第4章凸輪機(jī)構(gòu)及簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

1、4-1 4-1 的應(yīng)用和分類的應(yīng)用和分類4-2 4-2 從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律4-3 4-3 盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)4-4 4-4 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題4-5 4-5 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī) 凸輪配氣機(jī)構(gòu)凸輪配氣機(jī)構(gòu) 靠模車削機(jī)構(gòu)靠模車削機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)組成：凸輪機(jī)構(gòu)組成：凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架。凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架。凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn): 1 1）只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞┲恍柙O(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?/p>

2、 2 2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，設(shè)計(jì)方便）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，設(shè)計(jì)方便 凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn): 高副機(jī)構(gòu)，易磨損高副機(jī)構(gòu)，易磨損 圓柱凸輪圓柱凸輪： a.a.在圓柱面上開有曲線凹槽在圓柱面上開有曲線凹槽 b.b.圓柱體端面上做出圓柱體端面上做出曲線輪廓曲線輪廓1.按凸輪形狀分類：按凸輪形狀分類： 移動(dòng)凸輪移動(dòng)凸輪：回轉(zhuǎn)中心無窮遠(yuǎn)：回轉(zhuǎn)中心無窮遠(yuǎn)盤狀凸輪盤狀凸輪：（：（簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單，廣泛，行程較?。V泛，行程較?。┒?、分類：二、分類：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(4)(4)其他其他凸輪凸輪：（：（凹槽凸輪凹槽凸輪，等寬凸輪等寬凸輪，等徑凸輪等徑凸輪）滾子從動(dòng)件滾子從動(dòng)件： （移動(dòng)移動(dòng)，擺動(dòng)擺

3、動(dòng)） 滾動(dòng)摩擦，磨損小，傳力大，復(fù)雜。有噪音。滾動(dòng)摩擦，磨損小，傳力大，復(fù)雜。有噪音。平底從動(dòng)件平底從動(dòng)件：（：（移動(dòng)移動(dòng)，擺動(dòng)擺動(dòng)） 潤(rùn)滑好，磨損小，受力平穩(wěn)，效率高。潤(rùn)滑好，磨損小，受力平穩(wěn)，效率高。2.按從動(dòng)件類型分按從動(dòng)件類型分尖頂從動(dòng)件尖頂從動(dòng)件：（：（移動(dòng)移動(dòng)，擺動(dòng)擺動(dòng)） 簡(jiǎn)單、能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。易磨損，受力小低速簡(jiǎn)單、能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。易磨損，受力小低速機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)33ots2凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù): : 1) 1)根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式; ;名詞術(shù)語：名詞術(shù)語：基圓、基圓、推程運(yùn)動(dòng)角、推程運(yùn)動(dòng)角、基

4、圓半徑、基圓半徑、推程、推程、遠(yuǎn)休止角、遠(yuǎn)休止角、回程運(yùn)動(dòng)角、回程運(yùn)動(dòng)角、回程、回程、近休止角、近休止角、行程。行程。一個(gè)循環(huán)rminh 1A而根據(jù)工作要求選定推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是設(shè)計(jì)而根據(jù)工作要求選定推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的前提。凸輪輪廓曲線的前提。2)2)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律; ;3)3)合理確定結(jié)構(gòu)尺寸合理確定結(jié)構(gòu)尺寸; ;4)4)設(shè)計(jì)輪廓曲線。設(shè)計(jì)輪廓曲線。2244DBCB11從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)33ots2rminh 1A2244DBCB11運(yùn)動(dòng)規(guī)律：運(yùn)動(dòng)規(guī)律：推桿在推程或回程時(shí)，其位移推桿在推程或回程時(shí)，其位移s2、

5、速度速度v2、 和加速度和加速度a2 隨時(shí)間隨時(shí)間t 的變化規(guī)律。的變化規(guī)律。s2=s2(t)v2=v2(t)a2=a2(t)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) s2 =h/1 v2 =h1 /1s2,t,t1 1v2,t,ta2,t,th+a2 0d/dt=1凸輪角速度凸輪角速度機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)剛性沖擊：剛性沖擊：由于加速度發(fā)生無窮大突由于加速度發(fā)生無窮大突度而引起的沖擊稱為剛性度而引起的沖擊稱為剛性沖擊。沖擊。位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半。加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s2 2h(/1)2v2 4h1 /21a

6、2 4h(1 /1)2機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)減速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：減速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s2 h-2h(t 1)2/2tv2 -4h1(t-1)/2ta2 -4h21 /2ta2h/21 1h/21s22 35462h2h1 1/1 1柔性沖擊柔性沖擊4h(4h(1 1/1 1) )2 23v2cos12hssin2hvcos2222ha s a123 456 v123456h柔性沖擊：柔性沖擊：在起始和終止處理論上在起始和終止處理論上a為為有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)盤形

7、凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理反轉(zhuǎn)原理反轉(zhuǎn)原理：依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法依據(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，例如：設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線，例如： 給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以- -1時(shí)，不影響各構(gòu)件之間時(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運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線。尖頂凸輪繪制動(dòng)畫尖頂凸輪繪制動(dòng)畫滾子凸輪繪制動(dòng)畫滾子凸輪繪制動(dòng)畫O O -13311223 33 31 11 12 22 21已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑rmin

8、，角速度角速度1和從動(dòng)件和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線。的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r rminmin。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。一、一、對(duì)心對(duì)心直動(dòng)尖頂直動(dòng)尖頂從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪盤形凸輪60rmin120-111135782345 8910111213149090A1876543214131211109 6012090901 3 5 7 89

9、11 13 15s2 191113121410 67機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)r0 =40mm,1=1500,2 =300,3 =1200,4 =600，123d d4 4機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)s2 1911 13 151 3 5 7 8rminA120-11設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r rminmin。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。1357891113121

10、42345 67 8910111213146090901876543214131211109理論輪廓理論輪廓實(shí)際輪廓實(shí)際輪廓作各位置滾子圓的內(nèi)作各位置滾子圓的內(nèi)( (外外) )包絡(luò)線。包絡(luò)線。二、滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪二、滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度角速度1和從動(dòng)件和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。 6012090901機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)s2 1911 13 151 3 5 7 8已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度角速度1和從動(dòng)件和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。運(yùn)動(dòng)規(guī)律

11、，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r rminmin。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件平底直線在各等份點(diǎn)的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件平底直線在各等份點(diǎn)的位置。作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。三、對(duì)心直動(dòng)平底三、對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪盤形凸輪13578911131214 601209090rmin8765432191011121314-11A123456781514131211109機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)120B11 1rmin 601209090s2 1已知凸輪

12、的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度角速度1，擺桿長(zhǎng)度擺桿長(zhǎng)度l以以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離回轉(zhuǎn)中心的距離d，擺擺桿桿角位移方程角位移方程，設(shè)計(jì)該凸設(shè)計(jì)該凸輪輪輪廓曲線輪廓曲線。四、擺動(dòng)四、擺動(dòng)從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪機(jī)構(gòu)12345 6 7 85678B1B2B3B4B5B6B7B860 90 1-1dABl1 2 3 4B22 2B33 3B44 4B55 5B66 6B77 7A1A2A3A4A5A6A7A8機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)受力分析受力分析（不計(jì)凸輪與從動(dòng)件的摩擦）：不計(jì)凸輪與從動(dòng)件的摩擦）： ，F(xiàn) Fy y , , F F

13、x x 運(yùn)轉(zhuǎn)輕快運(yùn)轉(zhuǎn)輕快 ，F(xiàn) Fy y , , F Fx x 運(yùn)轉(zhuǎn)沉重運(yùn)轉(zhuǎn)沉重一、壓力角與凸輪的基圓半徑一、壓力角與凸輪的基圓半徑壓力角壓力角：從動(dòng)件上受力方向與運(yùn)動(dòng)方向所夾的銳角。：從動(dòng)件上受力方向與運(yùn)動(dòng)方向所夾的銳角。R R0 0S S r rt tt tn nn nF Fn nF Fx xF Fy y機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題許用壓力角許用壓力角：推推程程擺動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件45移動(dòng)從動(dòng)件移動(dòng)從動(dòng)件30max 80回程回程:max的位置：的位置：凸輪廓線較陡的地方。凸輪廓線較陡的地方。等加、等減、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律：等加、等減、簡(jiǎn)

14、諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律：0/2 處。處。等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：推程起始位置。等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：推程起始位置。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)壓力角與凸輪尺寸的關(guān)系：壓力角與凸輪尺寸的關(guān)系： ，r ro o ，結(jié)構(gòu)尺寸大，結(jié)構(gòu)尺寸大va a= =ve etan = =( (r ro o+s+s2 2) )tanve e= =rr= =(r(ro o+s+s2 2) )srtanb（欲使凸輪結(jié)構(gòu)緊湊，欲使凸輪結(jié)構(gòu)緊湊， 就得大，傳力性能不好。就得大，傳力性能不好。 如果如果maxmax ，應(yīng)重新設(shè)計(jì)凸輪廓線，常用增，應(yīng)重新設(shè)計(jì)凸輪廓線，常用增大大r ro o 使推程的使推程的maxmax減小。減小。r ro oS S

15、 r rt tt tn nn nave ev vr rv v機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) ro與與有關(guān)，有關(guān)， 設(shè)計(jì)時(shí)通常是在滿足設(shè)計(jì)時(shí)通常是在滿足max的條件下，的條件下，來考慮來考慮ro的取值。的取值。1.ro的一般選取方法：的一般選取方法： 先定一個(gè)先定一個(gè)r ro o的初值，后檢查的初值，后檢查與與minmin的關(guān)系，再的關(guān)系，再調(diào)整調(diào)整r ro o。2.2.根據(jù)凸輪的結(jié)構(gòu)確定（經(jīng)驗(yàn)公式）：根據(jù)凸輪的結(jié)構(gòu)確定（經(jīng)驗(yàn)公式）：rs軸半徑軸半徑, rk滾子半徑滾子半徑凸輪與軸裝配式的盤形凸輪：凸輪與軸裝配式的盤形凸輪：r ro o1.61.6r rs s+ +r rk k+(2+(2

16、5)5)mm 凸輪與軸一體的盤形凸輪：凸輪與軸一體的盤形凸輪：r ro or rs s+ +r rk k+(2+(25)5)mm基圓半徑的確定基圓半徑的確定機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)a工作輪廓的曲率半徑，工作輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑， rk滾子半徑滾子半徑rkark rT 輪廓失真輪廓失真ark rk ark0輪廓正常輪廓正常輪廓變尖輪廓變尖內(nèi)凹內(nèi)凹arkrkrk rk ark 輪廓正常輪廓正常外凸外凸rka機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 在機(jī)器工作時(shí)，當(dāng)主動(dòng)件作連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，常需要從動(dòng)件產(chǎn)生周期性的運(yùn)動(dòng)和停歇，實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，稱為間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。最常見的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)和