機(jī)械設(shè)計(jì)原理第三章

第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類一．凸輪機(jī)構(gòu)的組成、特點(diǎn)及機(jī)架——相對(duì)缺點(diǎn)：凸輪輪廓與從動(dòng)件之間是高副接觸，線接應(yīng)用實(shí)例當(dāng)繞線軸快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)凸輪緩內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī) 自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀凸輪機(jī)

驅(qū)使從動(dòng)件作往復(fù)移自動(dòng)車床凸輪自動(dòng)車床在加工有臺(tái)階的銷套時(shí)，其送料、外圓鉆孔四道工序的運(yùn)動(dòng)及其時(shí)序配合要求，均由二．凸輪機(jī)構(gòu)的盤形凸

移動(dòng)Wedge

凸輪相對(duì)于機(jī)架作往復(fù)直線移動(dòng)，動(dòng)件行程不能太圓柱凸圓柱凸Cylindrical另一種形式是曲線輪廓分布于圓柱體的端面上，屬空輪機(jī)構(gòu)（二）按推桿形尖底從Knife-edge

滾子從Roller廣，適用于低速重載。平底從Flat-face平底――受力好、潤滑好，用于高速從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形 直動(dòng)從動(dòng)Reciprocating

擺動(dòng)從 從動(dòng)件作往復(fù)直線運(yùn) 從動(dòng)件作往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)(四)按凸輪與從動(dòng)件維持高副接觸(封閉)的 Force-closed彈簧力封

重力Force-closedby重力重力或彈簧力，增大了從動(dòng)件與凸輪的接觸壓力，加大了摩擦與磨 形封閉型Form-closed凹槽凸輪

等寬凸輪 依靠凸輪和從動(dòng)件的特殊幾何形狀始終保持接觸，避免了附加阻力小驅(qū)動(dòng)力，提高效形封閉等徑凸輪Conjugateyokeradialcam

主回凸輪三、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)1、基圓：以凸輪的最小向徑r0為半徑，以凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)心所作的2、推程：推程運(yùn)動(dòng)角Φ3、停程：遠(yuǎn)休止角ΦS=D

A

h ΦΦSΦ′Φ'S升——停——降—— S4、回程：回程運(yùn)動(dòng)角5、停程：近休止角Φ′S=

ω從動(dòng)件位移線B6、行程：從動(dòng)件在推程或回程中移動(dòng)的最大距離從動(dòng)件的位移線圖反映了從動(dòng)件的位移隨時(shí)間或凸輪轉(zhuǎn)角變化、加速度隨時(shí)間或凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。相應(yīng)的曲線統(tǒng)稱為從動(dòng)件的。凸輪的推程角遠(yuǎn)休止角回程角以及從動(dòng)件的位移s、速度加速度a，全面反映了凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性及其變化的規(guī)律性，是凸輪機(jī)構(gòu)的的桿長l以及中心矩L，稱為凸輪機(jī)構(gòu)的基第二節(jié)從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是由工程實(shí)際中對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的要求是多種多樣的。在工程際中經(jīng)常用到的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，稱為常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律示，可以學(xué)方若的方 s=則vdsdsdωds advdvdω2 d2 d項(xiàng)式類運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的表達(dá)式 sccc2c3Lc v 2c 3c2Lnc

n1 6c Ln(n1)c

n2 0，3·n。當(dāng)凸輪等角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),從動(dòng)件在推程或回程中的速度為定sc0 vc a待定系數(shù)c0＝0，c1＝h/Φ。

sh

sh(1

程：vha

程：vha

由于速度曲線不連續(xù)，機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生剛性沖擊（加速度發(fā)生無突度而引起的沖擊等加速 運(yùn)動(dòng)規(guī)律sccc v(c12c22 a2c2從動(dòng)件推程的前半段為等加速運(yùn)動(dòng),后半段為等 度的絕對(duì)值相等,前半段、移s大小也相等,位移曲線為一拋物線。加、 通常,從動(dòng)件在推程h中,等加速段的初速度和等的末速度為0,即凸輪轉(zhuǎn)角均Φ/2段升程也必相等,即均為h/2，故兩段升程所需的時(shí)間推程加速上升段邊界中間點(diǎn)＝Φ/2，s＝h/2；待定系數(shù)c0＝0，c1＝0，c2＝2h/Φ2推 上升段邊界條件終止點(diǎn)＝Φ時(shí)，s＝h，v＝0；待定系數(shù)c0＝-h，c1＝4h/Ф，c2＝-2h/Φ2等加速s2h sh2h(

4hω2/

2hω/

上升

v4h

上升v

(

4hω2/ a4h

a

4h等

sh2h2v4h2

s2h(2v4h(2a

4h2

a4h2產(chǎn)生柔性沖擊（加速度發(fā)生有限值的突變）。5次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)

5Φsh10 15 6Φ h 4 30 60 30 h2 3a 速度曲線和加速度曲線連續(xù)，無剛性沖擊和二、56s4hR256s4hR2112 Ф56周上作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，在圓周直徑上的投構(gòu)成的運(yùn)動(dòng) =accos(2t accos( sh

推程

21cosv

sin

2h

a

回程

sh1cos

v

2sin a

2h

加速度曲線不連續(xù)，存在柔性沖擊。若從動(dòng)件作無停歇的升－降－升連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，加速度曲線變?yōu)檫B續(xù)曲線，可以避免柔性沖擊（若ΦSΦ′S為零，無沖擊，若ΦS、Φ′S正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律取點(diǎn)在縱坐標(biāo)軸上的投影的變化規(guī)律為從動(dòng)件的位移運(yùn)律，則從動(dòng)件在推程階段的位移曲線方h

當(dāng)從動(dòng)件按擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，其加速度曲線為正acsin(2t acsin( 正弦加速度運(yùn)動(dòng)sh1sin2

推程

h

v1cosa

vmax=2hω/

回程s

2sin

amax=6.28hω2/vh1cos2a

速度曲線和加速度曲線連續(xù)，無剛性沖柔性沖擊三、幾種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的 h等

正正弦的max最大

等速的vmax(動(dòng)量mvmax最即沖力Fmv/ta等加的amax最小等速的a→∞正弦的a連一、凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)1’’2ωO2331’’2ωO233二、圖解法設(shè)計(jì)（繪制）對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律s--，設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線 ω 1357 91113設(shè)計(jì)步驟①作基圓②反向等分（原則是：陡密緩疏）各運(yùn)動(dòng)角并與基圓③自基圓開始沿各徑向線量取從動(dòng)件在各位置上的位④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光去掉滾子，以滾子中心為尖按前述方法作輪廓曲線——理論在理論輪廓上畫出一系列滾子，作滾子的內(nèi) 絡(luò)線——實(shí)際輪廓曲線

理論1357 91113設(shè)計(jì)步驟①作基圓

實(shí)際輪②反向等分（原則是：陡密緩疏）各運(yùn)動(dòng)角并與基圓③自基圓開始沿各徑向線量取從動(dòng)件在各位置④將各尖頂點(diǎn)連接成⑤作各位置滾子圓的線，即實(shí)際輪廓曲線與理論輪廓曲線在點(diǎn)法線方向的距離處處相等，且等于徑rr。當(dāng)已知理論輪廓曲線上任一點(diǎn)A(x,y)，在該點(diǎn)理論輪廓法線方向上距離為 處即為實(shí)際輪廓曲線相應(yīng)的點(diǎn)A‘(x’,y‘)ω理論實(shí)際ω平底的包絡(luò)線，便得到凸輪實(shí)際輪廓ω

1’2’

1

110

6’設(shè)計(jì)步驟①作基圓

②作徑向線反向等分（陡密緩疏）各運(yùn)動(dòng)角并③自基圓開始沿各徑向線量取從動(dòng)件在各位置上的位④將各交點(diǎn)連接成一⑤作平底直線族的內(nèi)ShS r0、h、e、的方向、從動(dòng)

23 6 9

等速上 180210等速下降300 作位移曲 LL已知 r0、L2、L3、的方向 3 3凸輪轉(zhuǎn)角0～180°

等速上升 180°～210°上停 210°～300° 等速下降300°～360 12 45678 30004

2

用圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪確定基圓和推桿作出推桿在反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中依次占據(jù)的各位置（等分線三、凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)廓曲線上各點(diǎn)的x=x()y=y()。r20r20滾子中心在初始點(diǎn)B處，坐標(biāo)為(e,s其中s0 yeφ-BOrφsxbωyeφ-BOrφsxbωxB(s0s)sinecosyB(s0s)cosesin偏在y軸的右側(cè)，則e>0；否則，e<0。對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件，e=0。規(guī)定凸輪逆時(shí)針方向角>0，否則，<0

從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)理論輪廓曲線方將滾子中心B視為尖頂從動(dòng)件的尖頂，按前述處理尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的方法，可以建立與其相同的凸輪輪廓曲線方程，稱為凸輪的理

。凸輪理論xB(s0s)sinecos

- x xyB(s0s)cosesin

式中，e為偏距， r2

曲線任意點(diǎn)上法線n-ntanθ=-dx/dy=(dx/d)/(- 對(duì)凸輪理論輪廓曲線方程求導(dǎo)，得dxB/d＝(ds/d- dyB/d＝(ds/d-e)cos-求導(dǎo)后利用前述方程組作代y-cos

d dx dy2

B

B d d

d sin

dx dy2

B

B d d 注意：凸輪的基圓半徑r0是定義在理論輪廓曲線η實(shí)際輪廓曲線實(shí)際輪廓為B’點(diǎn)的坐

rrrr

式中“－”對(duì)應(yīng)于內(nèi)等距線，“＋”對(duì)應(yīng)

θ

(x,凸輪的實(shí)際輪廓曲線

d d xAxBrr d d 2 B

B d d

dxBd

dx dy2 B

B d d 底移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)yφ-AωOBsxP平底移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件的平底垂直于從動(dòng)件移動(dòng)導(dǎo)路，凸輪的實(shí)際輪廓曲yφ-AωOBsxP (rs)sindscos d d yB

s)cos

sin

第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的Q一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓 定義：凸輪對(duì)從動(dòng)件作用力的方向（法向壓力與從動(dòng)件在該點(diǎn)的速度方向所夾的銳 ω與驅(qū)法向作用力F可分解為沿從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)Fy=Fcos Fx=Fcos當(dāng)F一定時(shí)，越小，有效分力Fy機(jī)構(gòu)傳

Q 過大將造成滑↑→ ，當(dāng)有效分力≤摩擦阻F有多大，都無法推動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖現(xiàn)象為保證凸輪機(jī)構(gòu)的傳力性能，必須控制：αmax≤[α]一般 推程[]=30(移動(dòng)從動(dòng)件[3545(擺動(dòng)從動(dòng)件回程[70壓力角 與效率↑→壓力角 與基圓半徑零，則為相對(duì)瞬OP凸輪副的速度瞬心(OP①三心定副接觸,速度瞬心在接觸點(diǎn)公

V③接觸點(diǎn)P即為凸1、2VP1=壓力角與基圓半徑r0的關(guān)tg=— OP-OC 3B據(jù)速度瞬心定理VP1即:OP·= 得:OP=②OC=③BC=S+S0=S r02-V/-

1 從而tgS r02-顯然 r0 式中：導(dǎo)路與瞬心同側(cè)時(shí)取“－”,導(dǎo)路與瞬心異凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與基圓半徑r0、從動(dòng)件偏置方位及偏距e★機(jī)構(gòu)在不同的位置，壓力角的數(shù)值一般也不相★正確偏置：應(yīng)當(dāng)使從動(dòng)件偏置在推程時(shí)瞬心P的位置的同一側(cè),導(dǎo)路位于與凸輪旋轉(zhuǎn)方向ω相反凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)從動(dòng)桿應(yīng)右★凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)從動(dòng)桿應(yīng)左力角，故偏e不能太大。★注意:若推程壓力角減小，則回程壓力角將增大nBωOnBωOnr0 α限制基圓半徑的⑴凸輪的基圓半徑應(yīng)大于⑶凸輪輪廓曲線的最小曲率半徑按許用壓力角[]確定當(dāng)要求機(jī)構(gòu)具有緊湊的尺寸時(shí)，應(yīng)當(dāng)按許用壓力角[]來定凸輪的基圓半