機械設(shè)計基礎(chǔ)第10章凸輪傳動

1、機械設(shè)計基礎(chǔ)第10章凸 輪 傳 動課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動2內(nèi)容10-110-210-310-410-510-6凸輪傳動的組成、應用和類型從動件的常用運動規(guī)律及其選擇用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線用法設(shè)計凸輪輪廓曲線凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪傳動的材料、結(jié)構(gòu)和強度校核課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動310-1凸輪傳動的組成、應用和類型凸輪傳動：由凸輪、從動件和機架三個基本構(gòu)件所組成的傳構(gòu)。作用：主動構(gòu)件凸輪的等速轉(zhuǎn)動或往復移動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹B續(xù)的或間歇的往復移動或擺動。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能方便實現(xiàn)從動件預期運動規(guī)律。缺點：高副，線接觸，易磨損，傳力不大。應用：內(nèi)燃機、在輕工、紡織、食品、等

2、自動線。凸輪往復移動內(nèi)燃機的配氣凸輪課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動410-1凸輪傳動的組成、應用和類型卷帶輪523摩擦輪4機卷帶機構(gòu)皮帶輪實例1放音鍵課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動510-1分類凸輪傳動的組成、應用和類型按凸輪形狀分：盤形、 移動、圓柱凸輪( 端面)按從動件形狀分：尖頂、 滾子、平底從動件。尖頂：構(gòu)造簡單、易磨損、用于儀表機構(gòu)；滾子：磨損小，應用廣；平底：受力好、潤滑好，用于高速傳動。按推桿運動分：直動(對心、偏置)、 擺動按保持接觸方式分：力封閉（重力、彈簧等）幾何形狀封閉(凹槽、等寬、等徑、主回凸輪)課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動6內(nèi)容10-110-210-310-4

3、10-510-6凸輪傳動的組成、應用和類型從動件的常用運動規(guī)律及其選擇用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線用法設(shè)計凸輪輪廓曲線凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪傳動的材料、結(jié)構(gòu)和強度校核課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動710-2從動件的常用運動規(guī)律及其選擇在凸輪傳動中，從動件的運動由凸輪輪廓控制設(shè)計凸輪傳動：首先應根據(jù)工作要求確定從動件的運動規(guī)律，而后按此運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓曲線。sB名詞術(shù)語：h基圓：以凸輪的最小向徑r 為半徑所作的圓tA0otts推程： 凸輪將從動件的尖底由最低D r0ts位置A推至最置B推程運動角t遠休止角 sts回程： 凸輪將從動件從最回到最低位置A置B帶B回程運動角t近休止角sCs課程名

4、稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動810-2從動件的常用運動規(guī)律及其選擇一、從動件的常用運動規(guī)律從動件的運動線圖： 從動件在推程或回程時，其位移S、速度V、和度a隨時間t 的變化規(guī)律。S=S(t)V=V(t)a=a(t)形式：多項式、三角函數(shù)或曲線（三次B樣條）。Pi(0)Pi+1Pi+2Pi(0)Pi(1)PiP (1)iPi+3 P1iPi 0課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動910-2從動件的常用運動規(guī)律及其選擇多項式運動規(guī)律：s= C0+ C1+ C22+Cnn求一階導數(shù)得速度方程：v = ds/dt = C1+ 2C2+n-1度方程：a = dv/dt =2 C22+ 6C32+n(n-1)C

5、n2n-2求二階導數(shù)得s = C0+ C1+ C22+Cnnv = C1+ 2C2+n-1a =2 C22+ 6C32+n(n-1)Cn2n-2其中：凸輪轉(zhuǎn)角，d/dt= ：凸輪角速度，Ci ：待定系數(shù)。邊界條件： 凸輪轉(zhuǎn)過推程運動角t 從動件上升h凸輪轉(zhuǎn)過回程運動角t 從動件下降h課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動1010-2從動件的常用運動規(guī)律及其選擇1. 等速運動（一次多項式）在推程起始點：=0， s=0在推程終止點：=t，s=h代入得：C00， C1h/tshtv推程運動方程： s h/tv h/t a 0同理，回程運動方程： sh(1-/ t)v-h/ ta0a+剛性沖擊課程名稱：機械

6、設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動1110-2從動件的常用運動規(guī)律及其選擇s2. 等加、等運動（二次多項式）h/2位移曲線為一拋物線。加、各占一半。h/26 推程上升段邊界條件：123t45起始點：=0， s=0，中間點：=t /2，s=h/2v02h/vt求得：C00， C10，C22h/t2段推程運動方程為：a4h2/t2s 2h2/t2v 4h/t2a 4h2/t2柔性沖擊課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動1210-2從動件的常用運動規(guī)律及其選擇s推程上升段邊界條件：h/2中間點：=t /2 ， s=h/2終點： =t ，s=h ，v =0求得：C0 = -h ， C1 = 4h/t ，C2 = - 2h

7、/t2h/2123t4562h/tv段推程運動方程為：s = h - 2h( - t)2/t2a4h2/t2v = - 4h( - )/ 2tta = - 4h2/t2柔性沖擊課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動1310-2從動件的常用運動規(guī)律及其選擇3.五次多項式運動位移方程：s= 10h(/t)3 -15h (/t)4 + 6h (/t)5無沖擊，適用于高速凸輪。svhat課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動1410-2從動件的常用運動規(guī)律及其選擇s654. 簡諧運動(余弦度)4質(zhì)點在圓周上作勻速運動時，該質(zhì)點在h3這個圓的直徑上的投影所律稱為簡諧運動。的運動規(guī)21451t236推程：)v)回程：

8、 )ah22cos(a)22tt在起始和終止處理論上a為有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。s 1 h cos(2 tvhsin(2 ttv hsin(2tt 2h2a )cos(2 2tts 1 h cos(2t課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動1510-2從動件的常用運動規(guī)律及其選擇5. 擺線運動(正弦度)當滾圓沿縱坐標軸作勻速純滾動時，圓周上A點的軌跡為一擺線，此時該點在縱坐標軸上的投影隨時間變化的規(guī)律稱為擺線運動規(guī)律。推程：s2 h22sin( )a 2tt回程：s無沖擊v h cos( 2 )1 tt2 h22a 2sin( )tt h 1 1 sin( 2 ) 2 ttv h2 )1cos(tth

9、 1 sin( 2 ) t 2t課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動1610-2從動件的常用運動規(guī)律及其選擇二、從動件運動規(guī)律的選擇總體原則：凸輪機構(gòu)具有良好的動力特性以及使所設(shè)計的凸輪便于制造（1）對于只要求從動件實現(xiàn)一定的位移，而對行程中的運動規(guī)律無嚴格要求的低速凸輪傳動，只需保證從動件的位移達到要求即可，運動規(guī)律的確定宜從便于凸輪加工出發(fā)來考慮。（2）對從動件的運動規(guī)律有特殊要求的凸輪傳動，應按其要求確定運動規(guī)律。（3）在高速運轉(zhuǎn)下工作的凸輪傳動，選擇從動件運動規(guī)律時特別要考慮它的動力特性、擊和振動。度變化情況，力求避免過大的慣性力，減小沖課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動17內(nèi)容10-110

10、-210-310-410-510-6凸輪傳動的組成、應用和類型從動件的常用運動規(guī)律及其選擇用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線用法設(shè)計凸輪輪廓曲線凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪傳動的材料、結(jié)構(gòu)和強度校核課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動1810-3用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線一、反轉(zhuǎn)原理：給整個凸輪機構(gòu)施以-時，不影響各構(gòu)件之間的相對運動，此時，凸輪將，而從動件尖頂復合運動的軌跡即為凸輪的輪廓曲線。-1321依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計凸輪的輪廓曲線，例如：2123尖頂凸輪繪制動畫O3滾子凸輪繪制動畫課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動1910-3用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線二、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制1. 對心

11、直動尖頂從動件盤形凸輪問題：對心直動尖頂從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑 r0，角速度和從動件的運動規(guī)律，-設(shè)計該凸輪輪廓曲線。897111213145311935 7 81113 15設(shè)計步驟：選比例尺l作基圓r0反向等分各運動角。確定反轉(zhuǎn)后從動件尖頂在各等份點的位置。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動2010-3用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線2. 滾子直動從動件盤形凸輪問題：滾子直動從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑 r0 ，角速度、從動件的運動規(guī)律和滾子直徑rT，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。-8791112131453理論輪廓1917 811 131535關(guān)鍵：把滾子

12、中心A視作為尖底從動件的尖底獲得理論廓線后，再作各位置滾子圓的內(nèi)(外)包絡(luò)線。實際輪廓課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動2110-3用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線3. 對心直動平底從動件盤形凸輪問題：對心直動平底從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑r0 ，角速度和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。-123981 2 374111213145456856783119135 7 811鍵：把平底與導路的交點A看作為尖底獲得各點后，分別過這些點作一系列的平底，11109再作平底的內(nèi)包絡(luò)線，便得所求凸輪的實際廓線。課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動2210-3用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲

13、線4. 偏置直動尖頂從動件盤形凸輪問題：偏置直動尖頂從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑r0 ，角速度、從動件的運動規(guī)律和偏心距 e，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。e-A1515k15kk131414k12kO11k10k1k91398k2kk3711121314k8k7k6 k55431219135 7 811 13151110 動畫9課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動2310-3用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線5. 擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)問題：擺動從動件凸輪機構(gòu)中，A-A11l已知凸輪的基圓半徑r ，角速0度，擺桿長度 l ，擺桿回轉(zhuǎn)中B22dA2BB13B1B2轉(zhuǎn)中心的距離d，擺心與凸BB3B4桿角位移方程

14、，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。3r 120B40A3A890 60 B5B8445BB7636BB7A4A7572B67186 7 861523 4A56A5課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動2410-3用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線6. 直動滾子從動件圓柱凸輪廓線課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動25內(nèi)容10-110-210-310-410-510-6凸輪傳動的組成、應用和類型從動件的常用運動規(guī)律及其選擇用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線用法設(shè)計凸輪輪廓曲線凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪傳動的材料、結(jié)構(gòu)和強度校核課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動2610-4用法設(shè)計凸輪輪廓曲線原理：反轉(zhuǎn)法。表達式- 參數(shù)方程。結(jié)果：求出輪廓

15、曲線的-已知條件：e、r0、rT、S=S()、及其方向。理論輪廓的極坐標參數(shù)方程：rTB =(S+S0)2 + e20r0S0=+0 (+0)S= (+)O其中： S =r2 e200tg0 = e / S0tg = e / (S + S0)S0B0課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動2710-4用法設(shè)計凸輪輪廓曲線實際輪廓方程是理論輪廓的等距曲線。由高等數(shù)學可知：等距線對應點具有公共的法線。-1實際輪廓上對應點的T 位置：位于理論輪廓B 點法線n-n 與滾子圓的交線上。由圖有： =+ds/d enBT其中： tg =TS +r2+ e20TT點的極坐標參數(shù)方程為：1OT = 2 + r2- 2r

16、 cosnTmTT =+ 其中： tg=rT sin - rT cosB01課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動28內(nèi)容10-110-210-310-410-510-6凸輪傳動的組成、應用和類型從動件的常用運動規(guī)律及其選擇用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線用法設(shè)計凸輪輪廓曲線凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪傳動的材料、結(jié)構(gòu)和強度校核課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動2910-5凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定基本尺寸：凸輪基圓半徑 r0 、滾子半徑 rT確定依據(jù)：傳動時受力情況良好、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊等。1. 凸輪機構(gòu)的壓力角及許用值壓力角：凸輪對從動件的作用力F的方向與從動件尖底的速度方向之間所夾的銳角當 F” F，機構(gòu)將發(fā)

17、生自鎖要求：最大壓力角max 課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動3010-5：凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定直動從動件推程許用壓力角= 30 40擺動從動件推程許用壓力角=4050機構(gòu)在回程時，從動件通常在重力或彈簧力作用下運動，因此機構(gòu)不會出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，可取其回程許用壓力角 = 70 80，或不校驗。課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動31補充：A2(A1) VA2A1當構(gòu)件1 、2 作平面運動時，在任一瞬時，其相對運動都可以看作是繞其某一重合點的轉(zhuǎn)動，該重B2(B1)VB2B112合點稱為瞬時轉(zhuǎn)動中心或速度瞬心，簡稱瞬心。P21n11P12P122tt121P1222V12n三心定律三個彼此作平面運動的

18、構(gòu)件共有三個瞬心，且它們位于同一條直線上。此法特別適用于兩構(gòu)件不直接相聯(lián)的場合。課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動3210-5凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定2. 凸輪基圓半徑的確定P點為速度瞬心， 于是有：vnv =lOP lOP = v / = ds/dBlOP = lOC+ lCPsr0 DOlOC = el= ds/d - eCPvs0lCP =(S+S0 )tg S0=r- e22P0Ceds/d - elCPntg =S+S0S +r2- e20ds/dr0 課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動3310-5凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定同理，當導路位于中心左側(cè)時，有：lOP =lCP- lOC lCP =

19、 ds/d + enlCP = (S+S0 )tg r2-e2S0=ds/d + e0BsD 得： tg =r0S +r2- e2s00OPds/d eCn于是： tg =S +r2- e20ds/de“+” 用于導路和瞬心位于中心兩側(cè)；“-” 用于導路和瞬心位于中心同側(cè)；課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動3410-5凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定vn思考：對于平底推桿凸輪機構(gòu)？0Or0n課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動3510-5凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定對平底推桿凸輪機構(gòu)，有失真現(xiàn)象?？赏ㄟ^增大 r0 解決此問題。r0r0O課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動3610-5凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定3. 滾子半徑

20、的選擇rT 越大越好；但是，滾子半徑從凸輪與滾子間的接觸應力來看，滾子半徑的增大對凸輪實際輪廓曲線有很大的影響。外凸內(nèi)凹rT輪廓正常arT輪廓正常 rTarTarTaa工作輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑， rT滾子半徑課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動3710-5凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定輪廓變尖輪廓失真rTrTrTarT0rT arT rT一般選用 rT 0.8 min ，同時min (15)mm 。強度、結(jié)構(gòu)要求： rT不能做得太小，通?？扇T =（0.10.5）r0 。法設(shè)計計算滾子（或尖底）直動從動件盤形凸輪輪廓曲線課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動39內(nèi)容10-110-210-310-410-510-6凸輪傳動的組成、應用和類型從動件的常用運動規(guī)律及其選擇用作圖法設(shè)計凸輪輪廓曲線用法設(shè)計凸輪輪廓曲線凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪傳動的材料、結(jié)構(gòu)和強度校核課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動4010-6凸輪傳動的材料、結(jié)構(gòu)和強度校核1. 凸輪副常用的材料及熱處理凸輪副的載荷情況：凸輪輪廓與從動件之間理論上為點或線接觸，接觸處有相對運動并承受較大的反復作用的接觸應力，承受周期性的沖擊載荷凸輪副的失效形式：主要是磨損和疲勞點蝕對材料要求：凸輪副的工作表面要有足夠的表面接觸強度和耐磨性能，凸輪的芯部要有較大的韌性課程名稱：機械設(shè)計基礎(chǔ) 凸輪傳動4110-6凸輪傳