哈工程機(jī)械原理凸輪機(jī)構(gòu)

第4章凸輪機(jī)構(gòu)§4－1

凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類(lèi)型§4－2

從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律§4－3

凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角§4－4圖解法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓§4－1

凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類(lèi)型結(jié)構(gòu)：三個(gè)構(gòu)件、盤(pán)(柱)狀曲線(xiàn)輪廓、從動(dòng)件呈桿狀。作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)=>

從動(dòng)件直線(xiàn)移動(dòng)或擺動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：可精確實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，簡(jiǎn)單緊湊。缺點(diǎn)：高副，點(diǎn)線(xiàn)接觸，易磨損，傳力不大。應(yīng)用：配鑰匙機(jī)、繞線(xiàn)機(jī)構(gòu)、內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)機(jī)構(gòu)、錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、自動(dòng)機(jī)床等。實(shí)例內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)機(jī)構(gòu)繞線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：潘存云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放音鍵卷帶輪皮帶輪摩擦輪錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：潘存云132送料機(jī)構(gòu)自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)分類(lèi)：1)按凸輪形狀分：盤(pán)形、移動(dòng)、圓柱凸輪(端面

)。盤(pán)形移動(dòng)圓柱2)按從動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)形式分：

移動(dòng)（直動(dòng)）、擺動(dòng)移動(dòng)（直動(dòng)）擺動(dòng)尖頂滾子平底3)按從動(dòng)桿形狀分：滾子、尖頂、平底12刀架o4).按保持接觸方式分：力封閉（重力、彈簧等）－－力鎖合機(jī)床進(jìn)給機(jī)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(jī)氣門(mén)機(jī)構(gòu)r1r2r1+r2=constW凹槽凸輪等寬凸輪等徑凸輪優(yōu)點(diǎn)：只需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)妮喞€(xiàn)，從動(dòng)件便可獲得任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。缺點(diǎn)：點(diǎn)接觸或線(xiàn)接觸，容易磨損;凸輪廓線(xiàn)較難加工。作者：潘存云教授主回凸輪設(shè)計(jì)：潘存云δhδhotδ1s2§4－2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù):1)根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式;名詞術(shù)語(yǔ)：一、推桿的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律基圓、推程運(yùn)動(dòng)角、基圓半徑、推程、遠(yuǎn)休止角、回程運(yùn)動(dòng)角、回程、近休止角、行程。rminh

ω1A2)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律;3)合理確定結(jié)構(gòu)尺寸;4)設(shè)計(jì)輪廓曲線(xiàn)。δsδsδ’sδ’sDBCB’δtδt推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移線(xiàn)圖設(shè)計(jì)：潘存云δhδhotδ1s2rminhω1Aδsδsδ’sδ’sDBCB’δtδt運(yùn)動(dòng)規(guī)律：推桿在推程或回程時(shí)，其位移S2、速度V2、和加速度a2

隨時(shí)間t的變化規(guī)律。形式：多項(xiàng)式、三角函數(shù)。S2=S2(t)V2=V2(t)a2=a2(t)位移曲線(xiàn)邊界條件：凸輪轉(zhuǎn)過(guò)推程運(yùn)動(dòng)角δt－從動(dòng)件上升h一、多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律一般表達(dá)式：s2=C0+C1δ1+C2δ21+…+Cnδn1

(1)求一階導(dǎo)數(shù)得速度方程：

v2

=ds2/dt求二階導(dǎo)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(guò)回程運(yùn)動(dòng)角δh－從動(dòng)件下降h在推程起始點(diǎn)：δ1=0，s2=0代入得：C0＝0，C1＝h/δt推程運(yùn)動(dòng)方程：

s2

＝hδ1/δt

v2

＝

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

＝01.等速運(yùn)動(dòng)（一次多項(xiàng)式）運(yùn)動(dòng)規(guī)律特點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、勻速進(jìn)給。始點(diǎn)、末點(diǎn)加速度及慣性力為理論無(wú)窮大，存在剛性沖擊。適于低速、輕載、從動(dòng)桿質(zhì)量不大，以及要求勻速的情況。2.等加等減速（二次多項(xiàng)式）運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移曲線(xiàn)為一拋物線(xiàn)。加、減速各占一半。推程加速上升段邊界條件：起始點(diǎn)：δ1=0，s2=0，v2＝0中間點(diǎn)：δ1=δt/2，s2=h/2求得：C0＝0，C1＝0，C2＝2h/δ2t加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：s2

＝2hδ21/δ2tv2

＝4hω1δ1/δ2ta2

＝4hω21

/δ2t設(shè)計(jì)：潘存云δ1a2h/2δth/21δ1s2235462hω/δt4hω2/δ2t3δ1v2特點(diǎn)：起、中、末點(diǎn)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。3.五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移方程：

s2=10h(δ1/δt)3－15h(δ1/δt)4+6h(δ1/δt)5δ1s2v2a2hδt特點(diǎn)：無(wú)沖擊，適用于高速凸輪。設(shè)計(jì)：潘存云hδtδ1s2δ1a2二、三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.余弦加速度(簡(jiǎn)諧)運(yùn)動(dòng)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(diǎn)：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。123456s2δ1δ1a2δ1v2hδt2.正弦加速度（擺線(xiàn)）運(yùn)動(dòng)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：

s2＝h[1-δ1/δh+sin(2πδ1/δh)/2π]v2＝hω1[cos(2πδ1/δh)-1]/δha2＝-2πhω21sin(2πδ1/δh)/δh2特點(diǎn)：加速度變化連續(xù)平緩。無(wú)沖擊。適于中高速、輕載。設(shè)計(jì)：潘存云v2s2a2δ1δ1δ1hoooδt正弦改進(jìn)等速三、改進(jìn)型運(yùn)動(dòng)規(guī)律將幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合，以改善運(yùn)動(dòng)特性。+∞-∞v2s2a2δ1δ1δ1hoooδt四、常用犧運(yùn)動(dòng)規(guī)律桑的選擇1.沒(méi)有任斗何要求乳、輕載漠、小行糊程、手卵動(dòng)，可苦用圓弧垂或偏心息圓。2.低速、遍輕載，教要求等胡速、等位移呆，可用火等速運(yùn)輸動(dòng)規(guī)律擠。3.中低速留、中輕洗載，可心用等加閑減速或儲(chǔ)余弦加鞠速度運(yùn)質(zhì)動(dòng)規(guī)律反。4.較高速陜、輕載勺，可用商正弦加農(nóng)速度運(yùn)們動(dòng)規(guī)律趣。5.組合型卷。6.多項(xiàng)式遍運(yùn)動(dòng)規(guī)歲律。adad練習(xí)：如圖為茫一偏置松直動(dòng)凸窄輪機(jī)構(gòu)盒。已知AB段為凸輪膨的推程廓盞線(xiàn)，試在菠圖上標(biāo)注毯推程運(yùn)動(dòng)先角δt設(shè)計(jì)：擾潘存云OBω1定義：正壓力施與推桿久上力作棄用點(diǎn)B速度方向昨間的夾角α→F”↑，若α大到一揪定程度攜時(shí)，會(huì)梅有：→機(jī)構(gòu)發(fā)生佛自鎖。§4－3凸輪機(jī)構(gòu)三的壓力角αnn一、壓應(yīng)力角與四作用力感的關(guān)系不考慮摩練擦?xí)r，作甘用力沿法惡線(xiàn)方向。FF’F”F’--雜--有用分茫力,沿導(dǎo)路方中向F”--鳴--有害分力讓?zhuān)怪庇诔顚?dǎo)路F”=找F’大tgαF’一定時(shí)，α↑Ff>F’Ff為了保證路凸輪機(jī)構(gòu)版正常工作章，要求：α<[α]設(shè)計(jì)：潘鵝存云OBω1二、壓力晨角與凸輪僑機(jī)構(gòu)尺寸腹之間的關(guān)暗系P點(diǎn)為速福度瞬心貸，于吃是有：v2=lOPω1rmin↑[α]=3兆0?----直動(dòng)從動(dòng)滲件；[α]=3拍5°～45°---籍-擺動(dòng)從梁動(dòng)件；[α]=蒙70°～80°----回程。nnP→lOP=v2/ω1eαds2/dδ1=ds2/dδ1=lOC+lCPlCP=lOC=elCP=d醒s2/dδ1-etgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1-e→α↓C(S2+S0)tgαS0=r2min-e2若發(fā)現(xiàn)孟設(shè)計(jì)結(jié)萍果α〉[α]，可增大rmins0s2Dv2v2rmin設(shè)計(jì)：潘薯存云OBω1αds2/dδ1

得：

tgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1

+enn同理，當(dāng)踩導(dǎo)路位于淺中心左側(cè)蠻時(shí)，有：lOP=lCP-lOC→lCP=ds2/dδ1+e

于是：

tgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1

±ee“+”用于導(dǎo)孩路和瞬術(shù)心位于他中心兩爪側(cè)；“-”用于導(dǎo)叮路和瞬眨心位于謠中心同較側(cè)；顯然，溫導(dǎo)路和范瞬心位謙于中心份同側(cè)時(shí)言，壓力技角將減相小。注意：用偏置帳法可減崖小推程魂壓力角慨，但同氧時(shí)增大格了回程壓力角義，故偏距e不能太大賊。PClCP=(S2+S0)tgαS0=r2min-e2rmins0s2D正確偏冬置：導(dǎo)路位于尸與凸輪旋端轉(zhuǎn)方向ω1相反的位糠置。設(shè)計(jì)：雙潘存云nn提問(wèn)：對(duì)佛于平底推廢桿凸輪機(jī)垃構(gòu)：α＝？0v2Oω1rmin練習(xí)：如圖為一椒偏置直動(dòng)過(guò)凸輪機(jī)構(gòu)驚。已知凸道輪是一個(gè)醋以C為圓心豈的圓盤(pán)脅，試求誦輪廓上D點(diǎn)與尖屑頂接觸慮時(shí)的壓舊力角，活作圖表鑰示。1.凸輪廓遙線(xiàn)設(shè)計(jì)滲方法的營(yíng)基本原要理§4－4圖解法設(shè)受計(jì)凸輪輪龍廓2.用作圖法釋設(shè)計(jì)凸輪弦廓線(xiàn)1)對(duì)心直動(dòng)吧尖頂從動(dòng)精件盤(pán)形凸仁輪3)滾子直動(dòng)框從動(dòng)件盤(pán)盼形凸輪4)對(duì)心直沃動(dòng)平底配從動(dòng)件按盤(pán)形凸唯輪2)偏置直日動(dòng)尖頂立從動(dòng)件書(shū)盤(pán)形凸倍輪5)擺動(dòng)尖頂校從動(dòng)件盤(pán)雷形凸輪機(jī)堡構(gòu)設(shè)計(jì)：鞋潘存云一、凸輪警廓線(xiàn)設(shè)計(jì)乖方法的基梢本原理反轉(zhuǎn)原理：依據(jù)此原激理可以用乒幾何作圖儉的方法設(shè)計(jì)凸健輪的輪伙廓曲線(xiàn)仗，例如哪：給整個(gè)泰凸輪機(jī)瘦構(gòu)施以-ω1時(shí)，不影升響各構(gòu)件嘉之間的相當(dāng)對(duì)運(yùn)動(dòng)，肺此時(shí)，凸狼輪將靜止格，而從動(dòng)長(zhǎng)件尖頂復(fù)泡合運(yùn)動(dòng)的北軌跡即凸怖輪的輪廓疼曲線(xiàn)。O-ω13’1’2’331122ω1設(shè)計(jì)：無(wú)潘存云60°rmin120°-ω1ω11’對(duì)心直動(dòng)威尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)怎中，已知存凸輪的基微圓半徑rmin，角速度ω1和從動(dòng)溫件的運(yùn)妹動(dòng)規(guī)律淚，設(shè)計(jì)焦該凸輪兆輪廓曲灣線(xiàn)。設(shè)計(jì)步核驟小結(jié)琴：①選比例街尺μl作基圓rmin。②反向等分所各運(yùn)動(dòng)角艙。原則是貴：陡密緩黨疏。③確定反轉(zhuǎn)蔥后，從動(dòng)經(jīng)件尖頂在歪各等份點(diǎn)加的位置。④將各尖戴頂點(diǎn)連薄接成一塵條光滑修曲線(xiàn)。1.對(duì)心直動(dòng)帝尖頂從動(dòng)件盤(pán)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(dòng)評(píng)從動(dòng)件盤(pán)滴形凸輪輪孝廓的繪制60°120°90°90°135789111315s2δ19’11’13’12’14’10’設(shè)計(jì)：防潘存云911131513578OeA偏置直銀動(dòng)尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)沿構(gòu)中，旬已知凸附輪的基逆圓半徑rmin，角速度ω1和從動(dòng)件甘的運(yùn)動(dòng)規(guī)沖律和偏心濫距e，設(shè)計(jì)該平凸輪輪獸廓曲線(xiàn)眠。2.偏置直動(dòng)申尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸樓輪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(shè)計(jì)步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓rmin;②反向等分各運(yùn)動(dòng)角;③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置;④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線(xiàn)。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k860°120°90°90°s2δ1設(shè)計(jì)：潘熔存云s2δ1911131513578rminA120°-ω11’設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓rmin。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線(xiàn)。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理論輪超廓實(shí)際輪廓⑤作各位置輩滾子圓的舒內(nèi)(外)包絡(luò)線(xiàn)豪。3.滾子直粗動(dòng)從動(dòng)肯件盤(pán)形貓凸輪滾子直動(dòng)濁從動(dòng)件凸促輪機(jī)構(gòu)中餅，已知凸思輪的基圓勤半徑rmin，角速度ω1和從動(dòng)件義的運(yùn)動(dòng)規(guī)般律，設(shè)計(jì)之該凸輪輪閉廓曲線(xiàn)。60°120°90°90°ω1已知:凸輪逆色時(shí)針轉(zhuǎn)材動(dòng),求:凸輪的像基圓半師徑,轉(zhuǎn)動(dòng)90之后的壓讓力角解：基圓速度方向？理論輪廓基圓設(shè)計(jì)：潘濤存云ρa(bǔ)－工作悲輪廓的您曲率半搭徑，ρ－理論輪允廓的曲率捎半徑，rT－滾子半切徑ρ<rTρa(bǔ)＝ρ－rT<0對(duì)于外燃凸輪廓車(chē)，要保敵證正?？凸ぷ?，勵(lì)應(yīng)使：ρmin>rT輪廓失真滾子半徑培的確定ρa(bǔ)＝ρ＋rTρ＝rTρa(bǔ)＝ρ－rT＝0輪廓正常輪廓變尖ρ內(nèi)凹ρa(bǔ)rTrTρrTρρ>rTρa(bǔ)＝ρ－rT輪廓正樓常外凸rTρa(bǔ)ρ設(shè)計(jì)：潘惑存云s2δ1911131513578rmin對(duì)心直動(dòng)莫平底從動(dòng)件凸輪機(jī)執(zhí)構(gòu)中，沫已知凸存輪的基煌圓半徑rmin，角速度ω1和從動(dòng)召件的運(yùn)北動(dòng)規(guī)律技，設(shè)計(jì)柳該凸輪喘輪廓曲滋線(xiàn)。設(shè)計(jì)步驟：①選比例尺μl作基圓rmin。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件平底直線(xiàn)在各等份點(diǎn)的位置。④作平底直補(bǔ)線(xiàn)族的內(nèi)限包絡(luò)線(xiàn)。4.對(duì)心直動(dòng)景平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪8’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’-ω1ω1A1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’12345678151413121110960°120°90°90°設(shè)計(jì)：暮潘存云對(duì)平底登推桿凸獅輪機(jī)構(gòu)含，也有殺失真現(xiàn)躺象。Ormin可