西南科大——機械原理課件PPT第三章

1、3 3 1 1 凸輪機構的應用及其分類凸輪機構的應用及其分類3 3 2 2 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律 3 3 3 3 盤形凸輪機構基本尺寸的確定盤形凸輪機構基本尺寸的確定 3 3 4 4 根據預定運動規(guī)律設計根據預定運動規(guī)律設計盤形凸輪輪廓曲線盤形凸輪輪廓曲線 3 3 5 5 空間凸輪機構簡介空間凸輪機構簡介 3 3 6 6 凸輪機構的結構設計凸輪機構的結構設計 一、凸輪機構的應用一、凸輪機構的應用二、凸輪機構的分類二、凸輪機構的分類三凸輪機構的工作原理三凸輪機構的工作原理四、凸輪機構的設計任務四、凸輪機構的設計任務 3 3 1 1凸輪機構的應用凸輪機構的應用及分類及分類1 1、凸

2、輪機構：、凸輪機構：凸輪凸輪是一個具有曲線是一個具有曲線輪廓的構件。含輪廓的構件。含有凸輪的機構稱有凸輪的機構稱為凸輪機構。它為凸輪機構。它由由凸輪凸輪、從動件從動件和和機架機架組成。組成。一、凸輪機構的應用一、凸輪機構的應用2 2、凸輪機構的應用、凸輪機構的應用 內燃機配氣凸輪機構內燃機配氣凸輪機構進刀凸輪機構進刀凸輪機構沖壓機沖壓機凸輪機構的優(yōu)點：凸輪機構的優(yōu)點：只需確定適當?shù)耐馆嗇喞€，只需確定適當?shù)耐馆嗇喞€，即可實現(xiàn)從動件復雜的運動規(guī)律；即可實現(xiàn)從動件復雜的運動規(guī)律；結構簡單，運動可靠。結構簡單，運動可靠。 缺點：缺點：從動件與凸輪接觸應力大，從動件與凸輪接觸應力大， 易磨損易磨

3、損用途：用途：載荷較小的運動控制載荷較小的運動控制一）按凸輪的形狀分一）按凸輪的形狀分1、盤形凸輪、盤形凸輪 2、移動凸輪、移動凸輪 3、圓柱凸輪、圓柱凸輪4、圓錐凸輪、圓錐凸輪二、凸輪機構的分類二、凸輪機構的分類 1、尖頂從動件、尖頂從動件 2、滾子從動件、滾子從動件 3、平底從動件、平底從動件二）按從動件上高副元素的幾何形狀分二）按從動件上高副元素的幾何形狀分三）、按凸輪與從動件的鎖合方式分三）、按凸輪與從動件的鎖合方式分1、力鎖合的凸輪機構、力鎖合的凸輪機構2、形鎖合的凸輪機構、形鎖合的凸輪機構1）溝槽凸輪機構）溝槽凸輪機構2）等寬凸輪機構）等寬凸輪機構3）等徑凸輪機構）等徑凸輪機構4）

4、主回凸輪機構）主回凸輪機構四）、根據從動件的運動形式分四）、根據從動件的運動形式分擺動從動件凸輪機構擺動從動件凸輪機構 （對心、偏置）（對心、偏置）移動從動件凸輪機構移動從動件凸輪機構h三、凸輪機構的工作原理三、凸輪機構的工作原理S (A)BCD( ,S) S ShSAB O eCDBO2rb 基圓基圓推程運動角推程運動角遠休止角遠休止角近休止角近休止角回程運動角回程運動角擺動從動件凸輪機構擺動從動件凸輪機構ABCDO1O2aB1rb maxlS SS2h( )( max)四、凸輪機構的設計任務四、凸輪機構的設計任務3）凸輪機構曲線輪廓的設計）凸輪機構曲線輪廓的設計4）繪制凸輪機構工作圖）繪制

5、凸輪機構工作圖1）從動件運動規(guī)律的設計）從動件運動規(guī)律的設計2）凸輪機構基本尺寸的設計）凸輪機構基本尺寸的設計移動從動件：基圓半徑移動從動件：基圓半徑rb，偏心距，偏心距e;擺動從動件：基圓半徑擺動從動件：基圓半徑rb，凸輪轉動中心到從動件，凸輪轉動中心到從動件擺動中心的距離擺動中心的距離a及擺桿的長度及擺桿的長度l;滾子從動件：除上述外，還有滾子半徑滾子從動件：除上述外，還有滾子半徑rr。平底從動件：除上述外，平底長度平底從動件：除上述外，平底長度L。O1O2a lO1 erbrb3232從動件常用運從動件常用運動規(guī)律動規(guī)律 一、基本運動規(guī)律一、基本運動規(guī)律二、組合運動規(guī)律簡介二、組合運動規(guī)

6、律簡介三、從動件運動規(guī)律設計三、從動件運動規(guī)律設計 升升停?；鼗赝Ｐ屯Ｐ?RDRD)升升回回停型停型(RRD)升升停?；匦突匦?RDR)升升回型回型(RR)運動循環(huán)的類型運動循環(huán)的類型S S2( )S SS2( )S S2( )S 2( )從動件的運動規(guī)律的數(shù)學方程式為從動件的運動規(guī)律的數(shù)學方程式為位移位移速度速度加速度加速度躍動度躍動度類速度類速度類加速度類加速度類躍動度類躍動度)( fS ddSdtdddSdtdSv222dSddtdddvdtdva 333dSddtdddadtdaj 一、基本運動規(guī)律一、基本運動規(guī)律a= 2(2c2 + 6c3 +12c4 2 + +n(n-1)cn n

7、-2)j= 3(6c3 + 24c4 + +n(n-1)(n-2)cn n-3)，式中，式中， 為凸輪的轉角（為凸輪的轉角（rad）；）； c0，c1，c2， ，為，為n+1個待個待定系數(shù)。定系數(shù)。1、n=1的運動規(guī)律的運動規(guī)律 =0, s=0; = , s=h.s = c0+c1 v= c1 a=0 hS hv0a （一）（一） 多項式運動規(guī)律多項式運動規(guī)律s=c0 + c1 + c2 2 + c3 3 + + cn nv= ( c1 + 2c2 + 3c3 2 + +ncn n-1)0,2, 2vhshs222224)(4)(2hahvhhs等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律 0aa=0 2、 n=

8、2的運動規(guī)律的運動規(guī)律2221221022caccvcccs 0sh 0vv2, 20, 0, 0hsvs22222442hahvhs 0j 0vvmax 0shamax 0a-amax等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律剛性沖擊剛性沖擊柔性沖擊柔性沖擊柔性沖擊柔性沖擊增加多項式的冪次，可獲得性增加多項式的冪次，可獲得性能良好的運動規(guī)律能良好的運動規(guī)律 svaj 0000（二）余弦加速度規(guī)律（二）余弦加速度規(guī)律 3222212111)cos()sin()cos(coscccvdtsccadtvctcahsvs,0,0,0)cos(2)sin(2)cos(12222hahvhs柔性沖擊柔性沖

9、擊（三）正弦加速度規(guī)律（三）正弦加速度規(guī)律3222212111)2sin(4)2cos(2)2sin()sin(cccvdtsccadtvctcahss,0,0)2sin(2)2cos(1)2sin(2122hahvhsv 0 aj00 s 0h運動規(guī)律組合應遵循的原則：運動規(guī)律組合應遵循的原則：1、對于中、低速運動的、對于中、低速運動的 凸輪機構，要凸輪機構，要求從動件的求從動件的 位移曲線在銜接處相切，以保證位移曲線在銜接處相切，以保證速度曲線的連續(xù)。速度曲線的連續(xù)。2、對于中、高速運動的凸輪機構，則、對于中、高速運動的凸輪機構，則還要求從動件的還要求從動件的 速度曲線在銜接處相切，以速度

10、曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線的連續(xù)保證加速度曲線的連續(xù)。二、組合運動規(guī)律簡介二、組合運動規(guī)律簡介 a O ABCDEFO梯形加速度運動規(guī)律梯形加速度運動規(guī)律a 改進型等速運動規(guī)律改進型等速運動規(guī)律 0 0aa=0 v 0sh從動件常用基本運動規(guī)律特性從動件常用基本運動規(guī)律特性等等速速 1.0 剛性剛性低速輕載低速輕載等加速等減速等加速等減速 2.0 4.00柔性柔性中速輕載中速輕載余弦加速度余弦加速度 1.57 4.93柔性柔性中速中載中速中載正弦加速度正弦加速度 2.00 6.28 無無高速輕載高速輕載運動規(guī)律運動規(guī)律 vmax(h / ) amax沖擊特性沖擊特性 適用范圍適用范圍(

11、h 2/ 2) 三、從動件運動規(guī)律設計：三、從動件運動規(guī)律設計：1、從動件的最大速度、從動件的最大速度vmax要盡量??；要盡量??；2、從動件的最大加速度、從動件的最大加速度amax要盡量?。灰M量??；3、從動件的最大躍動度、從動件的最大躍動度jmax要盡量小。要盡量小。33 33 盤形凸輪機構基本尺寸盤形凸輪機構基本尺寸的確定的確定 一、移動從動件盤形凸輪機構的基本尺寸一、移動從動件盤形凸輪機構的基本尺寸 二、擺動從動件盤形凸輪機構的基本尺寸二、擺動從動件盤形凸輪機構的基本尺寸 一、移動從動件盤形凸輪機構的基本尺寸的一、移動從動件盤形凸輪機構的基本尺寸的設計設計SSOCOPACCPtg0 Se

12、revtg22b12 ) sr (vsrvtgb12b12 21vOP 12vOP ，即即移動從動件盤形凸輪機構的基本尺寸移動從動件盤形凸輪機構的基本尺寸ttOPnnAeSS0v2Crrb 1123P13P23壓力角壓力角 ttOPnAeC 1n (P13)P23瞬心瞬心1、偏距、偏距e的大小和的大小和偏置方位的選擇原則偏置方位的選擇原則應有利于減小從動件工作行程時的最大壓應有利于減小從動件工作行程時的最大壓力角。為此應使從動件在工作行程中，點力角。為此應使從動件在工作行程中，點C和點和點P位于凸輪回轉中心位于凸輪回轉中心O的同側，此時的同側，此時凸輪上凸輪上C點的線速度指向與從動件工作行點的

13、線速度指向與從動件工作行程的線速度指向相同。程的線速度指向相同。偏距不宜取得太大，一般可近似取為：偏距不宜取得太大，一般可近似取為：b1minmaxr)vv(21e 2、凸輪基圓半徑的確定、凸輪基圓半徑的確定加大基圓半徑，可減小壓力角，有利于傳力加大基圓半徑，可減小壓力角，有利于傳力1）機構受力不大，要求機構緊湊）機構受力不大，要求機構緊湊222212be) stged/ds(e) stge/v(r 2）機構受力較大，對其尺寸又沒有嚴格的限制）機構受力較大，對其尺寸又沒有嚴格的限制mm3rrmm)107(r75. 1rhmsh 根據實際輪廓的最小向徑根據實際輪廓的最小向徑rm確定基圓半徑確定基

14、圓半徑rb，校核壓力角校核壓力角根據結構和強度確定基圓半徑根據結構和強度確定基圓半徑rsrhrm二、擺動從動件盤形凸輪機構的基本二、擺動從動件盤形凸輪機構的基本尺寸尺寸整理得，整理得， 1 與與 2同向同向凸輪的轉向凸輪的轉向 1 與從動件的轉向與從動件的轉向 2相反相反nO1PKO2rb 1 2Bn 0+ v2Lanv2O1PKO2rb 2 1B ttanL 0+ 1、擺動從動件盤形凸輪機構的壓力角與從動、擺動從動件盤形凸輪機構的壓力角與從動件的運動規(guī)律、擺桿長度、基圓半徑及中心件的運動規(guī)律、擺桿長度、基圓半徑及中心距有關。距有關。POPOPOPO122221llall LO1PLO2PLO

15、2PLO2P)cos(lcosl0PO2 LO2PL)(tg1)sin(a)1( ltg0012 L)(tg1)sin(a)1( ltg0012 L-=2alrlaarccos2b2202、在運動規(guī)律和、在運動規(guī)律和 基本尺寸相同的情況下，基本尺寸相同的情況下， 1 與與 2異向，會減小擺動從動件盤形凸輪機構異向，會減小擺動從動件盤形凸輪機構的壓力角。的壓力角。34 34 根據預定運動規(guī)律設根據預定運動規(guī)律設計盤形凸輪輪廓曲線計盤形凸輪輪廓曲線一、圖解法設計盤形凸輪機構一、圖解法設計盤形凸輪機構二、解析法設計盤形凸輪機構二、解析法設計盤形凸輪機構一、盤形凸輪機構的設計一、盤形凸輪機構的設計 圖

16、解法圖解法（1） 尖頂移動從動件盤形凸輪機構尖頂移動從動件盤形凸輪機構（2）滾子移動從動件盤形凸輪機構）滾子移動從動件盤形凸輪機構（3）尖頂擺動從動件盤形凸輪機構）尖頂擺動從動件盤形凸輪機構凸輪輪廓曲線設計的基本原理凸輪輪廓曲線設計的基本原理（反轉法）（反轉法） 2 S 1123s1s2hOrb- 1 1s122s233h1 1s1偏置尖頂從動件凸輪輪廓曲線設計偏置尖頂從動件凸輪輪廓曲線設計（反轉法）（反轉法） 2 S 1123s1s2hOrb- 3321 1s2s1h 112es1s2偏置尖頂從動件凸輪輪廓曲線設計偏置尖頂從動件凸輪輪廓曲線設計（反轉法）（反轉法） 2 S 1123s1s2h

17、- 11 11s1Orb es22h3Fv s1 1已知：已知：S=S（ ），），rb，e， 偏置滾子從動件凸輪輪廓曲線設計偏置滾子從動件凸輪輪廓曲線設計（反轉法）（反轉法） 2 S 1123s1s2h- 11 11s1Orb es22h3已知：已知：S=S（ ），），rb，e， ，rr擺動從動件盤形凸輪機構擺動從動件盤形凸輪機構 S S 91122334455667788 2- B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C7 1 0已知：已知： = （ ），），rb，L，a， A0B0 0O S S A1A2A3A4A5A9A8A7A6B1 1C9B9二、盤形凸輪機構的設計

18、二、盤形凸輪機構的設計 解析法解析法（1）尖頂移動從動件盤形凸輪機構）尖頂移動從動件盤形凸輪機構（2）尖頂擺動從動件盤形凸輪機構）尖頂擺動從動件盤形凸輪機構（3）滾子移動從動件盤形凸輪機構）滾子移動從動件盤形凸輪機構（4）平底移動從動件盤形凸輪機構）平底移動從動件盤形凸輪機構（1） 尖頂從動件盤形凸輪機構的設計尖頂從動件盤形凸輪機構的設計x 2 S SOB1eSS0rby- BC0CB0 尖頂移動從動件尖頂移動從動件凸輪輪廓的求法凸輪輪廓的求法1111)cos()sin()sin()cos(BBBBBByxyyxx尖頂從動件盤形凸輪機構尖頂從動件盤形凸輪機構 11BBBByxRyx)cos()

19、sin()sin()cos(RcossinsincosxOB1eSS0rby- BC0CB0 SereSSeyxbBB221011平面旋轉矩陣平面旋轉矩陣SSeyxBB0cossinsincoscos)(sinsin)(cos00SSeSSe注意：注意：1） 若從動件導路相對于凸輪回轉中心的偏置若從動件導路相對于凸輪回轉中心的偏置方向與方向與x方向同向，則方向同向，則e0, 反之反之e0，反之，反之 0，反之，反之 0y 0 B0B1BrbAx- OaL（3）滾子從動件盤形凸輪機構的設計）滾子從動件盤形凸輪機構的設計 ddyddxdydxtgBBBB sinryycosrxxrBCrBCOnn

20、B0Brb yx rrCCC BCrrrrrm a、輪廓曲線的設計、輪廓曲線的設計 b、刀具中心軌跡方程、刀具中心軌跡方程砂輪砂輪滾子滾子rrrcrc-rr c鉬絲鉬絲滾子滾子rrrcrr-rc c sinryycosrxxrBCrBC上式中用上式中用|rc- rr |代替代替rr即得刀具中心軌跡方程即得刀具中心軌跡方程 c、滾子半徑的確定、滾子半徑的確定當當rr min時，實際輪廓為一光滑曲線。時，實際輪廓為一光滑曲線。當當rr= min時，實際輪廓將出現(xiàn)尖點，極易磨損，時，實際輪廓將出現(xiàn)尖點，極易磨損，會引起運動失真。會引起運動失真。rr bmin minrr 0rr= min min b

21、min = min - rr= 0rr當當rr min時，實際輪廓將出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，會時，實際輪廓將出現(xiàn)交叉現(xiàn)象，會引起運動失真。引起運動失真。rr bmin min bmin = min + rr 0內凹的輪廓曲線不存在失真。內凹的輪廓曲線不存在失真。 minrrrr min bmin = min - rr 0 bmin = min - rr 3 mm， rr min - 3 mm rr 0.8 min rr 0.4rb 或或一般一般1、輪廓曲線的設計、輪廓曲線的設計 SrddsSrOPyxbb1B1B 1B1BBByxRyx cos)Sr(sinddssin)Sr(cosddsyxbbBB

22、ddsvOP12（4）平底移動從動件盤形凸輪機構的設計）平底移動從動件盤形凸輪機構的設計v223OPB1SS0rrb 1B- yx(1) 基本尺寸的確定基本尺寸的確定L = Lmax+ Lmax+(410)mmLmax=(OP) max=(ds/d ) maxL為平底總長，為平底總長， L max和和L max為平為平底與凸輪接觸點到從動件導路中底與凸輪接觸點到從動件導路中心線的左、右兩側心線的左、右兩側 的最遠距離。的最遠距離。5432112345rbrb（2） 凸輪輪廓的向徑不能變化太快。凸輪輪廓的向徑不能變化太快。2.平底長度的確定平底長度的確定 OA LmaxP凸輪凸輪機構機構的計的計

23、算機算機輔助輔助設計設計使用要求使用要求選擇凸輪機構的類型選擇凸輪機構的類型設計從動件的運動規(guī)律設計從動件的運動規(guī)律確定基本尺寸確定基本尺寸建立凸輪廓線方程建立凸輪廓線方程計算機仿真計算機仿真評價評價決策決策 建立直角坐標系，以凸輪回轉中心為原點，建立直角坐標系，以凸輪回轉中心為原點，y軸與從動件導路平行，凸輪理論廓線方程為：軸與從動件導路平行，凸輪理論廓線方程為：例例 一直動偏置滾子從動件凸輪機構，已知一直動偏置滾子從動件凸輪機構，已知rb=50mm，rr=3mm，e=12mm，凸輪以等角速度，凸輪以等角速度逆時針轉動，當凸輪轉過逆時針轉動，當凸輪轉過 =1800，從動件以等加從動件以等加速等減速運動規(guī)律上升速等減速運動規(guī)律上升h=40mm，凸輪再轉過，凸輪再轉過 =1500，從動件以余弦加速度運動規(guī)律下降回原從動件以余弦加速度運動規(guī)律下降回原處，其余處，其余 s =300，從動件靜止不動。試用解析法，從動件靜止不動。試用解析法