凸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、第八章第八章 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)81 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型82 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律83 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)84 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定81 凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型的應(yīng)用和類型組成：組成：三個(gè)構(gòu)件、三個(gè)構(gòu)件、盤盤(柱柱)狀曲線輪廓、從動(dòng)件呈桿狀。狀曲線輪廓、從動(dòng)件呈桿狀。作用：作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)將連續(xù)回轉(zhuǎn) = 從動(dòng)件從動(dòng)件直線移動(dòng)直線移動(dòng)或或擺動(dòng)擺動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可精確實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，簡(jiǎn)單緊湊?？删_實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，簡(jiǎn)單緊湊。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：高副，線接觸，易磨損，傳力不大。高副，線接觸，易磨損，傳力不大。應(yīng)用：應(yīng)用：內(nèi)燃機(jī)內(nèi)

2、燃機(jī) 、牙膏生產(chǎn)等自動(dòng)線、補(bǔ)、牙膏生產(chǎn)等自動(dòng)線、補(bǔ) 鞋機(jī)、配鑰匙機(jī)等。鞋機(jī)、配鑰匙機(jī)等。分類：分類：1)按凸輪形狀分：按凸輪形狀分：盤形盤形、 移動(dòng)移動(dòng)、 圓柱凸輪圓柱凸輪 ( 端面端面 ) 。2)按推桿形狀分：按推桿形狀分：尖頂尖頂、 滾子滾子、 平底平底從動(dòng)件。從動(dòng)件。特點(diǎn)：特點(diǎn)：尖頂構(gòu)造簡(jiǎn)單、易磨損、用于儀表機(jī)構(gòu)；尖頂構(gòu)造簡(jiǎn)單、易磨損、用于儀表機(jī)構(gòu)；滾子滾子磨損小，應(yīng)用廣；磨損小，應(yīng)用廣；平底平底受力好、潤(rùn)滑好，用于高速傳動(dòng)。受力好、潤(rùn)滑好，用于高速傳動(dòng)。實(shí)例實(shí)例作者：潘存云教授作者：潘存云教授12刀架刀架o3).按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)分：按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)分：直動(dòng)直動(dòng)(對(duì)心對(duì)心、偏置偏置)、 擺動(dòng)擺動(dòng)

3、4).按保持接觸方式分：按保持接觸方式分：力封閉力封閉（重力、彈簧等）內(nèi)燃機(jī)氣門機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)氣門機(jī)構(gòu)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)幾何形狀封閉幾何形狀封閉(凹槽、等寬、等徑、主回凸輪)作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授r1r2r1+r2 =constW凹凹槽槽凸凸輪輪主主回回凸凸輪輪等等寬寬凸凸輪輪等等徑徑凸凸輪輪優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：只需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)妮喞€，從動(dòng)件便可獲得只需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)妮喞€，從動(dòng)件便可獲得任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：線接觸，容易磨損。線接觸，容易磨損。作者：潘存云教授繞線機(jī)構(gòu)繞線機(jī)構(gòu)3

4、作者：潘存云教授12A線線應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：作者：潘存云教授3皮帶輪皮帶輪5卷帶輪卷帶輪錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)1放音鍵放音鍵2摩擦輪摩擦輪413245放音鍵放音鍵卷帶輪卷帶輪皮帶輪皮帶輪摩擦輪摩擦輪錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)作者：潘存云教授作者：潘存云教授132送料機(jī)構(gòu)送料機(jī)構(gòu)作者：潘存云教授ot s82 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(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(yǔ)：名詞術(shù)語(yǔ)：一、一、從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律基圓、基圓、推程運(yùn)動(dòng)角、推程運(yùn)動(dòng)角、基圓半徑、基圓半徑

5、、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)r0h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。2)2)從動(dòng)件的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(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。sDBCB shAhsstt作者：潘存云教授在推程起始點(diǎn)：在推程起始點(diǎn)：=0=0， s=0代入得：代入得：C00， C1h/h/t t推程運(yùn)動(dòng)方程：推程運(yùn)動(dòng)方程： s h/t v h /tstvah在推程終止點(diǎn)：在推程終止點(diǎn)：=t t ，s=h+剛性沖擊剛性沖擊同理得回程運(yùn)動(dòng)方程：同理得回程運(yùn)動(dòng)

6、方程： sh(1-/t )v-h /ta0a 01.1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律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。推程加速上升段邊界條件：推程加速上升段邊界條件：起始點(diǎn)：起始點(diǎn)：=0=0， s=0， v0中間點(diǎn)：中間點(diǎn)：=t t /2 2，s=h/2 求得：求得：C00， C10，C22h/2t加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s 2h2 /2tv 4h /2ta 4h2 /2t作者：潘存云教授ah/2t th/2推程減速上升段邊界條件：推程減速上升段邊界條件：終止點(diǎn)：終止點(diǎn)：=t t ，s=h，v0中間

7、點(diǎn)：中間點(diǎn)：=t t/2 2，s=h/2 求得：求得：C0h， C14h/t C2-2h/2t減速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：減速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s h-2h(t )2/2t1sv -4h(t-)/2ta -4h2 /2t2 35462h/2h/0 0柔性沖擊柔性沖擊4h4h2 2/2 20 03重寫加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：重寫加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s 2h2 /2tv 4h /2ta 4h2 /2tv同理可得回程等加速段的運(yùn)動(dòng)方程為：同理可得回程等加速段的運(yùn)動(dòng)方程為：s h-2h2/2tv -4h/2ta -4h2/2t回程等減速段運(yùn)動(dòng)方程為：回程等減速段運(yùn)動(dòng)方程為：s 2h(t-)2/2tv -4h

8、(t-)/2ta 4h2/2t作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云h0 s sa. .余弦加速度余弦加速度( (簡(jiǎn)諧簡(jiǎn)諧) )運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程：推程： sh1-cos(/t)/2 v hsin(/t)/2ta 2h2 cos(/t)/22t 回程：回程： sh1cos(/t)/2 v-hsin(/t)/2ta-2h2 cos(/t)/22t123 456v vV Vmaxmax=1.57h/2=1.57h/20 0在起始和終止處理論上在起始和終止處理論上a為有限值，產(chǎn)生為有限值，產(chǎn)生柔性沖擊柔性沖擊。123456作者：潘存云教授 savh0 0. .正弦加速度（擺線）運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度（擺線）運(yùn)動(dòng)

9、規(guī)律推程：推程：sh/h/t t-sin(2/-sin(2/t t)/2 )/2 vh1-cos(2/h1-cos(2/t t)/)/t ta2h2h2 2 sin(2/(2/t t)/)/2 2t t 回程：回程： sh1-/h1-/t t+sin(2/+sin(2/t t)/2)/2 vhcos(2/hcos(2/t t)-1/)-1/t ta-2h-2h2 2 sin(2/(2/t t)/)/22t t無(wú)沖擊無(wú)沖擊vmax=2h/0 0amax=6.28=6.28hh2 2/0 02 2123456r=h/2=2/=2/0 0作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云vs a hooo0 0三、改進(jìn)型

10、運(yùn)動(dòng)規(guī)律三、改進(jìn)型運(yùn)動(dòng)規(guī)律將幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合，以改善將幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合，以改善運(yùn)動(dòng)特性。運(yùn)動(dòng)特性。+-正弦改進(jìn)等速正弦改進(jìn)等速v s a hooo0 01.1.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83 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)2.2.用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線1)1)對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪2)2)對(duì)心直動(dòng)滾子對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪盤形凸輪3)3)對(duì)心直動(dòng)平底對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪盤形凸輪4)4)偏置直動(dòng)尖頂偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪盤形凸輪5)5)擺動(dòng)尖頂擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪機(jī)

11、構(gòu)3.3.用解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線用解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云一、凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理一、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- -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。O O -3311223 33 31 11 12 22 2作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云60

12、r0120-1已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度和和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。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 r0 0。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。1.1.對(duì)心直動(dòng)對(duì)心直動(dòng)尖頂尖頂從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪盤形凸輪135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109二、圖解

13、法設(shè)計(jì)（二、圖解法設(shè)計(jì)（繪制）繪制）盤形凸輪輪廓盤形凸輪輪廓 6012090901 3 5 7 8911 13 15s 91113121410作者：潘存云教授2)2)對(duì)心直動(dòng)對(duì)心直動(dòng)滾子滾子從動(dòng)件盤形凸輪從動(dòng)件盤形凸輪設(shè)計(jì)：潘存云s 911 13 151 3 5 7 8r0A120-1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 r0 0。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。135789111312142

14、345 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。已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。輪廓曲線。 601209090作者：潘存云教授3)3)對(duì)心直動(dòng)對(duì)心直動(dòng)平底平底推桿盤形凸輪推桿盤形凸輪設(shè)計(jì)：潘存云s 911 13 151 3 5 7 8r0已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。該凸輪輪

15、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 r0 0。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。8765432191011121314-A13578911131214123456781514131211109 601209090作者：潘存云教授設(shè)計(jì)：潘存云911 13 151 3 5 7 8O OeA A已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和偏心距和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和偏心距e

16、，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。4)4)偏置直動(dòng)尖頂偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪盤形凸輪13578911131214-612345781514131211109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 r0 0; ; 反向等分各運(yùn)動(dòng)角反向等分各運(yùn)動(dòng)角; ; 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。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8 601209090s2 作者：潘存云教授5)5)

17、擺動(dòng)尖頂擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：潘存云120B11 1r0 601209090s 已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，角速度，擺桿長(zhǎng)度，擺桿長(zhǎng)度l以及擺以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離d，擺，擺桿角位移方程桿角位移方程，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。12345 6 7 85678B1B2B3B4B5B6B7B860 90 -dABl1 2 3 4B22 2B33 3B44 4B55 5B66 6B77 7A1A2A3A4A5A6A7A8作者：潘存云教授yxB0三三. .用解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線用解析法設(shè)計(jì)凸輪

18、的輪廓曲線例：例：偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪機(jī)構(gòu)由圖可知：由圖可知： s0(r(r0 02 2-e-e2 2) )1/21/2實(shí)際輪廓線為理論輪廓的等距線實(shí)際輪廓線為理論輪廓的等距線。曲線任意點(diǎn)切線與法線斜率互為負(fù)倒數(shù)：曲線任意點(diǎn)切線與法線斜率互為負(fù)倒數(shù)：原理：原理：反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)結(jié)果：設(shè)計(jì)結(jié)果：輪廓的參數(shù)方程輪廓的參數(shù)方程: : x=x() y= y()x= (s0+s)sin+ ecosy= (s0+s)cos- - esinetg= - -dx/dy =(dx/d)/(- - dy/d)=sin/cos(1)er r0 0- - rrr0s0snns0yx

19、已知：已知：r r0 0、r rT T、e e、S=S()S=S()作者：潘存云教授(x, y)rrnn對(duì)對(duì)(1)(1)式求導(dǎo)，得：式求導(dǎo)，得：dx/d(ds/d- - e)sin+(s0+s)cos式中式中: : “”對(duì)應(yīng)于內(nèi)等距線，對(duì)應(yīng)于內(nèi)等距線， “ “”對(duì)應(yīng)于外等距線。對(duì)應(yīng)于外等距線。實(shí)際輪廓為實(shí)際輪廓為B點(diǎn)的坐標(biāo)：點(diǎn)的坐標(biāo)： x= y=x - rrcosy - rrsinyxB0eer r0 0- - rrr0s0snns0yx ( dx/d) ( dx/d)2+( dy/d)2 得：得：sin= ( dy/d) ( dx/d)2+( dy/d)2cos=(x,y)(x,y)dy/d(ds/d- - e)cos-(s0+s)sin84 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 上述設(shè)計(jì)廓線時(shí)的凸輪結(jié)構(gòu)參數(shù)上述設(shè)計(jì)廓線時(shí)的凸輪結(jié)構(gòu)參數(shù)r0、e、rr等，等，是預(yù)先給定的。實(shí)際上，這些參數(shù)也是根據(jù)機(jī)構(gòu)的是預(yù)先給定的。實(shí)際上，這些參數(shù)也是根據(jù)機(jī)構(gòu)的受力情況是否良好、動(dòng)作是否靈活、尺寸是否緊湊受力情況是