機械設(shè)計基礎(chǔ)-第3章-凸輪機構(gòu)

1、第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)3-1 3-1 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和類型凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和類型第第3 3章章 凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)、凸輪的應(yīng)用和特點、凸輪的應(yīng)用和特點盤狀構(gòu)件凸輪盤狀構(gòu)件凸輪1 1從動件從動件2 2機架機架3 31.1.凸輪機構(gòu)的組成凸輪機構(gòu)的組成2.特點特點優(yōu)點：可實現(xiàn)從動件的復(fù)雜運動規(guī)律要求優(yōu)點：可實現(xiàn)從動件的復(fù)雜運動規(guī)律要求缺點：高副接觸，易于磨損，可調(diào)性差，加工困難缺點：高副接觸，易于磨損，可調(diào)性差，加工困難第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)3 3應(yīng)用應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各種自動化或半自動化的控制裝置中。廣泛應(yīng)用于各種自動化或半自動化的控制裝置中。機床刀架中的機床刀架中的凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)箭桿

2、織機中的箭桿織機中的打緯凸輪機構(gòu)打緯凸輪機構(gòu)第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)二、凸輪的分類二、凸輪的分類 1 1按照凸輪的形狀按照凸輪的形狀 u盤形凸輪盤形凸輪 平面凸輪機構(gòu)平面凸輪機構(gòu) u移動凸輪移動凸輪u圓柱凸輪圓柱凸輪空間凸輪機構(gòu)空間凸輪機構(gòu)第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)2 2按照從動件的型式分按照從動件的型式分 u尖頂從動件尖頂從動件u滾子從動件滾子從動件u平底從動件平底從動件u曲底從動件曲底從動件第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu) 3 3按照從動件的運動形式分按照從動件的運動形式分l移動從動件移動從動件l擺動從動件擺動從動件 第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)3-2 3-2 從動件的常用運動規(guī)

3、律從動件的常用運動規(guī)律第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)360 ss第第3 3章章三、凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)三、凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)3-2 3-2 從動件的常用運動規(guī)律從動件的常用運動規(guī)律 一、凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)、凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)1.1.基圓基圓2.2.推程推程3.3.回程回程4.4.行程行程 h5.5.推程運動角推程運動角6.6.回程運動角回程運動角7.7.近休止角近休止角8.8.遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休止角0rs9 9凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角 1010從動件的位移從動件的位移 s ssu反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法理論凸輪理論凸輪輪廓線輪廓線第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)3-2 3-2 從動件的常用運動

4、規(guī)律從動件的常用運動規(guī)律 一、凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)、凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)1.1.基圓基圓2.2.推程推程3.3.回程回程4.4.行程行程 h5.5.推程運動角推程運動角6.6.回程運動角回程運動角7.7.近休止角近休止角8.8.遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休止角0rs9 9凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角 1010從動件的位移從動件的位移 s ss偏置圓偏置圓第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)二、從動件常用運動規(guī)律二、從動件常用運動規(guī)律 從動件的位移從動件的位移s s、速度、速度v v、加速度、加速度a與凸輪轉(zhuǎn)角與凸輪轉(zhuǎn)角 （或時間（或時間t t）之間的函數(shù)關(guān)系。）之間的函數(shù)關(guān)系。定定 義義22222ss()dsds ddsvdtdd

5、tdd sdvdv dd sadtdtddtd第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)二、幾種常用的從動件運動規(guī)律二、幾種常用的從動件運動規(guī)律 （一）多項式類的運動規(guī)律（一）多項式類的運動規(guī)律1 1一次多項式一次多項式等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律2 2二次多項式二次多項式等加速與等減速運動規(guī)律等加速與等減速運動規(guī)律（二）三角函數(shù)運動規(guī)律（二）三角函數(shù)運動規(guī)律1 1余弦加速度運動規(guī)律（簡諧運動規(guī)律）余弦加速度運動規(guī)律（簡諧運動規(guī)律）2 2正弦加速度運動規(guī)律（擺線運動規(guī)律）正弦加速度運動規(guī)律（擺線運動規(guī)律）（三）（三）組合型運動規(guī)律組合型運動規(guī)律 第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)1.1.一次多項式一次多項式等速運

6、動規(guī)律等速運動規(guī)律hs ,s , 00升程邊界條件升程邊界條件, 00ahvhsu升程等速運動方程升程等速運動方程凸輪轉(zhuǎn)速為凸輪轉(zhuǎn)速為，從動件升程為，從動件升程為h h 第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)1.1.一次多項式一次多項式等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律回程邊界條件回程邊界條件u回程等速運動方程回程等速運動方程凸輪轉(zhuǎn)速為凸輪轉(zhuǎn)速為，從動件回程為，從動件回程為h h 00 s , hs , 0, 0a hv hhs 結(jié)論結(jié)論剛性沖擊：剛性沖擊：O O，A A，B B適用范圍：具有等速運動要求、從動件的適用范圍：具有等速運動要求、從動件的 質(zhì)量不大或低速場合。質(zhì)量不大或低速場合。第第3 3章凸輪機構(gòu)

7、章凸輪機構(gòu)2.2.二次多項式二次多項式等加等減速運動規(guī)律等加等減速運動規(guī)律0222 v ,hs ,/hv ,/hs ,/ 22000/hs ,/v ,s , 等加速階段等加速階段邊界條件邊界條件等減速階段等減速階段邊界條件邊界條件22222442 hahvhs222224)(4)(2 hahvhhs推程推程第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)22222442hahvhs）（）（等加速階段等加速階段 等減速階段等減速階段 結(jié)論結(jié)論柔性沖擊：柔性沖擊：O，A，B22222442hahvhhs2.2.二次多項式二次多項式等加等減速運動規(guī)律等加等減速運動規(guī)律回回 程程第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)3.簡諧運

8、動規(guī)律簡諧運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律 與與 之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： 推程階段運動方程：推程階段運動方程： )cos(22coshhRRs)sin(2hv)cos(2222ha第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)回程階段運動方程：回程階段運動方程： ) cos( ) sin( ) cos( 2222222hahvhhs 有柔性沖擊（有柔性沖擊（O O，B B點），在無休止角點），在無休止角的升的升降降升類型凸輪機構(gòu)中，無沖擊。升類型凸輪機構(gòu)中，無沖擊。結(jié)論結(jié)論第六章第六章 凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)3-3 3-3 凸輪機構(gòu)的壓力角凸輪機構(gòu)的壓力角一、壓力角的定義

9、、壓力角的定義 不計摩擦?xí)r，凸輪與從動不計摩擦?xí)r，凸輪與從動件在某瞬時接觸點處的公法件在某瞬時接觸點處的公法線方向與從動件運動方向之線方向與從動件運動方向之間所夾的銳角間所夾的銳角 0ABFnPr0=rbFxFynntt壓力角設(shè)計要求壓力角設(shè)計要求max 第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)二、壓力角與作用力之間的關(guān)系二、壓力角與作用力之間的關(guān)系0ABFnPr0=rbFxFynnttsinxnFF引起摩擦力，是有害分力。引起摩擦力，是有害分力。 xFcosynFF水平力水平力：垂直力：垂直力：u當(dāng)當(dāng) 時，無論凸輪加時，無論凸輪加 給從動件多大力，從動件都給從動件多大力，從動件都 不能運動不能運動自鎖

10、自鎖xyF Fu直動從動件直動從動件: 30u 擺動從動件擺動從動件: 45第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)三、壓力角與凸輪機構(gòu)尺寸的關(guān)系三、壓力角與凸輪機構(gòu)尺寸的關(guān)系220/ds dearctgsre壓力角與基圓半徑的關(guān)系壓力角與基圓半徑的關(guān)系結(jié)論結(jié)論基圓半徑不能過??；偏心距不能過大?；鶊A半徑不能過小；偏心距不能過大。 最小基圓半徑最小基圓半徑220min)tan(eseddsr 第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)三、壓力角與凸輪機構(gòu)尺寸的關(guān)系三、壓力角與凸輪機構(gòu)尺寸的關(guān)系例：如下圖凸輪機構(gòu)例：如下圖凸輪機構(gòu)1、在圖示上標(biāo)出凸輪的合理轉(zhuǎn)向、在圖示上標(biāo)出凸輪的合理轉(zhuǎn)向2、畫出凸輪基圓、畫出凸輪基圓3

11、、畫出從升程開始到、畫出從升程開始到B點從動件的位點從動件的位 移，相對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，移，相對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，B點壓點壓 力角力角4、畫出從動件升程、畫出從動件升程第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)三、壓力角與凸輪機構(gòu)尺寸的關(guān)系三、壓力角與凸輪機構(gòu)尺寸的關(guān)系例：如下圖凸輪機構(gòu)例：如下圖凸輪機構(gòu)1、在圖示上標(biāo)出凸輪的合理轉(zhuǎn)向、在圖示上標(biāo)出凸輪的合理轉(zhuǎn)向2、畫出凸輪基圓、畫出凸輪基圓3、畫出從升程開始到、畫出從升程開始到B點從動件的位點從動件的位 移，相對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，移，相對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，B點壓點壓 力角力角4、畫出從動件升程、畫出從動件升程rr0第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)反轉(zhuǎn)原理：反轉(zhuǎn)原理：3-

12、4 3-4 圖解法設(shè)計凸輪輪廓圖解法設(shè)計凸輪輪廓1.1.給凸輪機構(gòu)加一個反方向的給凸輪機構(gòu)加一個反方向的. . 2.2.這時凸輪靜止不動，從動件：這時凸輪靜止不動，從動件： u繞繞O以以反方向轉(zhuǎn)動；反方向轉(zhuǎn)動；u相對于機架以給定運動規(guī)律運動相對于機架以給定運動規(guī)律運動 B1B2B2B31-23B3B4B4從動件尖頂相對凸輪的運動軌從動件尖頂相對凸輪的運動軌跡形成了凸輪的輪廓曲線。跡形成了凸輪的輪廓曲線。第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)1 1尖頂直動從動件盤形凸輪尖頂直動從動件盤形凸輪一、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制一、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制)()(s已知：凸輪基圓半徑已知：凸輪基圓半徑 ，

13、角速度，角速度 凸輪機構(gòu)偏心距凸輪機構(gòu)偏心距0re第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)2.滾子從動件輪廓設(shè)計滾子從動件輪廓設(shè)計理論輪廓理論輪廓實際輪廓實際輪廓只要滾子的轉(zhuǎn)動中心經(jīng)過只要滾子的轉(zhuǎn)動中心經(jīng)過尖頂從動件所經(jīng)過的軌跡尖頂從動件所經(jīng)過的軌跡)()(s第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu)實際廓線實際廓線凸輪與從動件直接接觸的廓線。凸輪與從動件直接接觸的廓線。二、凸輪機構(gòu)的輪廓曲線二、凸輪機構(gòu)的輪廓曲線理論廓線理論廓線對于滾子從動件，可把滾子圓心看作從動件的尖對于滾子從動件，可把滾子圓心看作從動件的尖 點，該點的復(fù)合運動軌跡即為凸輪的理論廓線。點，該點的復(fù)合運動軌跡即為凸輪的理論廓線。第第3 3章凸輪機構(gòu)章凸輪機構(gòu) 滾子半徑的選擇滾子半徑的選擇 u當(dāng)當(dāng) 時，有確定的包羅線時，有確定的包羅線 u當(dāng)當(dāng) 時，出現(xiàn)尖頂時，出現(xiàn)尖頂u當(dāng)當(dāng) 時，發(fā)生自交時，發(fā)生自交 TrTrTr第第3 3