪機構(gòu)設(shè)計的,重要環(huán)節(jié),常用運動規(guī)律工程實際中經(jīng)常用到的運動規(guī)律,3,3,3,2,2,2,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d,d

7、,s,t,a,t,a,j,s,t,v,t,v,a,s,t,s,t,s,v,數(shù)學方程式,位移方程,s,f,從動件運動規(guī)律的表示,運動線圖,從動件的常用運動規(guī)律,一,基本運動規(guī)律,基本運動規(guī)律,Fundamental,law,包括,多項式類運動規(guī),律,Law,of,polynomial,motion,和三角函數(shù)類運動規(guī)律,1,多項式類運動規(guī)律,基本運動規(guī)律中,n,3,2,三角函數(shù)類運動規(guī)律,Law,of,trigonometric,function,主要有,余弦加速度運動規(guī)律,Law,of,cosine,acceleration,motion,和,正弦加速度運動規(guī)律,Law,of,sine,acc

8、eleration,motion,s,c,0,c,1,c,2,2,c,3,3,c,n,n,余弦加速度運動規(guī)律,正弦加速度運動規(guī)律,2,cos,1,t,T,c,a,cos,1,c,a,或,2,sin,1,t,T,c,a,2,sin,1,c,a,或,3,幾種常用運動規(guī)律的特點,等速運動規(guī)律,Law,of,constant,velocity,0,a,h,v,h,s,推程,速度曲線不連續(xù)，機,構(gòu)將產(chǎn)生,剛性沖擊,Rigid,impulse,等速運動規(guī)律適,用于低速輕載場合,s,t,v,t,a,t,h,位移線圖,加速度線圖,速度線圖,h,2,h,2,等加速等減速運動規(guī)律,Law,of,constant,

9、acceleration,and,deceleration,加速度曲線不連續(xù)，機構(gòu)將產(chǎn),生,柔性沖擊,Soft impulse,等加速,等減速運動規(guī)律適用于中速輕載場,合,t,a,t,s,4,h,2,2,t,v,2,h,推程,2,2,2,2,2,4,4,2,h,a,h,v,h,s,2,2,2,2,2,4,4,2,h,a,h,v,h,h,s,后半程,前半程,簡諧運動規(guī)律（余弦加,速度運動規(guī)律,t,s,t,a,t,v,v,max,1.57,h,推程,cos,2,sin,2,cos,1,2,2,2,2,h,a,h,v,h,s,加速度曲線不連續(xù)，存在,柔性沖擊。余弦加速度運動,規(guī)律適用于中速中載場合,

10、h,a,max,4.93,h,2,2,擺線運動規(guī)律（正弦加,速度運動規(guī)律,速度曲線和加速度曲,線連續(xù)，無剛性沖擊和柔,性沖擊。正弦加速度運動,規(guī),律,適,用,于,高,速,輕,載,場,合,s,t,t,a,t,v,h,v,max,2,h,a,max,6.28,h,2,2,推程,2,sin,2,2,cos,1,2,sin,2,1,2,2,h,a,h,v,h,s,3,4,5,次多項式運動規(guī)律,Law,of,polynomial,motion,3,2,2,2,4,3,2,5,4,3,120,180,60,30,60,30,6,15,10,h,a,h,v,h,s,推程,t,s,v,a,h,速度曲線和加速度

11、曲線連續(xù)，無剛性沖擊和柔性沖擊,3-4-5,次運動規(guī)律適用于高速中載場合,第三節(jié),盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計,一、凸輪輪廓曲線設(shè)計的基本原理,一,凸輪輪廓曲線的設(shè)計方法,作圖法,解析法,基本原理,反轉(zhuǎn)法原理,凸輪輪廓曲線設(shè)計方法的基本原理,O,s,1,3,5,7,8,60o,120o,90o,90o,A,9,11,13,15,1,3,5,7,8,9,11,13,12,14,10,二,用作圖法設(shè)計凸輪廓線,1,對心尖頂移動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計,已知凸輪的基圓半徑,r,b,凸輪角速,度,和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸,輪輪廓曲線,選比例尺,l,作位移曲線和,基圓,r,b,等分位移曲線及反向等分各運動

12、角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng),于各等分點的從動件的位置,11,確定反轉(zhuǎn)后從動件尖頂在,各等分點占據(jù)的位置,設(shè)計步驟,將各尖頂點連接成一條光滑曲線,O,A,2,對心滾子移動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計,已知凸輪的基圓半徑,r,b,滾子半徑,r,r,凸輪角速度,和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計,該凸輪輪廓曲線,選比例尺,l,作位移曲線和,基圓,r,b,等分位移曲線及反向等分各,運動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分點,的從動件的位置,理論輪廓曲線,實際輪廓曲線,s,1,3,5,7,8,60o,120o,90o,90o,9,11,13,15,1,3,5,7,8,9,11,13,12,14,10,11,確定反轉(zhuǎn)后從動件滾子中心,在

13、各等分點占據(jù)的位置,將各點連接成一條光滑曲線,作滾子圓族及滾子圓族的內(nèi),外,包絡(luò)線,設(shè)計步驟,O,A,3,對心平底移動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計,已知凸輪的基圓半徑,r,b,角速度,和,從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線,選比例尺,l,作位移曲線和,基圓,r,b,設(shè)計步驟,等分位移曲線及反向等分各,運動角，確定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分,點的從動件的位置,s,1,3,5,7,8,60o,120o,90o,90o,9,11,13,15,1,3,5,7,8,9,11,13,12,14,10,11,確定反轉(zhuǎn)后平底與導路中心,線的交點,A,在各等分點占據(jù)的位置,作平底直線族及平底直線,族的內(nèi)包絡(luò)線,e,A,4

14、,偏置尖頂移動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計,已知凸輪的基圓半徑,r,b,角速度,和從動件的運動規(guī)律及偏心距,e,設(shè)計該凸輪輪廓曲線,選比例尺,l,作位移,曲線、基圓,r,b,和偏距圓,e,等分位移曲線及反向,等分各運動角，確定反轉(zhuǎn)后,對應(yīng)于各等分點的從動件的,位置,O,14,13,12,11,10,9,s,1,3,5,7,8,60o,120o,90o,90o,9,11,13,15,1,3,5,7,8,9,11,13,12,14,10,確定反轉(zhuǎn)后從動件尖,頂在各等分點占據(jù)的位置,將各尖頂點連接成一,條光滑曲線,設(shè)計步驟,k,1,k,2,k,3,k,5,k,4,k,6,k,7,k,8,k,9,k,10

15、,k,11,k,12,k,1,3,k,14,k,15,9,10,11,12,13,14,15,r,b,O,1,2,3,4,5,6,7,8,60o,120o,90o,90o,5,尖頂擺動從動件盤形凸輪廓線的設(shè)計,已知凸輪的基圓半徑,r,b,角速度,擺桿長度,l,以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸,輪回轉(zhuǎn)中心的距離,L,擺,桿角位移曲線，設(shè)計該,凸輪輪廓曲線,1,2,3,4,5,6,7,120o,B,1,1,B,1,B,2,B,3,B,4,B,5,B,6,B,7,B,8,60o,90o,d,B,2,2,B,3,3,B,4,4,B,5,5,B,6,6,B,7,7,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,A,6,A

16、,7,A,8,A,B,l,選比例尺,作,位移曲線，作基圓,r,b,和轉(zhuǎn),軸圓,OA,等分位移曲線及,反向等分各運動角，確,定反轉(zhuǎn)后對應(yīng)于各等分,點的轉(zhuǎn)軸,A,的位置,確定反轉(zhuǎn)后從動件尖,頂在各等分點占據(jù)的位置,設(shè)計步驟,將各尖頂點連接成一條,光滑,曲線,三,用解析法設(shè)計凸輪廓線,作圖法的缺點,繁瑣、誤差較大,解析法的優(yōu)點,計算精度高、速度快，適合凸輪在數(shù)控機床上加工,解析法的設(shè)計結(jié)果,根據(jù)凸輪機構(gòu)的運動學參數(shù)和基本尺寸的設(shè)計結(jié)果，求,出,凸輪輪廓曲線的方程,利用計算機精確地計算出,凸輪輪廓,曲線上各點的坐標值,一,尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu),1,尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu),已知參數(shù),r,b,e,s

17、,s,r,b,s,0,s,s,0,e,凸輪輪廓曲線方程,sin,cos,cos,sin,0,B,0,B,e,s,s,y,e,s,s,x,2,2,b,0,e,r,s,y,B,x,B,y,x,B,0,O,B,注意,e,為代數(shù)量，若從動件導路偏在,y,軸的右側(cè)，則,e,0,否則,e,0,為對心移動從動件,e,0,規(guī)定凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)角,0,否則,0,l,sin,0,L,c,o,s,r,b,L,0,L,sin,l,c,o,s,0,cos,cos,sin,sin,0,B,0,B,l,L,y,l,L,x,2,尖頂擺動從動件盤形凸輪機構(gòu),注意,角度,0,都是代數(shù)值，規(guī)定逆時針,方向為正,已知參數(shù),r

18、,b,l,L,s,s,凸輪輪廓曲線方程,0,x,O,y,A,0,B,0,l,B,A,L,二,滾子從動件盤形凸輪機構(gòu),1,滾子移動從動件盤形凸輪機構(gòu),已知參數(shù),r,b,r,r,e,s,s,分析,滾子中心,B,的運動規(guī)律,就是從動件的運動規(guī)律。將,滾子中心視為尖頂從動件的,尖頂，建立凸輪輪廓曲線方,程,理論輪廓曲線,凸輪的基圓半徑,r,b,壓力角,定義在理論輪廓曲線,上,sin,cos,cos,sin,0,B,0,B,e,s,s,y,e,s,s,x,r,b,s,0,s,s,0,e,B,x,B,y,B,x,y,B,0,O,r,r,理論輪廓曲線,Pitch,curve,方程,r,b,s,0,s,s,0,e,B,x,B,y,B,x,y,B,0,O,r,r,實際輪廓曲線,Cam,profile,方程,cos,sin,d,d,d,d,d,d,tan,B,B,B,B,y,x,y,x,曲線在,B,點的法線,nn,的斜率,2,B,2,B,B,d,d,d,d,d,d,sin,y,x,x,2,B,2,B,B,d,d,d,d,d,d,cos,y,x,y,r,r,n,n,A,B,sin,cos,r,B,A,r,B,A,r,y,y,r,x