第4章凸輪機(jī)構(gòu)

1、 第 4 章 凸 輪 機(jī) 構(gòu)4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律4.3 反轉(zhuǎn)法繪制盤形凸輪輪廓曲線實(shí)訓(xùn)5 設(shè)計(jì)對心移動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)4.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定第4章 凸輪機(jī)構(gòu) 基本要求1、了解凸輪機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用：2、掌握從動件常用運(yùn)動規(guī)律及其選擇時應(yīng)考慮的因素：3、能應(yīng)用反轉(zhuǎn)法對凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程進(jìn)行分析；4、能根據(jù)給定的運(yùn)動規(guī)律，應(yīng)用反轉(zhuǎn)法繪制出各種從 動件盤形凸輪的輪廓曲線；5、了解凸輪廓線方程的建立過程，會進(jìn)行盤形凸輪輪 廓的設(shè)計(jì)計(jì)算；6、掌握壓力角與自鎖的關(guān)系、基圓半徑對壓力角的影 響以及滾子半徑選擇的原則；第4章 凸輪機(jī)構(gòu)重點(diǎn) 1、從動件常用

2、運(yùn)動規(guī)律及其選擇原則； 2、凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程的分析； 3、凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)； 4、凸輪機(jī)構(gòu)壓力角與機(jī)構(gòu)基本尺寸的關(guān)系。難點(diǎn) 1、相對運(yùn)動原理 2、凸輪機(jī)構(gòu)壓力角與機(jī)構(gòu)基本尺寸的關(guān)系。第4章 凸輪機(jī)構(gòu)思考題1、試比較尖頂、滾子和平底從動件的優(yōu)缺點(diǎn)，并說明 它們的適用場合。2、在用反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)盤型凸輪輪廓曲線的各個步驟中， 應(yīng)注意哪些問題?各類凸輪設(shè)計(jì)方法有何特點(diǎn)？3、凸輪理論輪廓線與實(shí)際輪廓線有何區(qū)別與聯(lián)系?當(dāng) 已知盤型凸輪的理論輪廓線，欲求實(shí)際輪廓線時， 能否直接由理論輪廓線上各點(diǎn)的向徑減去滾子半徑 來求得，為什么?4、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角是如何定義的?為什么要規(guī)定許 用壓力角?5、你所學(xué)過的三種

3、基本運(yùn)動規(guī)律各有何特點(diǎn)，適用于 何種場合?什么是剛性沖擊和柔性沖擊，如何避免?第4章 凸輪機(jī)構(gòu)6、盤形凸輪基圓半徑的選擇與哪些因素有關(guān)?7、通常采用什么方法使凸輪與從動件之間保持接觸?8、如果兩個凸輪的實(shí)際輪廓線相同，則從動件的運(yùn) 動規(guī)律是否一定相同，為什么?9、如果兩個凸輪的理論輪廓線相同，則從動件的運(yùn) 動規(guī)律是否一定相同，為什么?10、滾子從動件凸輪機(jī)構(gòu)的滾子損壞后用一半徑不 同的滾子替換是否可行，為什么?11、在什么情況下凸輪實(shí)際輪廓線會出現(xiàn)尖點(diǎn)或過 切現(xiàn)象，如何避免?第4章 凸輪機(jī)構(gòu)4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用 凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，他通過與從動件的高副接觸，在運(yùn)動時可以

4、使從動件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期運(yùn)動。凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動件和機(jī)架三部分組成。凸輪機(jī)構(gòu)是高副機(jī)構(gòu)，易于磨損，因此只適用于傳遞動力不大的場合。4.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)的組成與類型凸輪機(jī)構(gòu)的分類方法分類方法（1）按凸輪的形狀分類盤形凸輪移動凸輪4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用 圓柱凸輪（2）按從動件的端部結(jié)構(gòu)形式分類尖頂從動件滾子從動件4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用平底從動件（3）按從動件的運(yùn)動形式分類移動從動件擺動從動件4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用（4）按鎖合形式分類： 力鎖合形鎖合4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用示例一內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用4.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用應(yīng)用示例一內(nèi)燃機(jī)配氣

5、機(jī)構(gòu)4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用4.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用應(yīng)用示例二靠模車削機(jī)構(gòu)4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用示例三分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用示例四機(jī)床自動進(jìn)給凸輪機(jī)構(gòu)4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律基圓：以凸輪最小半徑ro所作的圓，ro稱為凸輪的基圓半徑。推程、推程運(yùn)動角：遠(yuǎn)休、遠(yuǎn)休止角：近休、近休止角：行程：hs位移：從動件的運(yùn)動規(guī)律：是指推桿在運(yùn)動過程中，其位移、速度和加速度隨時間變化（凸輪轉(zhuǎn)角變化）的規(guī)律。o回程、回程運(yùn)動角：4.2.1 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析jh0rrs4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律 從

6、動件的位移s與凸輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系可以用從動件的位移線圖來表示，如圖所示。圖為對心尖頂從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪回轉(zhuǎn)時，從動件重復(fù) 升升停停降降停停的運(yùn)動循環(huán)。4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用從動件的運(yùn)動取決于凸輪輪廓曲線的形狀,即凸輪輪廓決定了從動件的運(yùn)動規(guī)律。4.2.2 從動件的常用運(yùn)動規(guī)律1.等速運(yùn)動規(guī)律等速運(yùn)動規(guī)律從動件在運(yùn)動過程中，運(yùn)動速度為定值。運(yùn)動開始，由0突變?yōu)榧铀俣韧?，運(yùn)動結(jié)束在運(yùn)動的起點(diǎn)和終點(diǎn)，從動件的速度的突變，加速度將達(dá)到無窮大，將產(chǎn)生極大的慣性力，引起剛性沖擊剛性沖擊。a= -10h0010hdtda4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律從動件推程運(yùn)動方程式4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動

7、件常用運(yùn)動規(guī)律從動件回程運(yùn)動方程式0hs 10h0)1 (0 hs1hh04.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律2.等加速等加速等減速運(yùn)動規(guī)律等減速運(yùn)動規(guī)律4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律從動件在運(yùn)動過程的前半程作等加速運(yùn)動，后半程作等減速運(yùn)動，兩部分加速度的絕對值相等。從動件在運(yùn)動的開始點(diǎn)、中間點(diǎn)和終止點(diǎn)，加速度的突變?yōu)橛邢拗?，將引起有限的慣性力，從而引起柔性沖擊柔性沖擊。從動件推程前半程運(yùn)動方程式4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律從動件推程后半程運(yùn)動方程式2202hs 2014h20214h020 2020)(2hhs)(40201h20214h20 0等加速等減速運(yùn)動規(guī)律的位移線圖作

8、法4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律等加速等減速運(yùn)動規(guī)律作法4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律3.簡諧運(yùn)動規(guī)律簡諧運(yùn)動規(guī)律4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律質(zhì)點(diǎn)在圓周上作等速運(yùn)動時，它在這個圓的直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動。在運(yùn)動起始和終止位置，加速度曲線不連續(xù)，存在柔性沖擊柔性沖擊。從動件位移方程0cos12hs從動件推程運(yùn)動方程式4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律從動件回程運(yùn)動方程式0022000cos2sin2cos12hahhs0022000cos2sin2cos12hahhs簡諧運(yùn)動規(guī)律作法4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律常用從動件運(yùn)動規(guī)律

9、的比較常用從動件運(yùn)動規(guī)律的比較4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律 運(yùn)動規(guī)律 最大速度 最大加速 沖擊性質(zhì) 適用范圍 （推薦） 等 速 剛性沖擊低速、輕載等加速等減速 柔性沖擊中速、輕載 簡 諧 運(yùn) 動 柔性沖擊中低速、中載或重載1000. 1h1000. 2h1057. 1h212000. 4h12093. 4h4.3 反轉(zhuǎn)法繪制盤形凸輪輪廓曲線1. 反轉(zhuǎn)法原理加角速度-(與凸輪角速度大小相等、方向相反)凸輪靜止不動從動件尖頂?shù)倪\(yùn)動軌跡就是凸輪輪廓曲線從動件相對導(dǎo)路移動對于滾子從動件，則滾子中心可看作是從動件的尖頂，其運(yùn)動軌跡就是凸輪的理論輪廓曲線理論輪廓曲線，凸輪的實(shí)際輪廓曲線實(shí)際輪廓曲線

10、是與理論輪廓曲線相距滾子半徑rT的一條等距曲線。反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法從動件與導(dǎo)路以-角速度繞凸輪轉(zhuǎn)動4.3 反轉(zhuǎn)法繪制盤形凸輪輪廓曲線反轉(zhuǎn)法原理求位移線圖4.3 反轉(zhuǎn)法繪制盤形凸輪輪廓曲線2.對心尖頂直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的畫法設(shè)計(jì)要求：已知凸輪的基圓半徑為r0,凸輪沿逆時針方向等速回轉(zhuǎn)。而推桿的運(yùn)動規(guī)律如圖所示。試設(shè)計(jì)該對心直動尖頂從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線。4.3 反轉(zhuǎn)法繪制盤形凸輪輪廓曲線4.3 反轉(zhuǎn)法繪制盤形凸輪輪廓曲線4.3 反轉(zhuǎn)法繪制盤形凸輪輪廓曲線3.對心滾子直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的畫法已知條件: 凸輪的基圓半徑為r0,滾子半徑rT,凸輪沿逆時針方向等速回轉(zhuǎn)。推桿的運(yùn)動規(guī)律如圖

11、所示。試設(shè)計(jì)對心直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線。4.3 反轉(zhuǎn)法繪制盤形凸輪輪廓曲線4.3 反轉(zhuǎn)法繪制盤形凸輪輪廓曲線4.3 反轉(zhuǎn)法繪制盤形凸輪輪廓曲線4.對心直動平底從動件盤形凸輪輪廓的畫法已知條件: 凸輪的基圓半徑為r0,凸輪沿逆時針方向等速回轉(zhuǎn)。推桿的運(yùn)動規(guī)律如圖所示。試設(shè)計(jì)對心直動平底從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線。4.3 反轉(zhuǎn)法繪制盤形凸輪輪廓曲線4.3 反轉(zhuǎn)法繪制盤形凸輪輪廓曲線5、偏置直動尖頂從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 已知條件:已知凸輪的基圓半徑為r0,凸輪沿逆時針方向等速回轉(zhuǎn)。而推桿的運(yùn)動規(guī)律已知，已知偏距e。試設(shè)計(jì)。4.3 反轉(zhuǎn)法繪制盤形凸輪輪廓曲線試設(shè)計(jì)一對心移動滾子從動件盤形

12、凸輪。已知凸輪按順時針方向轉(zhuǎn)動，其基圓半徑 mm。滾子半徑 =5mm。從動件的行程 mm，運(yùn)動規(guī)律如下：實(shí)訓(xùn)5設(shè)計(jì)對心移動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)100orTr50h凸輪轉(zhuǎn)角 從動件運(yùn)動規(guī)律等加速等減速上升50mm停止不動等加速等減速下降至原來位置停止不動001200 00180120 00270180 00360270 （1）選取適合的比例尺L、 ，作從動件位移曲線取長度比例尺L=2mm/mm 、角度比例尺 =6/mm。將已知的從動件的位移曲線的推程、回程和從動件的位移曲線分成相同等份，作出從動件位移曲線，如圖（a）所示。實(shí)訓(xùn)5設(shè)計(jì)對心移動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)訓(xùn)5設(shè)計(jì)對心移動滾子從動件盤形

13、凸輪機(jī)構(gòu)（2）用反轉(zhuǎn)法繪制凸輪理論輪廓曲線1）以為圓心以為半徑作出基圓，確定滾子從動件上滾子中心的最低位置。過作滾子中心的運(yùn)動導(dǎo)路。2）利用反轉(zhuǎn)法將基圓圓周分成與從動件位移曲線圖中橫坐標(biāo)軸對應(yīng)的等份，代表機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)時各相應(yīng)位置的導(dǎo)路線。3）自基圓圓周沿以上導(dǎo)路線截取對應(yīng)位移量，它們便是機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)時從動件滾子中心的一系列位置。最后連成平滑曲線，即為凸輪理論輪廓曲線。（3）繪制凸輪實(shí)際輪廓曲線以凸輪理論輪廓曲線上各點(diǎn)為圓心，以滾子半徑為半徑畫一系列滾子圓，作該系列滾子圓的內(nèi)包絡(luò)線，即為滾子從動件凸輪的實(shí)際輪廓曲線，如圖（b）所示。4.4.1 滾子半徑的確定凸輪輪廓曲線形狀與滾子半徑的關(guān)系當(dāng)理論廓線內(nèi)凹

14、時a= min+rT此時，無論滾子半徑大小，凸輪工作輪廓總是光滑曲線(如圖a)4.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定當(dāng)理論廓線外凸時(可分為三種情況)1) min rT時 a 0,這時所得的凸輪實(shí)際輪廓為光滑的曲線2) min = rT 時a = 0,實(shí)際輪廓線變尖，極易磨損，不能使用3) min rT時a 0,即實(shí)際曲線出現(xiàn)交叉會出現(xiàn)失真失真a= minrT4.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定結(jié)論結(jié)論：外凸的凸輪輪廓曲線, 應(yīng)使rT min，通常取rT0.8 min同時a35mm,另外滾子半徑還受強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)等的限制，因而也不能做得太小，通常取滾子半徑rT=(0.1 0.15)r0。 4.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺

15、寸的確定4.4.2 壓力角的確定 從動件的運(yùn)動方向和凸輪作用于它的法向力Fn方向之間所夾的角稱為壓力角壓力角。凸輪輪廓曲線上各點(diǎn)的壓力角是變化的，最大壓力角的位置一般存在于運(yùn)動過程的起始點(diǎn)、速度最大的點(diǎn)以及凸輪輪廓向徑急劇變化的地方。4.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 由上述關(guān)系式知，壓力角愈大，有效分力1愈小，有害分力2愈大。當(dāng)角大到某一數(shù)值時，必將會出現(xiàn)F1F2的情況。這時，不論施加多大的Fn力，都不能使從動件運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為自鎖自鎖。因此，為了保證凸輪機(jī)構(gòu)的正常工作，必須對凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角進(jìn)行限制。推薦壓力角數(shù)值移動從動件30擺動從動件 45回程中，一般不會有自鎖現(xiàn)象，壓力角取值為a=7080cos1FF sin2FF 有害分力有效分力4.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪壓力角的測量方法4.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定4.4.3 基圓半徑的確定 當(dāng)從動件的運(yùn)動規(guī)律確定后，凸輪基圓半徑r0的大小將直接影響到壓力角的大