機械設計基礎04

第四章凸輪(tūlún)機構凸輪機構常用于將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹耐鶑鸵苿踊驍[動，能使從動件獲得任意預先給定的運動規(guī)律，因而廣泛用于各種機械、儀表和操作(cāozuò)裝置中。精品資料第四章凸輪(tūlún)機構4－1凸輪機構的組成、應用和分類4－2從動件常用運動規(guī)律4－3圖解法設計(shèjì)凸輪輪廓4－4凸輪機構設計(shèjì)中的幾個問題精品資料一、組成(zǔchénɡ)由三個構件組成的一種高副機構凸輪：具有曲線輪廓(lúnkuò)或凹槽的構件推桿/從動件，運動規(guī)律由凸輪廓(lúnkuò)線和運動尺寸決定機架推桿凸輪內(nèi)燃機配氣機構機架§4－1凸輪機構的組成、應用和分類精品資料二、特點(tèdiǎn)優(yōu)點：實現(xiàn)各種(ɡèzhǒnɡ)復雜的運動要求結構簡單、緊湊設計方便缺點：點、線接觸，易磨損，不適合高速、重載推桿凸輪機架精品資料三、分類(fēnlèi)及應用按凸輪(tūlún)的形狀分按從動件的形狀分按從動件的運動形式分按從動件的布置形式分按凸輪(tūlún)與從動件維持高副接觸的方法分小結推桿凸輪機架精品資料1.按凸輪(tūlún)的形狀分盤形凸輪(tūlún)凸輪(tūlún)呈向徑變化的盤形結構簡單,應用最廣泛移動凸輪(tūlún)凸輪(tūlún)呈板型,直線移動圓柱凸輪空間凸輪機構凸輪輪廓做在圓柱體上空間運動推桿凸輪凸輪推桿推桿凸輪精品資料2.按從動件的形狀(xíngzhuàn)分尖頂推桿可實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律易磨損，只宜用于輕載、低速滾子推桿耐磨、承載(chéngzài)大，較常用平底推桿

接觸面易形成油膜，利于潤滑，常用于高速運動配合的凸輪輪廓必須全部外凸尖頂推桿滾子推桿平底推桿平底推桿精品資料3.按從動件的運動(yùndòng)形式分直動推桿往復移動軌跡(guǐjì)為直線擺動推桿往復擺動軌跡為圓弧尖頂推桿滾子推桿平底推桿直動推桿擺動推桿精品資料4.按從動件的布置(bùzhì)形式分對心直動推桿偏置(piānzhì)直動推桿尖頂推桿滾子推桿精品資料5.按凸輪(tūlún)與從動件維持高副接觸的方法分力封閉型（力鎖合）形封閉型（形鎖合）精品資料6.小結(xiǎojié)一般(yībān)凸輪機構的命名原則:布置形式+運動形式+推桿形狀+凸輪形狀對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構擺動平底推桿盤形凸輪機構精品資料§4－2從動件的常用運動(yùndòng)規(guī)律凸輪與從動件的運動關系從動件常用(chánɡyònɡ)運動規(guī)律精品資料1.基圓、基圓半徑(bànjìng)rb2.向徑r3.推程、推程角4.上停程(遠休)上停程角(遠休止(xiūzhǐ)角)s5.回程、回程角

'6.下停程(近休)

下停程角(近休止角)s'7.轉(zhuǎn)角、位移S8.行程(升程)hrrbShs's'w一.凸輪與從動件的運動關系精品資料可見(kějiàn):從動件的運動規(guī)律是與凸輪輪廓曲線的形狀相對應的。從動件位移s、速度(sùdù)ν、加速度(sùdù)a隨凸輪轉(zhuǎn)角（時間t）的變化規(guī)律，稱為從動件運動規(guī)律。一.凸輪與從動件的運動關系精品資料1.等速運動(děnɡsùyùndònɡ)規(guī)律(直線位移運動規(guī)律、一次多項式運動規(guī)律)HV2a2∞∞特點：設計簡單、勻速進給、amax最大。始點、末點有剛性(ɡānɡxìnɡ)沖擊。

二.從動件常用運動規(guī)律S2ψ1ψ1ψ1V0ψ0ψ0ψ0精品資料2.等加速等減速運動規(guī)律(guīlǜ)(拋物線位移運動規(guī)律(guīlǜ)、二次多項式運動規(guī)律(guīlǜ))S2HV2ψ1a2VmaxH特點(tèdiǎn):amax最小→慣性力小。

起、中、末點有軟性(柔性）沖擊.amaxψ1ψ1S2CBAψ1ψ0ψ0ψ0精品資料ad3.余弦(yúxián)加速度運動規(guī)律CosineAcceleration(簡諧SimpleHarmonic運動位移運動規(guī)律)d0H01234567812345678SdVd012345678d0pHw2d0012345678p2Hw22d020123456特點:加速度變化(biànhuà)連續(xù)平緩.始、末點有軟性沖擊.01234

5678d078精品資料add0pHw2d02012467801234

567834.正弦加速度運動(yùndòng)規(guī)律Vd2Hwd00123468d001234

5678557Hp特點：加速度變化(biànhuà)連續(xù).amax最大.

(擺線投影位移運動規(guī)律)d012345678dH123456S700精品資料AAAAAAAAAAAAA解析(jiěxī)法、作圖法相對運動原理法(也稱反轉(zhuǎn)法)對整個(zhěnggè)系統(tǒng)施加-ω運動此時，凸輪保持不動推桿作復合運動=反轉(zhuǎn)運動(-ω)+預期運動(s)AAr0-r0§4－3圖解法設計凸輪輪廓一、凸輪廓線設計的基本原理精品資料二、作圖法設計(shèjì)凸輪廓線作圖步驟(bùzhòu)：1根據(jù)從動件的運動規(guī)律：作出位移線圖S2-δ1，并等分角度2定基圓3作出推桿在反轉(zhuǎn)運動中依次占據(jù)的位置4據(jù)運動規(guī)律，求出從動件在預期運動中依次占據(jù)的位置5將兩種運動復合，就求出了從動件尖端在復合運動中依次占據(jù)的位置點6將各位置點聯(lián)接成光滑的曲線7在理論輪廓上再作出凸輪的實際輪廓1

對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構2

對心直動滾子推桿盤形凸輪機構3

對心直動平底推桿盤形凸輪機構4

偏置直動尖頂推桿盤形凸輪機構5

擺動推桿盤形凸輪機構6小結精品資料1對心直動尖頂(jiāndǐng)推桿盤形凸輪機構已知：r0，推桿運動規(guī)律，凸輪(tūlún)逆時針方向轉(zhuǎn)動設計：凸輪(tūlún)廓線解：

1.定比例尺μl

2.初始位置及推桿位移曲線3.確定推桿反轉(zhuǎn)運動占據(jù)的各位置4.確定推桿預期運動占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡線s0h精品資料2對心直動滾子(ɡǔnzǐ)推桿盤形凸輪機構已知：r0，推桿運動(yùndòng)規(guī)律，滾子半徑rr,凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動設計：凸輪廓線解：

1.定比例尺2.初始位置及推桿位移曲線注：兩條廓線，理論／實際廓線實際廓線基圓rmin理論廓線基圓r03.確定推桿反轉(zhuǎn)運動占據(jù)的各位置4.確定推桿預期運動占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡線s0h理論輪廓實際輪廓精品資料s0h3對心直動平底推桿盤形凸輪(tūlún)機構已知：r0，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)設計：凸輪廓線解：

1.定比例尺2.初始位置及推桿位移曲線3.確定推桿反轉(zhuǎn)運動占據(jù)的各位置4.確定推桿預期運動占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡線了解實際輪廓精品資料s0h4偏置(piānzhì)直動尖頂推桿盤形凸輪機構已知：r0，偏置圓半徑e，推桿運動規(guī)律，凸輪(tūlún)逆時針方向轉(zhuǎn)動設計：凸輪(tūlún)廓線解：

1.定比例尺2.初始位置及推桿位移曲線偏距圓、基圓3.確定推桿反轉(zhuǎn)運動占據(jù)的各位置4.確定推桿預期運動占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡線精品資料5擺動推桿盤形凸輪(tūlún)機構r0r0分析(fēnxī)：-w了解精品資料擺動推桿盤形凸輪(tūlún)機構設計已知：r0，機架長度，推桿運動規(guī)律，凸輪(tūlún)逆時針方向轉(zhuǎn)動設計：凸輪(tūlún)廓線解：

1.定比例尺2.初始位置及推桿位移曲線3.確定推桿反轉(zhuǎn)運動占據(jù)的各位置4.確定推桿預期運動占據(jù)的各位置5.推桿高副元素族6.推桿高副元素的包絡線f210Ff21f22f23f24f25f26f27f28f29f210f211f212了解精品資料6小結(xiǎojié)應用反轉(zhuǎn)法時應注意：要能正確理解凸輪實際廓線和理論廓線的關系要正確確定推桿的反轉(zhuǎn)方向正確確定推桿在反轉(zhuǎn)運動中占據(jù)的位置直動推桿：推桿在反轉(zhuǎn)前后兩位置線的夾角應等于凸輪的轉(zhuǎn)角擺動推桿：反轉(zhuǎn)前后推桿擺動中心(zhōngxīn)和凸輪軸心的兩連線之間的夾角應等于凸輪的轉(zhuǎn)角正確確定推桿的位移或擺角直動推桿：位移等于推桿所在位置與理論廓線的交點和與基圓交點之間的距離擺動推桿：角位移等于推桿所在位置與推桿起始位置之間的夾角精品資料實際廓線曲率半徑(bànjìng)：a理論廓線曲率半徑(bànjìng)：滾子半徑(bànjìng)：rr1內(nèi)凹凸輪廓線a=+rr理論廓線最小結論：無論滾子半徑(bànjìng)多大，總能由理論廓線得到實際廓線一、滾子半徑(bànjìng)的選擇2

外凸凸輪廓線a=-rr>rr，a>0，實際廓線平滑=rr，a=0，實際廓線變尖<rr，a<0，實際廓線出現(xiàn)交叉，切割，運動失真a=-rr＝0arr理論實際aa=+rrrr>rrrra=-rr<0rr=rra=-rr>0<rr§4－4凸輪機構設計中的幾個問題精品資料結論(jiélùn):內(nèi)凹凸輪廓線：滾子半徑無限制外凸凸輪廓線：理論輪廓的最小曲率半徑大于滾子半徑,即min>rr實際設計(shèjì)時，應保證amin=min-rr[a]=3~5mm精品資料1.壓力(yālì)角a與驅(qū)動力Faa↑→F2↑F1↓→效率η↓當a大于一定值,將自鎖.一般(yībān),推程[a]=30(移動)35—45(擺動)回程[a']=70—80

a'過大將造成滑脫QQ二.凸輪機構的壓力角ｎｎｔｔνF2F1FF1＝Fｃｏｓα

（有效分力）F2＝Fｓｉｎα（有害分力）精品資料2.壓力(yālì)角與基圓半徑ss基圓r0越小結構緊湊壓力(yālì)角效率原則max[]基圓越大凸輪推程廓線越平緩壓力角越?。换鶊A越小凸輪推程廓線越陡峭壓力角越大（導致磨損加劇，甚至引起機構自鎖）