任務三 凸輪機構

1、任務三任務三 凸輪機構凸輪機構了解凸輪機構的分類了解凸輪機構的分類及應用。及應用。了解凸輪與從動件的了解凸輪與從動件的運動關系。運動關系。教學目的：教學目的：凸輪機構由凸輪機構由凸輪凸輪、從動件從動件、機架機架三個基本構件組成的三個基本構件組成的高副機構高副機構。機架機架從動件從動件滾子滾子凸輪凸輪一、凸輪機構的組成及其特點一、凸輪機構的組成及其特點31 凸輪機構的應用和分類凸輪機構的應用和分類作用：作用：將連續(xù)回轉將連續(xù)回轉 = 從動件直線移動或擺動。從動件直線移動或擺動。凸輪是一個具有凸輪是一個具有曲線輪廓曲線輪廓或或凹槽凹槽的構件，通常作的構件，通常作連續(xù)等速轉動，從動件則在凸輪輪廓的控

2、制下按連續(xù)等速轉動，從動件則在凸輪輪廓的控制下按預定的運動規(guī)律作預定的運動規(guī)律作往復移動往復移動或或擺動擺動。 優(yōu)點：優(yōu)點：構件少，運動鏈短，結構簡單緊湊；易使從動構件少，運動鏈短，結構簡單緊湊；易使從動件（件（follower）得到各種預期的運動規(guī)律。）得到各種預期的運動規(guī)律。凸輪機構的特點凸輪機構的特點 缺點：缺點：從動件與從動件與凸輪為點、線接觸，故易于磨損。凸輪為點、線接觸，故易于磨損。凸凸輪輪廓加工比較困難，費用較高。輪輪廓加工比較困難，費用較高。二、凸輪機構的應用二、凸輪機構的應用132送料機構送料機構多用在傳遞動力不大的各種自動機械、儀表及自動控制裝置中。多用在傳遞動力不大的各種

3、自動機械、儀表及自動控制裝置中。內(nèi)燃機氣門機構內(nèi)燃機氣門機構包裝機械包裝機械盤形盤形凸輪凸輪機構機構在印刷機中的應用在印刷機中的應用等徑等徑凸輪凸輪機構機構在機械加工中的應用在機械加工中的應用應用實例：應用實例：利用分度利用分度凸輪凸輪機構實現(xiàn)轉位機構實現(xiàn)轉位圓柱圓柱凸輪凸輪機構在機機構在機械加工中的應用械加工中的應用三、凸輪機構的分類三、凸輪機構的分類1、按凸輪的形狀分類、按凸輪的形狀分類1）盤形凸輪：）盤形凸輪：凸輪為一繞固定軸線轉動且有變化向徑的盤形凸輪為一繞固定軸線轉動且有變化向徑的盤形構件。限于凸輪徑向尺寸不能變化太大，故從動件的行程較短。構件。限于凸輪徑向尺寸不能變化太大，故從動件

4、的行程較短。盤形凸輪盤形凸輪 移動凸輪移動凸輪 圓柱凸輪圓柱凸輪2）移動凸輪：）移動凸輪：凸輪是具有曲線輪廓、作往復直線移動凸輪是具有曲線輪廓、作往復直線移動 的構件，它可看成是轉動軸線位于無窮的構件，它可看成是轉動軸線位于無窮 遠處的盤形凸輪。遠處的盤形凸輪。移動凸輪移動凸輪 當盤形凸輪的回轉中心趨于無窮遠時，即成為移動當盤形凸輪的回轉中心趨于無窮遠時，即成為移動凸輪，一般作往復移動，多用于靠模仿形機械中凸輪，一般作往復移動，多用于靠模仿形機械中 。 3）圓柱凸輪）圓柱凸輪：凸輪是圓柱面上開有凹槽的圓柱體，可凸輪是圓柱面上開有凹槽的圓柱體，可 看成是繞卷在圓柱體上的移動凸輪，利看成是繞卷在圓

5、柱體上的移動凸輪，利 用它可使從動件得到較大的行程。用它可使從動件得到較大的行程。盤形凸輪盤形凸輪和和移動凸輪移動凸輪與從動件的運動均在同一平面內(nèi)，與從動件的運動均在同一平面內(nèi)，所以又稱為所以又稱為平面凸輪機構平面凸輪機構；而；而圓柱凸輪圓柱凸輪與從動件的運動與從動件的運動不在同一平面內(nèi)，所以又稱為不在同一平面內(nèi)，所以又稱為空間凸輪機構空間凸輪機構。2、按從動件運動副元素形狀分類、按從動件運動副元素形狀分類1）尖頂從動件：）尖頂從動件：從動件的端部呈尖點，特點是能與從動件的端部呈尖點，特點是能與任何形狀的凸輪輪廓上各點相接觸，因而理論上可實任何形狀的凸輪輪廓上各點相接觸，因而理論上可實現(xiàn)任意預

6、期的運動規(guī)律?，F(xiàn)任意預期的運動規(guī)律。特點：特點：是研究其他型式從動件凸輪機構的基礎。構造簡單，是研究其他型式從動件凸輪機構的基礎。構造簡單，尖頂易磨損，只能用于輕載低速的場合，多用于儀尖頂易磨損，只能用于輕載低速的場合，多用于儀表機構。表機構。對心直動尖頂從動件對心直動尖頂從動件偏置直動尖頂從動件偏置直動尖頂從動件2）滾子從動件：）滾子從動件：從動件的端部裝有滾子。從動件的端部裝有滾子。特點：特點：從動件與凸輪之間可形成滾動摩擦，所以磨損顯著減從動件與凸輪之間可形成滾動摩擦，所以磨損顯著減少，能承受較大載荷，應用較廣。但端部重量較大，少，能承受較大載荷，應用較廣。但端部重量較大，又不易潤滑，故

7、仍不宜用于高速。又不易潤滑，故仍不宜用于高速。3）平底從動件：）平底從動件：從動件端部為一平底。從動件端部為一平底。特點：特點：若不計摩擦，凸輪對從動件的作用力始終垂直于若不計摩擦，凸輪對從動件的作用力始終垂直于平底，傳力性能良好，且凸輪與平底接觸面間易平底，傳力性能良好，且凸輪與平底接觸面間易形成潤滑油膜，摩擦磨損小、效率高，故可用于形成潤滑油膜，摩擦磨損小、效率高，故可用于高速，高速，缺點是不能用于凸輪輪廓有內(nèi)凹的情況。缺點是不能用于凸輪輪廓有內(nèi)凹的情況。 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 機構中凸輪勻速旋轉，帶動從動件往復移動，壓力角機構中凸輪勻速旋轉，帶動從動件往復

8、移動，壓力角始終為零度，傳力特性好，結構緊湊，潤滑性能好，摩擦始終為零度，傳力特性好，結構緊湊，潤滑性能好，摩擦阻力較小，適用于高速，阻力較小，適用于高速， 但凸輪輪廓不允許呈下凹，因此但凸輪輪廓不允許呈下凹，因此實現(xiàn)準確的運動規(guī)律受到限制。實現(xiàn)準確的運動規(guī)律受到限制。 總結總結v尖端從動件尖端從動件易磨損，承載能力低，用于輕載低速易磨損，承載能力低，用于輕載低速v滾子從動件滾子從動件磨損小，承載能力較大，用于中載中速磨損小，承載能力較大，用于中載中速v平底從動件平底從動件受力好，潤滑好，常用于高速受力好，潤滑好，常用于高速3、根據(jù)從動件的運動形式分類、根據(jù)從動件的運動形式分類1）直動從動件：

9、）直動從動件：按其從動件導路是否通過凸輪回轉中按其從動件導路是否通過凸輪回轉中 心分為心分為對心對心直動從動件和直動從動件和偏置偏置直動從直動從 動件凸輪機構。動件凸輪機構。對心直動尖頂從動件對心直動尖頂從動件偏置直動尖頂從動件偏置直動尖頂從動件2）擺動從動件：）擺動從動件：從動件的運動為繞固定軸的擺動。從動件的運動為繞固定軸的擺動。擺動滾子從動件擺動滾子從動件擺動尖頂從動件擺動尖頂從動件3 32 2 從動件的常用運動規(guī)律從動件的常用運動規(guī)律凸輪機構設計的基本任務凸輪機構設計的基本任務: : 1) 1)根據(jù)工作要求選定凸輪機構的形式；根據(jù)工作要求選定凸輪機構的形式；而根據(jù)工作要求選定推桿運動規(guī)

10、律，是設計而根據(jù)工作要求選定推桿運動規(guī)律，是設計凸輪輪廓曲線的前提。凸輪輪廓曲線的前提。2)2)推桿運動規(guī)律；推桿運動規(guī)律；3)3)合理確定結構尺寸；合理確定結構尺寸；4)4)設計輪廓曲線。設計輪廓曲線。一、凸輪機構的基本術語一、凸輪機構的基本術語 以尖頂從動件為對象予以介紹以尖頂從動件為對象予以介紹tr0 對心式尖頂從動對心式尖頂從動件盤形凸輪機構件盤形凸輪機構基圓基圓基圓基圓基圓基圓以凸輪理論輪廓最小向以凸輪理論輪廓最小向徑徑r0為半徑所作的圓。為半徑所作的圓。基圓半徑基圓半徑r0行程（推程）行程（推程）從動件從距從動件從距離凸輪回轉中心最近位置到離凸輪回轉中心最近位置到距離凸輪回轉中心最

11、遠位置距離凸輪回轉中心最遠位置的過程，稱為推程。的過程，稱為推程。升程角（推程運動角）升程角（推程運動角）t 從動件推程過程，對應凸輪從動件推程過程，對應凸輪轉角稱為推程運動角。轉角稱為推程運動角。從動件行程從動件行程推桿在推程或回程推桿在推程或回程中移動的距離中移動的距離h，亦稱升距。，亦稱升距。Sh S htr0 對心式尖頂從動對心式尖頂從動件盤形凸輪機構件盤形凸輪機構遠休止角（遠停程角）遠休止角（遠停程角）s推桿在推桿在最高位置靜止不動，凸輪相應的最高位置靜止不動，凸輪相應的轉角。轉角。回程回程 從動件從距離凸輪回轉從動件從距離凸輪回轉中心最遠位置到起始位置，從中心最遠位置到起始位置，從

12、動件移向凸動件移向凸輪輪軸線的行程，稱軸線的行程，稱為回程。對應凸輪轉角為回程。對應凸輪轉角h稱為稱為回程運動角回程運動角。近休止角近休止角（近停程角）（近停程角） s 推桿推桿在最低位置靜止不動，凸輪相應在最低位置靜止不動，凸輪相應的轉角。的轉角。二、二、 從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律 從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律從動件的運動（位移、速度和加速度）從動件的運動（位移、速度和加速度）與時間或凸輪轉角間的關系。與時間或凸輪轉角間的關系。從動件運動線圖從動件運動線圖 從動件從動件S2、v2、a2與凸輪與凸輪1（或（或t）之間的）之間的對應關系曲線。對應關系曲線。 111ShS tSh

13、S tr0h 注：按照從動件在一個循環(huán)中是否需要停歇及停在何處等，可注：按照從動件在一個循環(huán)中是否需要停歇及停在何處等，可將凸輪機構從動件的位移曲線分成如下四種類型：將凸輪機構從動件的位移曲線分成如下四種類型：（1 1）升）升- -停停- -回回- -停型停型（2 2）升）升- -回回- -停型停型（3 3）升）升- -停停- -回型回型（4 4）升）升- -回型回型s sO O 0101 0202 2 2 s sO O 0202 2 2 s sO O 0101 2 2 s sO O 2 2 多項式運動規(guī)律多項式運動規(guī)律 一次多項式運動規(guī)律一次多項式運動規(guī)律等速運動等速運動 二次多項式運動規(guī)律

14、二次多項式運動規(guī)律等加速等減速運動等加速等減速運動 五次多項式運動規(guī)律五次多項式運動規(guī)律三角函數(shù)運動規(guī)律三角函數(shù)運動規(guī)律 余弦加速度運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律簡諧運動規(guī)律簡諧運動規(guī)律 正弦加速度運動正弦加速度運動擺線運動規(guī)律擺線運動規(guī)律組合運動規(guī)律組合運動規(guī)律說明：說明：凸輪一般為等速運動，有凸輪一般為等速運動，有 = t 推桿運動規(guī)律常表示推桿運動規(guī)律常表示為推桿運動參數(shù)隨凸輪轉角為推桿運動參數(shù)隨凸輪轉角 變化的規(guī)律。變化的規(guī)律。重點：重點：掌握各種掌握各種運動規(guī)律運動規(guī)律的特性的特性從動件常用運動規(guī)律從動件常用運動規(guī)律多項式運動規(guī)律多項式運動規(guī)律 s = C0+ C1 + C2 2+ Cn

15、 n1.1n=1( (Constant velocity) )Sh S tr0h 作推程運動線圖作推程運動線圖h ts Ov O t(h/ t) v O t+-從動件在起始和終止點速度有突變，從動件在起始和終止點速度有突變，使瞬時加速度趨于無窮大，從而產(chǎn)使瞬時加速度趨于無窮大，從而產(chǎn)生無限值慣性力，并由此對凸輪產(chǎn)生無限值慣性力，并由此對凸輪產(chǎn)生沖擊生沖擊 剛性沖擊剛性沖擊特性特性: 從動件在運從動件在運動起始和終止點存在動起始和終止點存在剛性沖擊剛性沖擊適用于適用于低速輕載低速輕載場合場合1.2n=2等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律 等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律是指是指從動

16、件在前半推程或回程（從動件在前半推程或回程（h/2h/2）中作等加速運動，后半推程或）中作等加速運動，后半推程或回程（回程（h/2h/2）中作等減速運動。）中作等減速運動。通常加速度和減速度的絕對值相通常加速度和減速度的絕對值相等。等。a0ABCv21h1ts2-a0a21Sh S tr0h hs O 0 0/2h/2v O 0 0/22h / 0a O 0/24h 2/ 02 0 4h 2/ 02從動件在起點、中點和終點，從動件在起點、中點和終點，因加速度有有限值突變而引起因加速度有有限值突變而引起推桿慣性力的有限值突變，并推桿慣性力的有限值突變，并由此對凸輪產(chǎn)生有限值沖擊由此對凸輪產(chǎn)生有限

17、值沖擊柔性沖擊柔性沖擊( (Soft impulse) )等加速等減速運動規(guī)律運動等加速等減速運動規(guī)律運動特性：特性：從動件在運動起始、中點從動件在運動起始、中點和終止點存在和終止點存在柔性沖擊柔性沖擊適用于適用于中速輕載中速輕載場合場合三角函數(shù)運動規(guī)律三角函數(shù)運動規(guī)律2.1余弦加速度運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律(半周期半周期)升程加速度為升程加速度為1/2周期余弦波周期余弦波s Oh 0 0/2 h /2 0 0 0/2v Oa O 0 0/2 2 2 h /2 02- 2 2 h /2 02從動件加速度在從動件加速度在起點起點和和終點終點存在存在有限值突變，故有有限值突變，故有柔性沖擊柔性沖

18、擊若從動件作無停歇的若從動件作無停歇的升降升升降升連續(xù)往復運動，加速度曲線變?yōu)檫B續(xù)往復運動，加速度曲線變?yōu)檫B續(xù)曲線，可以避免柔性沖擊連續(xù)曲線，可以避免柔性沖擊適用于適用于中速中載中速中載場合場合2.2正弦加速度運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律(1周期周期)推程段的運動線圖推程段的運動線圖從動件加速度沒有突變，從動件加速度沒有突變，因而將不產(chǎn)生任何沖擊因而將不產(chǎn)生任何沖擊適用于高速輕載場合適用于高速輕載場合 s211a21v2ht t各各種種常常用用運運動動規(guī)規(guī)律律的的比比較較等等速速運運動動規(guī)規(guī)律律等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律余余弦弦加加速速度度運運動動規(guī)規(guī)律律正弦加速度運動規(guī)正弦加速度運動規(guī)律律運動規(guī)律運動規(guī)律 運動特性運動特性 適用場合適用場合等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律五次多項式運動規(guī)律五次多項式運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律剛性沖擊剛性沖擊柔性沖擊柔性沖擊無沖擊無沖擊柔性沖擊柔性沖擊無沖擊無沖擊低速輕載低速輕載中速輕載中速輕載高速中載高速中載中低速中載中低速中載中高速輕載中高速輕載低速輕負荷低速輕負荷中速輕負荷中速輕負荷中低速中負荷