凸輪機(jī)構(gòu)的工作原理和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（基礎(chǔ)教育）

1、第6章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)1陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用定義：由具有曲線輪廓的構(gòu)件，通過高副接觸帶動(dòng)從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種高副運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用：在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，當(dāng)需要其從動(dòng)件必須準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)某種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，常采用凸輪機(jī)構(gòu)2/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用組成：凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架機(jī)架從動(dòng)件滾子凸輪3/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域：凸輪機(jī)構(gòu)廣泛用于自動(dòng)機(jī)械、自動(dòng)控制裝置和裝配生產(chǎn)線中。內(nèi)燃機(jī)配汽機(jī)構(gòu)自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)4/68陽(yáng)山書屋作者：潘存云教授3皮帶輪5卷帶輪錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)1放音鍵2摩擦輪413245放音

2、鍵卷帶輪皮帶輪摩擦輪錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)5/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用等徑凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)械加工中的應(yīng)用利用分度凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位盤形凸輪機(jī)構(gòu)在印刷機(jī)中的應(yīng)用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)在機(jī)械加工中的應(yīng)用6/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用特點(diǎn)：凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓的構(gòu)件，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過其上的曲線輪廓與從動(dòng)件的高副接觸，使從動(dòng)件獲得預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。一般情況下，凸輪是原動(dòng)件且作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件則按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)作直線移動(dòng)或擺動(dòng)。7/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，通過適當(dāng)設(shè)計(jì)凸輪廓線可以使推桿實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律，同時(shí)還可

3、以實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。缺點(diǎn)：高副，易磨損，多用于傳力不大的場(chǎng)合。8/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類二、凸輪機(jī)構(gòu)的基本名詞術(shù)語(yǔ)00ot s1)基圓(base circle)、基圓半徑r0 3)推程運(yùn)動(dòng)角02)推程(rise): 由軸心向外的行程4)遠(yuǎn)休(farthest dwell)、遠(yuǎn)休止角015)回程(return)、回程運(yùn)動(dòng)角0 6)近休(nearest dwell)、近休止角02 7)行程(lift): hr0h A01010202DBCB009/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類三、凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪機(jī)構(gòu)分類1. 按凸輪形狀分2. 按從動(dòng)件形狀分3. 按凸輪與從動(dòng)件保持接觸的

4、方式分平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)：圓柱凸輪盤形凸輪移動(dòng)凸輪 尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件幾何封閉力封閉10/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類三、凸輪機(jī)構(gòu)的分類按凸輪形狀分凸輪是繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)且具有變化向徑的盤形構(gòu)件，而且從動(dòng)件在垂直于凸輪軸線的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用最廣。但從動(dòng)件行程較大時(shí)，則凸輪徑向尺寸變化較大，而當(dāng)推程運(yùn)動(dòng)角較小時(shí)會(huì)使壓力角增大。（1）盤形凸輪11/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類三、凸輪機(jī)構(gòu)的分類按凸輪形狀分其凸輪可以看作是盤形凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線在無(wú)窮遠(yuǎn)處，這時(shí)凸輪作往復(fù)移動(dòng)，從動(dòng)件在同一平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。盤形凸輪和移動(dòng)凸輪都是平面凸輪機(jī)構(gòu)。（2）移動(dòng)凸輪12/68陽(yáng)山書屋

5、6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類三、凸輪機(jī)構(gòu)的分類按凸輪形狀分其凸輪的輪廓曲線做在圓柱體上，它可看成是將移動(dòng)凸輪卷成一圓柱體而得到的，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)平面與凸輪軸線平行，故凸輪與從動(dòng)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是空間運(yùn)動(dòng)，稱為空間凸輪機(jī)構(gòu)。（3）圓柱凸輪13/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類三、凸輪機(jī)構(gòu)的分類按從動(dòng)件形狀分從動(dòng)件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能與任意形狀的凸輪輪廓保持接觸，但因尖頂易于磨損，故只適宜于傳力不大的低速凸輪機(jī)構(gòu)中（1）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)件14/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類三、凸輪機(jī)構(gòu)的分類按從動(dòng)件形狀分（2）滾子從動(dòng)件該從動(dòng)件與凸輪輪廓之間為滾動(dòng)摩擦，耐磨損

6、，可承受較大的載荷，故應(yīng)用最廣。15/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類三、凸輪機(jī)構(gòu)的分類按從動(dòng)件形狀分（3）平底從動(dòng)件該從動(dòng)件優(yōu)點(diǎn)在于：凸輪對(duì)從動(dòng)件的作用力始終垂直于從動(dòng)件的底部（不計(jì)摩擦?xí)r），故受力比較平穩(wěn)，而且凸輪輪廓與平底的接觸面間容易形成楔形油膜，潤(rùn)滑情況良好，故常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)中。16/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類三、凸輪機(jī)構(gòu)的分類按從動(dòng)件形狀分根據(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。擺動(dòng)滾子從動(dòng)件擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件擺動(dòng)平底從動(dòng)件17/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類三、凸輪機(jī)構(gòu)的分類按凸輪與從動(dòng)件保持接觸的方式

7、分（1）幾何封閉幾何封閉利用凸輪或從動(dòng)件本身的特殊幾何形狀使從動(dòng)件與凸輪保持接觸。( 凹槽、等寬、等徑、主回凸輪)18/68陽(yáng)山書屋r1r2r1+r2 =constW凹槽凸輪主回凸輪等寬凸輪等徑凸輪19/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類三、凸輪機(jī)構(gòu)的分類按凸輪與從動(dòng)件保持接觸的方式分（2）力封閉力封閉凸輪機(jī)構(gòu)是指利用重力、彈簧力或其他外力使從動(dòng)件與凸輪保持接觸。20/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類四、凸輪機(jī)構(gòu)的命名規(guī)則名稱 =“從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式 +從動(dòng)件形狀 +凸輪形狀 +機(jī)構(gòu)”21/68陽(yáng)山書屋6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類五、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求選擇凸輪

8、的類型和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。確定凸輪的基圓半徑。確定凸輪的輪廓。進(jìn)行必要的分析，如凸輪機(jī)構(gòu)的靜力分析、效率計(jì)算等。對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，有時(shí)需進(jìn)行動(dòng)力分析。22/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律一、凸輪機(jī)構(gòu)的基本名詞術(shù)語(yǔ)00ot s1)基圓(base circle)、基圓半徑r0 3)推程運(yùn)動(dòng)角0:2)推程(rise): 由軸心向外的行程4)遠(yuǎn)休(farthest dwell)、遠(yuǎn)休止角01 ：5)回程(return)、回程運(yùn)動(dòng)角0 6)近休(nearest dwell)、近休止角02 7)行程(lift): hr0h A01010202DBCB0023/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、從

9、動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的定義：指從動(dòng)件在推程或回程時(shí)，其位移、速度和加速度隨時(shí)間t變化的規(guī)律。因絕大多數(shù)凸輪作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)角與時(shí)間t成正比，所以從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律常表示為從動(dòng)件的上述運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。表明從動(dòng)件的位移隨凸輪轉(zhuǎn)角而變化的線圖稱為從動(dòng)件的位移線圖。24/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過程中，其位移、速度和加速度隨凸輪(時(shí)間)變化的規(guī)律。25/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件的位移曲線取決于凸輪輪廓曲線的形狀，即：從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與凸輪輪廓曲線相對(duì)應(yīng)。設(shè)計(jì)凸輪時(shí)：首先根據(jù)工作要求確

10、定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，繪制從動(dòng)件的位移線圖，然后據(jù)其繪制凸輪輪廓曲線。26/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、從動(dòng)件的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速或等減速運(yùn)動(dòng)五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪一般為等速運(yùn)動(dòng)，有=t, 推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律常表示為推桿運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。27/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、從動(dòng)件的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪轉(zhuǎn)角；從動(dòng)件位移；待定系數(shù)，可利用邊界條件來(lái)確定。28/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律1、一次多

11、項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)方程式一般表達(dá)式：推程運(yùn)動(dòng)線圖邊界條件運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)：推程運(yùn)動(dòng)方程式：在起始和終止點(diǎn)速度有突變，使瞬時(shí)加速度趨于無(wú)窮大，從而產(chǎn)生無(wú)窮大慣性力，引起剛性沖擊。29/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律1、一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)方程式一般表達(dá)式：邊界條件運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)：回程運(yùn)動(dòng)方程式：回程運(yùn)動(dòng)角是從回程起始位置計(jì)量的推桿在運(yùn)動(dòng)起始和終止點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生剛性沖擊。因此等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只宜用于低速輕載的場(chǎng)合。30/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律2、二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速/等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)方程式一般表達(dá)式：推桿的等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

12、：為保證凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，常使推桿在一個(gè)行程h中的前半段作等加速運(yùn)動(dòng)，后半段作等減速運(yùn)動(dòng)，且加速度和減速度的絕對(duì)值相等。31/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律2、二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速/等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程等加速段邊界條件運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)：加速段運(yùn)動(dòng)方程式：推程等減速段邊界條件運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)：等減速運(yùn)動(dòng)方程式：32/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律2、二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速/等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律回程加速段運(yùn)動(dòng)方程式：回程減速段運(yùn)動(dòng)方程式：00/2:0/20特點(diǎn)：從動(dòng)件的位移與凸輪轉(zhuǎn)角的平方成正比，位移曲線為一拋物線，又稱拋物線運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度圖是

13、連續(xù)的，不會(huì)產(chǎn)生剛性沖擊，但在在起點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)時(shí)，因加速度有突變而引起推桿慣性力的突變，且突變?yōu)橛邢拗?，在凸輪機(jī)構(gòu)中由此會(huì)引起柔性沖擊。適用于中速場(chǎng)合。33/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律3、五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程邊界條件運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)：位移方程式為：解得待定系數(shù)為：34/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律3、五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律既無(wú)剛性沖擊，也無(wú)柔性沖擊，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好。適用于高速場(chǎng)合。35/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律1、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)：當(dāng)一點(diǎn)在圓周上等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其在直徑上的投影的運(yùn)動(dòng)即為簡(jiǎn)諧運(yùn)

14、動(dòng)。指從動(dòng)件的加速度按1/2個(gè)周期的余弦曲線變化，其加速度一般方程為：推桿推程運(yùn)動(dòng)方程式：推桿回程運(yùn)動(dòng)方程式：36/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律1、余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律推桿加速度在起點(diǎn)和終點(diǎn)有突變，且數(shù)值有限，故有柔性沖擊。余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程運(yùn)動(dòng)線圖37/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律2、正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程運(yùn)動(dòng)方程式為回程運(yùn)動(dòng)方程為 擺線運(yùn)動(dòng)：一圓在直線上作純滾動(dòng)時(shí)，其上任一點(diǎn)在直線上的投影運(yùn)動(dòng)為擺線運(yùn)動(dòng)。 指從動(dòng)件的加速度按整周期的正弦曲線變化，其加速度一般方程為：38/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三角函數(shù)運(yùn)

15、動(dòng)規(guī)律2、正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程運(yùn)動(dòng)線圖推桿作正弦加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，其加速度沒有突變，因而將不產(chǎn)生沖擊。適用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。39/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律3、組合型運(yùn)動(dòng)規(guī)律目的：避免有些運(yùn)動(dòng)規(guī)律引起的沖擊，改善推桿其運(yùn)動(dòng)特性。組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律的原則：、根據(jù)工作要求選擇主體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后用其它運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合；、保證各段運(yùn)動(dòng)規(guī)律在銜接點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是連續(xù)的；、在運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)和終點(diǎn)處，運(yùn)動(dòng)參數(shù)要滿足邊界條件。40/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律3、組合型運(yùn)動(dòng)規(guī)律示例改進(jìn)梯形加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律主運(yùn)動(dòng)：等加等減運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合運(yùn)動(dòng)：在加速度突變處

16、以正弦加速度曲線過渡。41/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律3、組合型運(yùn)動(dòng)規(guī)律示例主運(yùn)動(dòng)：等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合運(yùn)動(dòng)：等速運(yùn)動(dòng)的行程兩端與正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合起來(lái)。42/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選用原則選擇推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基本要求：滿足機(jī)器的工作要求；使凸輪機(jī)構(gòu)具有良好的動(dòng)力特性；使所設(shè)計(jì)的凸輪便于加工。43/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選用原則根據(jù)工作條件確定推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律幾種常見情況：只對(duì)推桿工作行程有要求，而對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律無(wú)特殊要求；推桿一定規(guī)律選取應(yīng)從便于加工和動(dòng)力特性來(lái)考慮；低速輕載凸輪機(jī)構(gòu)：采用圓弧、直線等易于

17、加工的曲線作為凸輪輪廓曲線。高速凸輪機(jī)構(gòu)：首先考慮動(dòng)力特性，以避免產(chǎn)生過大沖擊。機(jī)器工作過程對(duì)從動(dòng)件的的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有特殊要求。凸輪轉(zhuǎn)速不高，按工作要求選擇運(yùn)動(dòng)規(guī)律；凸輪轉(zhuǎn)速較高時(shí)，選定主運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，進(jìn)行組合改進(jìn)。44/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選用原則從動(dòng)件規(guī)律的設(shè)計(jì)原則：從動(dòng)件的最大速度vmax盡量小。因?yàn)関max大將導(dǎo)致動(dòng)量mv增加,若機(jī)構(gòu)突然被卡住，則沖擊力將很大F=mv/t）。故應(yīng)選用vmax較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件的最大加速度amax盡量小，且無(wú)突變。因?yàn)閍max大將導(dǎo)致慣性力F=-ma變大, 輪廓法向力Fn變大，對(duì)強(qiáng)度和耐磨性要求提高。故希望amax 愈

18、小愈好。45/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選用原則從動(dòng)件規(guī)律的選用原則：對(duì)于重載凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)選擇 vmax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 amax值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。46/68陽(yáng)山書屋6.2 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律四、若干種從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性比較47/68陽(yáng)山書屋6.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)一、凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)方法根據(jù)使用場(chǎng)合和工作要求選擇凸輪機(jī)構(gòu)的類型和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。確定凸輪的基圓半徑。進(jìn)行凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)。進(jìn)行必要的分析，如凸輪機(jī)構(gòu)的靜力分析、效率計(jì)算等。對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，有時(shí)需進(jìn)行動(dòng)力分析。圖解法解析法反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)方法基本原理48/68陽(yáng)山書屋

19、6.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)二、凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理反轉(zhuǎn)法原理：當(dāng)凸輪以等角速度繞軸心做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件在凸輪的推動(dòng)下沿導(dǎo)路上、下往復(fù)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)設(shè)想給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以-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)合運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線。49/68陽(yáng)山書屋6.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)二、凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪上的觀察個(gè)結(jié)果機(jī)架上的觀察結(jié)果50/68陽(yáng)山書屋rb rb A1A2A3A4S2rb A2A3A1A4S3S4rb A2A3A1A4rb A1A2A3A4rb A1A2A3A4- rb A1A2A3A4- -

20、- A1A2A3A451/68陽(yáng)山書屋6.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)作圖法1、對(duì)心式直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)rb 12345678910- 12103456789475813269101230S47896510S0S0 S 0h已知條件：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、凸輪轉(zhuǎn)向和基圓半徑52/68陽(yáng)山書屋6.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)作圖法1、對(duì)心式直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)rb - 475813269101230S47896510已知條件：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、凸輪轉(zhuǎn)向和基圓半徑設(shè)計(jì)步驟：標(biāo)出- 方向，并按此方向分割出推程運(yùn)動(dòng)角、遠(yuǎn)休止角、回程運(yùn)動(dòng)角和近休止角在基圓與位移線圖共同將推程運(yùn)動(dòng)角和遠(yuǎn)休止角進(jìn)行N等分，并標(biāo)注

21、等分點(diǎn)過位移線圖中等分點(diǎn)作Y軸平行線交位移線于I點(diǎn)，過基圓上作射線在射線上度量出相應(yīng)推桿的位移，得尖頂軌跡點(diǎn)光滑連接各軌跡點(diǎn)得凸輪輪廓線反轉(zhuǎn)中導(dǎo)路線53/68陽(yáng)山書屋6.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)作圖法2、對(duì)心式直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 分析：54/68陽(yáng)山書屋6.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)作圖法2、對(duì)心式直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：rb- 07945813261012347895106rb- 07945813261012347895106實(shí)際廓線理論廓線包絡(luò)線1. 基圓半徑為理論廓線最小向徑；2. 先求理論廓線，后作包絡(luò)線，得實(shí)際廓線。55/68陽(yáng)山書屋6.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)作圖法3、對(duì)心

22、式直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)分析： 尖頂軌跡線56/68陽(yáng)山書屋6.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)作圖法3、對(duì)心式直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：12347895106理論廓線79458132610rb- 0將基圓沿-方向?qū)?和0與位移線圖進(jìn)行對(duì)應(yīng)等分；過等分點(diǎn)作射線；在射線上度量出相應(yīng)推桿的位移，得尖頂軌跡點(diǎn)i 光滑連接i 得凸輪理論廓線作平底線的其包絡(luò)線實(shí)際廓線。57/68陽(yáng)山書屋6.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)作圖法4、偏置式直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)分析： 1123 3 2 rb- e偏 置 圓結(jié)論：a. 偏置式凸輪機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件導(dǎo)路線始終切于偏置圓；b. 導(dǎo)路線與基圓交點(diǎn)為推桿尖頂最低點(diǎn)其始點(diǎn)。已知

23、條件：凸輪轉(zhuǎn)向、基圓半徑偏置圓半徑。58/68陽(yáng)山書屋6.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)作圖法4、偏置式直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)： 2 rbe- 1o23導(dǎo)路線 3123連接回轉(zhuǎn)中心與推桿其始點(diǎn)，將基圓沿-方向?qū)?和0與位移線圖進(jìn)行對(duì)應(yīng)等分；過等分點(diǎn)作偏置圓切線；并在其上度量出相應(yīng)推桿的位移，得尖頂軌跡點(diǎn)I光滑連接i 得凸輪理論廓線注意：也可在偏置圓上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)角等分，通過其等分點(diǎn)作偏置圓切線以獲得導(dǎo)路線。59/68陽(yáng)山書屋6.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)三、作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線小結(jié)確定基圓和推桿的起始位置；作出推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的各位置線；根據(jù)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定推桿在反轉(zhuǎn)所占據(jù)的各位置線中的尖

24、頂位置，即復(fù)合運(yùn)動(dòng)后的位置；在所占據(jù)的各尖頂位置作出推桿高副元素所形成的曲線族；作推桿高副元素所形成的曲線族的包絡(luò)線，即是所求的凸輪輪廓曲線。60/68陽(yáng)山書屋知識(shí)回顧一、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本步驟根據(jù)使用場(chǎng)合和工作要求選擇凸輪機(jī)構(gòu)的類型和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定，包括：基圓半徑、偏距、滾子半徑等。進(jìn)行凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)。進(jìn)行必要的分析，如凸輪機(jī)構(gòu)的靜力分析、效率計(jì)算等。對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，有時(shí)需進(jìn)行動(dòng)力分析。除應(yīng)保證使從動(dòng)件能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律外，還應(yīng)當(dāng)使機(jī)構(gòu)具有良好的受力狀態(tài)和緊湊的尺寸。61/68陽(yáng)山書屋知識(shí)回顧二、平面四桿機(jī)構(gòu)的壓力角及傳力角FVFxFy壓力角a：力F的

25、作用線與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度V所夾的銳角傳動(dòng)角 ：壓力角的余角 壓力角a是衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的一個(gè)重要指標(biāo)。Fx = F * cos a定義62/68陽(yáng)山書屋知識(shí)回顧二、平面四桿機(jī)構(gòu)的壓力角及傳力角a：連桿對(duì)從動(dòng)件力作用線與從動(dòng)件上被作用點(diǎn)絕對(duì)速度方向線所夾銳角曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的壓力角與傳動(dòng)角ABCDcdabVCFnFFta將作為度量連桿機(jī)構(gòu)傳力性能的一個(gè)重要指標(biāo)。顯然： 90 時(shí)最好。63/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定基本尺寸的確定包括：凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)基圓半徑的確定滾子從動(dòng)件中滾子半徑的確定平底從動(dòng)件中平底尺寸的確定64/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定一、凸輪機(jī)構(gòu)的

26、壓力角及其校核lbBdFR2FR1ttnn122vGF凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角：正壓力與推桿上B點(diǎn)速度方向之間的夾銳角65/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角及其校核若大到使分母趨于0，則：最終，機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖考慮摩擦?xí)r驅(qū)動(dòng)力的表達(dá)式：66/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角及其校核壓力角越大，有害分力越大；當(dāng)壓力角增大到某一數(shù)值時(shí)，有害分力所引起的摩擦阻力將大于有效分力，這時(shí)無(wú)論凸輪給從動(dòng)件的作用力有多大，都不能推動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，即機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖，此時(shí)的壓力角為臨界壓力角。增大導(dǎo)軌長(zhǎng)度l或減小懸臂尺寸b均可提高c67/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本

27、尺寸的確定一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角及其校核在生產(chǎn)實(shí)際中，為提高機(jī)構(gòu)效率、改善其受力情況，通常規(guī)定凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角max應(yīng)小于某一許用壓力角 ，即：推程直動(dòng)從動(dòng)件：=30o 擺動(dòng)從動(dòng)件：=35o 45o力鎖合式凸輪機(jī)構(gòu)的回程壓力角：=70o 80o平底推桿：=0o 68/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定二、凸輪基圓半徑的確定逆時(shí)針,導(dǎo)路位于右側(cè)BOs0sDds/dnnPvvr0eCP點(diǎn)為相對(duì)瞬心：凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與基圓半徑r0直接相關(guān)。由BCP得:69/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定二、凸輪基圓半徑的確定由BCP得:OB ds/dnnePCr0s0sD逆時(shí)針,導(dǎo)路位于左側(cè)對(duì)

28、于直動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)存在一個(gè)正確偏置的問題！70/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定二、凸輪基圓半徑的確定綜合考慮兩種情況：“+” 用于導(dǎo)路和瞬心位于凸輪回轉(zhuǎn)中心的兩側(cè)“-” 用于導(dǎo)路和瞬心位于凸輪回轉(zhuǎn)中心的同側(cè)導(dǎo)路和瞬心位于中心同側(cè)時(shí)，壓力角將減小。71/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定二、凸輪基圓半徑的確定正確偏置：導(dǎo)路位于與凸輪旋轉(zhuǎn)方向相反的位置。注意：用偏置法可減小推程壓力角，但同時(shí)增大了回程壓力角，故偏距 e 不能太大。oB設(shè)計(jì)：潘存云nnPeB0nnPe正確偏置錯(cuò)誤偏置EE設(shè)凸輪在E點(diǎn)的速度為VE:正偏置: VE沿推桿推程方向時(shí)稱為正偏置,公式中取“-” 號(hào)。負(fù)偏置

29、: VE沿推桿回程方向時(shí)稱為負(fù)偏置,公式中取“+” 號(hào)。72/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定二、凸輪基圓半徑的確定設(shè)計(jì)時(shí)要求：?jiǎn)栴}：在設(shè)計(jì)一對(duì)心凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，當(dāng)出現(xiàn) 的情況，在不改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律的前提下，可采取哪些措施來(lái)進(jìn)行改進(jìn)？加大基圓半徑r0 ：r0 將對(duì)心改為正偏置：e 采用平底從動(dòng)件：=073/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定二、凸輪基圓半徑的確定諾模圖:（適用于對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)） h/r0 等速運(yùn)動(dòng)0.01 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 2.0 3.0 5.0 h/r0 等加等減速運(yùn)動(dòng)0.01 0.1 0.2 0.3 0.

30、4 0.6 1.0 2.0 5.0 凸輪轉(zhuǎn)角5101525303540205060708090100100200300360最大壓力角max510152520354555657585403050607080h/r0 正弦加速度運(yùn)動(dòng)0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0 h/r0 余弦加速度運(yùn)動(dòng)0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0 510152520354555657585403050607080最大壓力角max5101525303540205060708090100100200300360凸輪轉(zhuǎn)角0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1

31、.0 2.0 5.0 74/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定二、凸輪基圓半徑的確定應(yīng)用實(shí)例：一對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，045，h=13 mm, 推桿以正弦加速度運(yùn)動(dòng)，要求:max 30，試確定凸輪的基圓半徑r0 。作圖得：h/r00.26r0 50mmh/r0 正弦加速度運(yùn)動(dòng)0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0 h/r0 余弦加速度運(yùn)動(dòng)0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0 510152520354555657585403050607080最大壓力角max51015253035402050607080901001002003

32、00360凸輪轉(zhuǎn)角0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0 75/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定三、滾子從動(dòng)件滾子半徑的確定滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)際輪廓曲線，是以理論輪廓曲線上各點(diǎn)為圓心作一系列滾子圓，然后作該圓族的包絡(luò)線得到的。凸輪實(shí)際輪廓曲線的形狀受滾子半徑大小的影響滾子半徑選擇不當(dāng)，有時(shí)可能使從動(dòng)件不能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律76/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定三、滾子從動(dòng)件滾子半徑的確定a工作輪廓的曲率半徑理論輪廓的曲率半徑 rr滾子半徑rr arr rr arr 輪廓正常外凸rra77/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定三、滾子從動(dòng)件滾子半徑的確定通常要求實(shí)際輪廓曲線的最小曲率半徑滿足：理論輪廓曲線上最小曲率半徑根據(jù)基圓半徑來(lái)選78/68陽(yáng)山書屋6.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定四