哈工程 機械原理 凸輪機構(gòu)

第4章凸輪(tūlún)機構(gòu)§4－1凸輪(tūlún)機構(gòu)的應用和類型§4－2

從動件的常用運動規(guī)律§4－3

凸輪機構(gòu)的壓力角§4－4圖解法設計凸輪的輪廓精品資料§4－1凸輪機構(gòu)(jīgòu)的應用和類型結(jié)構(gòu)：三個構(gòu)件、盤(柱)狀曲線(qūxiàn)輪廓、從動件呈桿狀。作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)=>

從動件直線移動或擺動。優(yōu)點：可精確實現(xiàn)任意運動規(guī)律，簡單緊湊。缺點：高副，點線接觸，易磨損，傳力不大。應用：配鑰匙機、繞線機構(gòu)、內(nèi)燃機氣門機構(gòu)、錄音機卷帶機構(gòu)、送料機構(gòu)、進刀機構(gòu)、自動機床等。實例內(nèi)燃機氣門機構(gòu)繞線機構(gòu)精品資料設計(shèjì)：潘存云3皮帶輪5卷帶輪錄音機卷帶機構(gòu)1放音鍵2摩擦輪413245放音鍵卷帶輪皮帶輪摩擦輪錄音機卷帶機構(gòu)精品資料設計(shèjì)：潘存云132送料機構(gòu)(jīgòu)精品資料自動(zìdòng)機床進刀(jìndāo)機構(gòu)精品資料分類：1)按凸輪形狀分：盤形、移動、圓柱(yuánzhù)凸輪(端面)。盤形移動(yídòng)圓柱精品資料2)按從動桿運動形式(xíngshì)分：移動（直動）、擺動移動(yídòng)（直動）擺動精品資料尖頂(jiāndǐng)滾子(ɡǔnzǐ)平底3)按從動桿形狀分：滾子、尖頂、平底精品資料12刀架o4).按保持接觸(jiēchù)方式分：力封閉（重力、彈簧等）－－力鎖合機床(jīchuáng)進給機構(gòu)幾何形狀封閉(凹槽、等寬、等徑、主回凸輪)－－形鎖合內(nèi)燃機氣門機構(gòu)精品資料r1r2r1+r2=constW凹槽凸輪等寬凸輪(tūlún)等徑凸輪優(yōu)點：只需要設計適當?shù)妮喞€(qūxiàn)，從動件便可獲得任意的運動規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設計方便。缺點：點接觸或線接觸，容易磨損;凸輪廓線較難加工。作者：潘存云教授主回凸輪精品資料設計(shèjì)：潘存云δhδhotδ1s2§4－2從動件的常用運動(yùndòng)規(guī)律凸輪機構(gòu)設計的基本任務:1)根據(jù)工作要求選定凸輪機構(gòu)的形式;名詞術語：一、推桿的常用運動規(guī)律基圓、推程運動角、基圓半徑、推程、遠休止角、回程運動角、回程、近休止角、行程。rminh

ω1A2)推桿運動規(guī)律;3)合理確定結(jié)構(gòu)尺寸;4)設計輪廓曲線。δsδsδ’sδ’sDBCB’δtδt推桿的運動規(guī)律位移線圖精品資料精品資料設計(shèjì)：潘存云δhδhotδ1s2rminhω1Aδsδsδ’sδ’sDBCB’δtδt運動(yùndòng)規(guī)律：推桿在推程或回程時，其位移S2、速度V2、和加速度a2隨時間t的變化規(guī)律。形式：多項式、三角函數(shù)。S2=S2(t)V2=V2(t)a2=a2(t)位移曲線精品資料邊界條件：凸輪(tūlún)轉(zhuǎn)過推程運動角δt－從動件上升h一、多項式運動(yùndòng)規(guī)律一般表達式：s2=C0+C1δ1+C2δ21+…+Cnδn1

(1)求一階導數(shù)得速度方程：

v2

=ds2/dt求二階導數(shù)得加速度方程：

a2

=dv2/dt=2C2ω21+6C3ω21δ1…+n(n-1)Cnω21δn-21其中：δ1－凸輪轉(zhuǎn)角，dδ1/dt=ω1－凸輪角速度,

Ci－待定系數(shù)。=C1ω1+2C2ω1δ1+…+nCnω1δn-11凸輪轉(zhuǎn)過回程運動角δh－從動件下降h精品資料在推程起始(qǐshǐ)點：δ1=0，s2=0代入得：C0＝0，C1＝h/δt推程運動(yùndòng)方程：s2＝hδ1/δt

v2

＝

hω1/δts2δ1δtv2δ1a2δ1h在推程終止點：δ1=δt，s2=h+∞－∞s2=C0+C1δ1+C2δ21+…+Cnδn1v2=C1ω1+2C2ω1δ1+…+nCnω1δn-11a2=2C2ω21+6C3ω21δ1…+n(n-1)Cnω21δn-21a2

＝01.等速運動（一次多項式）運動規(guī)律特點：設計簡單、勻速進給。始點、末點加速度及慣性力為理論無窮大，存在剛性沖擊。適于低速、輕載、從動桿質(zhì)量不大，以及要求勻速的情況。精品資料2.等加等減速（二次多項式）運動(yùndòng)規(guī)律位移曲線(qūxiàn)為一拋物線。加、減速各占一半。推程加速上升段邊界條件：起始點：δ1=0，s2=0，v2＝0中間點：δ1=δt/2，s2=h/2求得：C0＝0，C1＝0，C2＝2h/δ2t加速段推程運動方程為：s2

＝2hδ21/δ2tv2

＝4hω1δ1/δ2ta2

＝4hω21

/δ2t設計：潘存云δ1a2h/2δth/21δ1s2235462hω/δt4hω2/δ2t3δ1v2特點：起、中、末點加速度及慣性力存在有限值突變，具有柔性沖擊。適于中低速、中輕載。精品資料3.五次多項式運動(yùndòng)規(guī)律位移(wèiyí)方程：s2=10h(δ1/δt)3－15h(δ1/δt)4+6h(δ1/δt)5δ1s2v2a2hδt特點：無沖擊，適用于高速凸輪。精品資料設計(shèjì)：潘存云hδtδ1s2δ1a2二、三角函數(shù)(sānjiǎhánshù)運動規(guī)律1.余弦加速度(簡諧)運動規(guī)律推程：

s2＝h[1-cos(πδ1/δt)]/2v2

＝πhω1sin(πδ1/δt)δ1/2δta2

＝π2hω21cos(πδ1/δt)/2δ2t

回程：

s2＝h[1＋cos(πδ1/δh)]/2

v2＝-πhω1sin(πδ1/δh)δ1/2δha2＝-π2hω21cos(πδ1/δh)/2δ2h123456δ1v2Vmax=1.57hω/2δ0特點：速度變化連續(xù)平緩。在起始和終止處理論上a2為有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。適于中低速、中輕載。123456精品資料s2δ1δ1a2δ1v2hδt2.正弦(zhèngxián)加速度（擺線）運動規(guī)律推程：s2＝h[δ1/δt-sin(2πδ1/δt)/2π]

v2＝hω1[1-cos(2πδ1/δt)]/δta2＝2πhω21sin(2πδ1/δt)/δ2t回程(huíchéng)：s2＝h[1-δ1/δh+sin(2πδ1/δh)/2π]v2＝hω1[cos(2πδ1/δh)-1]/δha2＝-2πhω21sin(2πδ1/δh)/δh2特點：加速度變化連續(xù)平緩。無沖擊。適于中高速、輕載。精品資料設計(shèjì)：潘存云v2s2a2δ1δ1δ1hoooδt正弦(zhèngxián)改進等速三、改進型運動規(guī)律將幾種運動規(guī)律組合，以改善運動特性。+∞-∞v2s2a2δ1δ1δ1hoooδt精品資料四、常用運動規(guī)律(guīlǜ)的選擇1.沒有任何要求、輕載、小行程、手動，可用圓弧或偏心圓。2.低速、輕載，要求(yāoqiú)等速、等位移，可用等速運動規(guī)律。3.中低速、中輕載，可用等加減速或余弦加速度運動規(guī)律。4.較高速、輕載，可用正弦加速度運動規(guī)律。5.組合型。6.多項式運動規(guī)律。adad精品資料練習：如圖為一偏置直動凸輪(tūlún)機構(gòu)。已知AB段為凸輪(tūlún)的推程廓線，試在圖上標注推程運動角δt精品資料設計(shèjì)：潘存云OBω1定義：正壓力(yālì)與推桿上力作用點B速度方向間的夾角α→F”↑，若α大到一定程度時，會有：→機構(gòu)發(fā)生自鎖?！?－3

凸輪機構(gòu)的壓力角αnn一、壓力角與作用力的關系不考慮摩擦時，作用力沿法線方向。FF’F”F’----有用分力,沿導路方向F”----有害分力，垂直于導路F”=F’tgαF’

一定時，α↑Ff>F’Ff為了保證凸輪機構(gòu)正常工作，要求：α

<[α]精品資料設計(shèjì)：潘存云OBω1二、壓力角與凸輪機構(gòu)尺寸(chǐcun)之間的關系P點為速度瞬心，于是有：v2=lOPω1rmin↑

[α]=30?

----直動從動件；[α]=35°～45°----擺動從動件；[α]=70°～80°----回程。nnP→lOP=v2/ω1eαds2/dδ1=ds2/dδ1=lOC+lCPlCP=lOC=elCP=ds2/dδ1-etgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1-e→α↓C

(S2+S0

)tgα

S0=r2min-e2若發(fā)現(xiàn)設計結(jié)果α〉[α]，可增大rmin

s0s2Dv2v2rmin精品資料設計(shèjì)：潘存云OBω1αds2/dδ1

得：

tgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1

+enn同理，當導路位于中心(zhōngxīn)左側(cè)時，有：lOP=lCP-lOC

→lCP=ds2/dδ1

+e

于是：

tgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1

±ee“+”

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)；顯然，導路和瞬心位于中心同側(cè)時，壓力角將減小。注意：用偏置法可減小推程壓力角，但同時增大了回程壓力角，故偏距e不能太大。PClCP=(S2+S0

)tgαS0=r2min-e2rmins0s2D正確偏置：導路位于與凸輪旋轉(zhuǎn)方向ω1相反的位置。精品資料設計(shèjì)：潘存云nn提問：對于(duìyú)平底推桿凸輪機構(gòu)：α＝？0v2Oω1rmin精品資料練習：如圖為一偏置直動凸輪機構(gòu)。已知凸輪是一個(yīɡè)以C為圓心的圓盤，試求輪廓上D點與尖頂接觸時的壓力角，作圖表示。精品資料1.凸輪廓線設計(shèjì)方法的基本原理§4－4圖解法設計(shèjì)凸輪輪廓2.用作圖法設計凸輪廓線1)對心直動尖頂從動件盤形凸輪3)滾子直動從動件盤形凸輪4)對心直動平底從動件盤形凸輪2)偏置直動尖頂從動件盤形凸輪5)擺動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)精品資料設計(shèjì)：潘存云一、凸輪廓線設計(shèjì)方法的基本原理反轉(zhuǎn)原理：依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設計凸輪的輪廓曲線，例如：

給整個凸輪機構(gòu)施以-ω1時，不影響各構(gòu)件之間的相對運動，此時，凸輪將靜止，而從動件尖頂復合運動的軌跡即凸輪的輪廓曲線。O-ω13’1’2’331122ω1精品資料設計(shèjì)：潘存云60°rmin120°-ω1ω11’對心直動尖頂(jiāndǐng)從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度ω1和從動件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。設計步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓rmin。②反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。④將各尖頂點連接成一條光滑曲線。1.對心直動尖頂從動件盤形凸輪1’3’5’7’8’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’90°90°A1876543214131211109二、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制60°120°90°90°135789111315s2δ19’11’13’12’14’10’精品資料設計(shèjì)：潘存云911131513578OeA偏置(piānzhì)直動尖頂從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度ω1和從動件的運動規(guī)律和偏心距e，設計該凸輪輪廓曲線。2.偏置直動尖頂從動件盤形凸輪1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’-ω1ω16’1’2’3’4’5’7’8’15’14’13’12’11’10’9’設計步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓rmin;②反向等分各運動角;③確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置;④將各尖頂點連接成一條光滑曲線。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k860°120°90°90°s2δ1精品資料設計(shèjì)：潘存云s2δ1911131513578rminA120°-ω11’設計步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓rmin。②反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。④將各尖頂點連接成一條光滑曲線。1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’60°90°90°1876543214131211109理論(lǐlùn)輪廓實際輪廓⑤作各位置滾子圓的內(nèi)(外)包絡線。3.滾子直動從動件盤形凸輪滾子直動從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度ω1和從動件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。60°120°90°90°ω1精品資料已知:凸輪逆時針轉(zhuǎn)動(zhuàndòng),求:凸輪的基圓半徑,轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)90之后的壓力角解：基圓速度方向？理論(lǐlùn)輪廓基圓精品資料設計(shèjì)：潘存云ρa－工作輪廓(lúnkuò)的曲率半徑，ρ－理論輪廓(lúnkuò)的曲率半徑，rT－滾子半徑ρ<rT

ρa＝ρ－rT<0對于外凸輪廓，要保證正常工作，應使：ρmin>rT

輪廓失真滾子半徑的確定ρa＝ρ＋rT

ρ＝rT

ρa＝ρ－rT＝0輪廓正常輪廓變尖ρ內(nèi)凹ρarTrTρrTρρ>rT

ρa＝ρ－rT

輪廓正常外凸rTρaρ精品資料設計(shèjì)：潘存云s2δ1911131513578rmin對心直動平底從動件凸輪機構(gòu)(jīgòu)中，已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度ω1和從動件的運動規(guī)律，設計該凸輪