機(jī)械原理第四章課件

1、機(jī)機(jī) 械械 原原 理理 南京工業(yè)大學(xué)南京工業(yè)大學(xué)2009年年02月月第四章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)典型的凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理從動(dòng)件從動(dòng)件凸輪凸輪滾子滾子機(jī)架機(jī)架一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)在印刷機(jī)中的應(yīng)用在印刷機(jī)中的應(yīng)用等經(jīng)凸輪機(jī)構(gòu)等經(jīng)凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)械加工中的應(yīng)用在機(jī)械加工中的應(yīng)用4-1 4-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類(lèi)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類(lèi)利用分度凸輪利用分度凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位圓柱凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)械加工中的應(yīng)用械加工中的應(yīng)用二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)凸輪機(jī)構(gòu)分類(lèi)凸輪機(jī)構(gòu)分類(lèi)1 1、按兩活動(dòng)構(gòu)件之間、按兩活動(dòng)構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類(lèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類(lèi)2 2、按從動(dòng)件

2、運(yùn)動(dòng)副、按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類(lèi)元素形狀分類(lèi)3 3、按凸輪高副的鎖、按凸輪高副的鎖合方式分類(lèi)合方式分類(lèi)平面凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)盤(pán)形凸輪盤(pán)形凸輪移動(dòng)凸輪移動(dòng)凸輪 尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件力鎖合力鎖合形鎖合形鎖合1、按兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類(lèi)、按兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性分類(lèi)（1 1）平面凸輪機(jī)構(gòu)）平面凸輪機(jī)構(gòu) 1 1）盤(pán)形凸輪）盤(pán)形凸輪 2 2）移動(dòng)凸輪）移動(dòng)凸輪 （ 2 2）空間凸輪機(jī)構(gòu)）空間凸輪機(jī)構(gòu)2 2、按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類(lèi)、按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類(lèi)（1 1） 直動(dòng)尖頂從動(dòng)件直動(dòng)尖頂從動(dòng)件對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)

3、件偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件（2 2）直動(dòng)滾子從動(dòng)件）直動(dòng)滾子從動(dòng)件（3 3）直動(dòng)平底從動(dòng)件）直動(dòng)平底從動(dòng)件 根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式的不同，以上三種從動(dòng)件還可分為直動(dòng)從根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式的不同，以上三種從動(dòng)件還可分為直動(dòng)從動(dòng)件，擺動(dòng)從動(dòng)件，平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件。動(dòng)件，擺動(dòng)從動(dòng)件，平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件。擺動(dòng)滾子從動(dòng)件擺動(dòng)滾子從動(dòng)件擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件擺動(dòng)平底從動(dòng)件擺動(dòng)平底從動(dòng)件平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件3 3、按凸輪高副的鎖合方式分類(lèi)、按凸輪高副的鎖合方式分類(lèi)1)力鎖合力鎖合2) 2) 形鎖合形鎖合 凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)： 只要設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，即可使從?dòng)件實(shí)現(xiàn)只要設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?/p>

4、即可使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠。預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠。 凸輪為高副接觸（點(diǎn)或線(xiàn)），壓強(qiáng)較大，容易磨凸輪為高副接觸（點(diǎn)或線(xiàn)），壓強(qiáng)較大，容易磨損，凸輪輪廓加工比較困難，費(fèi)用較高。損，凸輪輪廓加工比較困難，費(fèi)用較高。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：4-2 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其選擇一、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)及基本名詞術(shù)語(yǔ)凸輪基圓基、圓半徑凸輪基圓基、圓半徑偏距圓、偏距偏距圓、偏距從動(dòng)件行程從動(dòng)件行程從動(dòng)件推程從動(dòng)件推程從動(dòng)件回程從動(dòng)件回程推程運(yùn)動(dòng)角推程運(yùn)動(dòng)角回程運(yùn)動(dòng)角回程運(yùn)動(dòng)角從動(dòng)件遠(yuǎn)從動(dòng)件遠(yuǎn)( (近近) )休程休程遠(yuǎn)（近）休止角遠(yuǎn)（近）休止角從動(dòng)件位移從動(dòng)件位移二、從

5、動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律h0s0s等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 0s0sh余弦加速度（簡(jiǎn)諧）運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度（簡(jiǎn)諧）運(yùn)動(dòng)規(guī)律 0s0sh正弦加速度（擺線(xiàn)）運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度（擺線(xiàn)）運(yùn)動(dòng)規(guī)律 0s0sh3-4-53-4-5多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律 0s0sh三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇 在選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，除要考慮剛性沖擊與柔性在選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應(yīng)該考慮各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度幅值沖擊外，還應(yīng)該考慮各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度幅值 、加速、加速度幅值度幅值 及其影響加以分析和比較。及其影響加以分析和比較。maxvmaxamaxvmaxama

6、xmv從動(dòng)件動(dòng)量從動(dòng)件動(dòng)量maxma從動(dòng)件慣性力從動(dòng)件慣性力對(duì)于重載凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)選擇對(duì)于重載凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)選擇 值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，宜選擇對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，宜選擇 值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。maxvmaxa若干種從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較若干種從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較運(yùn)動(dòng)規(guī)律 )/(0maxhv)/(202maxha沖 擊應(yīng)用場(chǎng)合等速1.00剛 性低速輕負(fù)荷等加速等減速2.004.00柔 性中速輕負(fù)荷余弦加速度1.574.93柔 性中低速中負(fù)荷正弦加速度2.006.28中高速輕負(fù)荷3-4-5多項(xiàng)式1.885.77高速中負(fù)荷改進(jìn)型等速1.338.38低速重負(fù)荷

7、改進(jìn)型正弦加速度1.765.53中高速重負(fù)荷改進(jìn)型梯形加速度2.004.89高速輕負(fù)荷4-3 按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)盤(pán)形凸輪廓線(xiàn)一、凸輪設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題一、凸輪設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題1 1、已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)凸輪、已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)凸輪已知條件：已知條件：運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律)(ss )(vv )(aa )()()(幾何尺寸：幾何尺寸：基圓半徑基圓半徑r r0 0，偏距圓半徑，偏距圓半徑e e2 2、已知從動(dòng)件行程、已知從動(dòng)件行程h h，設(shè)計(jì)凸輪，設(shè)計(jì)凸輪已知條件：已知條件：選定運(yùn)動(dòng)規(guī)律選定運(yùn)動(dòng)規(guī)律)(ss )(vv )(aa )()()(幾何尺寸：幾何尺寸：基圓半徑基圓半徑r r0 0，偏距圓半徑，偏距圓半徑

8、e e從動(dòng)件行程從動(dòng)件行程h h二、凸輪設(shè)計(jì)的步驟二、凸輪設(shè)計(jì)的步驟1 1、確定基圓、偏距圓、確定基圓、偏距圓3 3、設(shè)計(jì)理論廓線(xiàn)、設(shè)計(jì)理論廓線(xiàn)2 2、確定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、確定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律4 4、設(shè)計(jì)實(shí)際廓線(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)際廓線(xiàn)基圓基圓偏距圓偏距圓理論廓線(xiàn)理論廓線(xiàn)實(shí)際廓線(xiàn)實(shí)際廓線(xiàn)三、凸輪理論廓線(xiàn)設(shè)計(jì)的基本原理三、凸輪理論廓線(xiàn)設(shè)計(jì)的基本原理反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法0s0shso0s0sho反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法0四、凸輪實(shí)際廓線(xiàn)設(shè)計(jì)四、凸輪實(shí)際廓線(xiàn)設(shè)計(jì)理論廓線(xiàn)理論廓線(xiàn)實(shí)際廓線(xiàn)實(shí)際廓線(xiàn)滾子滾子rr五、刀具中心軌跡五、刀具中心軌跡實(shí)際廓線(xiàn)實(shí)際廓線(xiàn)理論廓線(xiàn)理論廓線(xiàn)刀具中心軌跡刀具中心軌跡rc-rr刀具刀具cr4-4 盤(pán)形凸輪機(jī)

9、構(gòu)基本尺寸的確定一、壓力角一、壓力角 及其許用值及其許用值FRR1211220sin()()cosFQRR1211220cos()()sinRlbRb22120cos()cos：x：y:MlbFFcostansin21cos21112120)()()(21112tansin21cos)()lb()(QF考慮摩擦?xí)r驅(qū)動(dòng)力的表達(dá)式考慮摩擦?xí)r驅(qū)動(dòng)力的表達(dá)式理想情況（無(wú)摩擦）時(shí)驅(qū)動(dòng)力的表達(dá)式理想情況（無(wú)摩擦）時(shí)驅(qū)動(dòng)力的表達(dá)式QFcos120凸輪機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)效率凸輪機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)效率0時(shí)，機(jī)構(gòu)自鎖時(shí)，機(jī)構(gòu)自鎖0costansin21cos211)()lb()(解方程解方程得臨界壓力角得臨界壓力角 c：12ta

10、n)21/(1arctanlbcmax 即：c 凸輪機(jī)構(gòu)的許用壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的許用壓力角 在工程實(shí)際中，為保證較高的機(jī)械效率，改善受力狀在工程實(shí)際中，為保證較高的機(jī)械效率，改善受力狀況，通常規(guī)定凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角況，通常規(guī)定凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角 應(yīng)小于或等于應(yīng)小于或等于某一許用壓力角某一許用壓力角 。max根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推薦的許用壓力角取值為:推程：直動(dòng)從動(dòng)件取 ；擺動(dòng)從動(dòng)件取 ；30403545 回程： 直動(dòng)和擺動(dòng)從動(dòng)件薦取 。7080二、按許用壓力角 確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸ds/dOP12121212OPv sseds/dsseOP0012tan式中：2200ers12P在點(diǎn)在點(diǎn)（升程）

11、（升程）12F2v1212P12P1O2v121OP2v121OP0res21Fds/dOP12121212OPv 12F2v21F1212P12P1O2v121OP2v121OP0ressseds/dsseOP0012tan式中：2200ers12P在點(diǎn)在點(diǎn)（回程）（回程）sseds/dsseOP0012tan壓力角計(jì)算的統(tǒng)一表達(dá)式：壓力角計(jì)算的統(tǒng)一表達(dá)式：s-ereds/dsseOP220012tansds/d ，凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律er，0凸輪基本尺寸凸輪基本尺寸max 即： 在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，如何保證凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，如何保證凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角 小小于或等于許用壓力角

12、于或等于許用壓力角 。max影響凸輪壓力角變化的因素：影響凸輪壓力角變化的因素：換一句話(huà)說(shuō)：換一句話(huà)說(shuō)： 在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，當(dāng)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，當(dāng)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 已經(jīng)確已經(jīng)確定，凸輪機(jī)構(gòu)的許用壓力角定，凸輪機(jī)構(gòu)的許用壓力角 也已經(jīng)確定，如何也已經(jīng)確定，如何確定凸輪的基圓半徑確定凸輪的基圓半徑 和偏距和偏距 ，使凸輪機(jī)構(gòu)的，使凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角最大壓力角 小于或等于許用壓力角小于或等于許用壓力角 。max)(s0res-ereds/dsseOP220012tan這個(gè)表達(dá)式能否解決這樣的命題？這個(gè)表達(dá)式能否解決這樣的命題？s-ereds/d220tanmaxs-ereds/d220ta

13、nmaxdds/sdds/se0rdds/sO升程升程回程回程升程許用壓力角：升程許用壓力角：回程許用壓力角：回程許用壓力角：dds/s升程升程回程回程從動(dòng)件與凸輪的相對(duì)位置從動(dòng)件與凸輪的相對(duì)位置121O121O121O三、按凸輪輪廓全部外凸條件確定凸輪基圓半徑平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓的外凸條件：平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓的外凸條件：)20()()(0 ssr平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓的曲率半徑：平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓的曲率半徑：)()(min0ssr )20(要保證凸輪輪廓外凸必須有：要保證凸輪輪廓外凸必須有：0min)20(0)()(min0 ssr四、滾子半徑的選擇四、滾子半徑的選擇rar1. 凸輪理論輪廓的內(nèi)凹部分凸輪理論輪廓的內(nèi)凹部分工作輪廓曲率半徑工作輪廓曲率半徑 、理論輪廓曲率半徑、理論輪廓曲率半徑 與滾子半徑與滾子半徑 三三者之間的關(guān)系為：者之間的關(guān)系為：arr理論輪廓理論輪廓工作輪廓工