凸輪機(jī)構(gòu)及其他常用機(jī)構(gòu)-課件

第4章凸輪機(jī)構(gòu)4.1凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用4.2凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運動規(guī)律4.3盤形凸輪的設(shè)計方法4.4凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題4.5凸輪機(jī)構(gòu)的常用材料和結(jié)構(gòu)2020/12/271第4章凸輪機(jī)構(gòu)4.1凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用2020/12本章知識導(dǎo)讀

1.主要內(nèi)容凸輪機(jī)構(gòu)的類型、特點和適用場合，從動件常見運動規(guī)律及位移曲線的繪制，凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算，凸輪機(jī)構(gòu)的常用材料及結(jié)構(gòu)。

2.重點、難點的提示本章的重點是從動件的常用運動規(guī)律，尖頂、滾子從動件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計等問題。難點是利用解析法設(shè)計凸輪的輪廓。2020/12/272本章知識導(dǎo)讀1.主要內(nèi)容2精品資料3精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點的難點，你是否會認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽當(dāng)空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”44精品資料5精品資料5你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點的難點，你是否會認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽當(dāng)空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”664.1凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用

凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用在各種機(jī)械和自動控制裝置中。

內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)1—凸輪2—氣閥桿3—機(jī)架4.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和組成2020/12/2774.1凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)4.14.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和組成沖床送料機(jī)構(gòu)1—凸輪2—送料桿3—機(jī)架繞線機(jī)的凸輪機(jī)構(gòu)1—凸輪2—布線桿3—繞線軸2020/12/2784.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和組成沖床送料機(jī)構(gòu)繞4.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和組成綜上所述，凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動件和機(jī)架組成。凸輪是具有變化向徑或曲線輪廓的構(gòu)件，凸輪與從動件通過高副連接，故凸輪機(jī)構(gòu)屬于高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)的主要作用是將主動凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動或移動轉(zhuǎn)化為從動件的往復(fù)移動或擺動。

2020/12/2794.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和組成綜上所述，凸輪機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)特點

凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，設(shè)計方便，只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可以使從動件實現(xiàn)預(yù)期運動規(guī)律。缺點是凸輪輪廓與從動件之間是點或線接觸，易磨損，通常用于傳力不大的控制機(jī)械中。

例如，自動機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、上料機(jī)構(gòu)，內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，印刷機(jī)、紡織機(jī)和各種電氣開關(guān)中的凸輪機(jī)構(gòu)等。2020/12/2710凸輪機(jī)構(gòu)特點凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，設(shè)計方便4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類

(1)盤形凸輪具有變化向徑的盤狀構(gòu)件稱為盤形凸輪。它是凸輪的基本形式。常用凸輪機(jī)構(gòu)可按下列方法分類:1.按凸輪形狀分類2020/12/27114.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類(1)盤形凸輪具有變化向徑的4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類

(2)移動凸輪做移動的平面凸輪?？煽醋魇钱?dāng)轉(zhuǎn)動中心在無窮遠(yuǎn)處時盤形凸輪的演化形式。2020/12/27124.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類(2)移動凸輪做移動的平面4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類

(3)圓柱凸輪圓柱體的表面上具有曲線凹槽或端面上具有曲線輪廓，稱為圓柱凸輪。屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)。圓柱凸輪機(jī)構(gòu)（進(jìn)刀機(jī)構(gòu)）2020/12/27134.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類圓柱凸輪機(jī)構(gòu)（進(jìn)刀機(jī)構(gòu)）20204.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類2.按從動件的端部結(jié)構(gòu)分類

從動件端部以尖頂與凸輪輪廓接觸，這種從動件結(jié)構(gòu)最簡單，尖頂能與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸。

從動件的端部結(jié)構(gòu)形式

(1)尖頂從動件2020/12/27144.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類2.按從動件的端部結(jié)構(gòu)分類4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類(2)滾子從動件(3)平底從動件從動件端部裝有可以自由轉(zhuǎn)動的滾子，滾子與凸輪輪廓之間為滾動摩擦，借以減小與凸輪輪廓接觸表面的磨損。

從動件的端部是一平底，這種從動件與凸輪輪廓接觸處在一定條件下易形成油膜，利于潤滑，能傳動較大的作用力。2020/12/27154.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類(2)滾子從動件(3)平底從動件4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類3.按從動件的運動方式分類

(1)移動從動件，從動件做往復(fù)直線移動。(2)擺動從動件，從動件做往復(fù)擺動。

4.按鎖合方式分類使從動件與凸輪輪廓始終保持接觸的特性稱為鎖合。

(1)力鎖合利用重力、彈簧力或其他力鎖合。凸輪機(jī)構(gòu)利用彈簧力鎖合。(2)形鎖合利用凸輪和從動件的特殊幾何形狀鎖合。2020/12/27164.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類3.按從動件的運動方式分類4.2凸輪機(jī)構(gòu)的從動件

常用運動規(guī)律

在凸輪機(jī)構(gòu)中，從動件的運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線的形狀。結(jié)合凸輪輪廓，分析從動件的位移、速度、加速度的運動規(guī)律，稱為凸輪機(jī)構(gòu)的運動分析。4.2.1凸輪機(jī)構(gòu)運動分析的基本概念

升—?！怠＿\動過程是凸輪機(jī)構(gòu)典型的運動過程。2020/12/27174.2凸輪機(jī)構(gòu)的從動件

常用運動規(guī)律4.2.1凸輪機(jī)構(gòu)運動分析的基本概念綜上所述，從動件的運動取決于凸輪輪廓曲線的形狀，即凸輪輪廓決定了從動件的運動規(guī)律。因此，設(shè)計凸輪輪廓曲線時，首先根據(jù)工作要求選定從動件的運動規(guī)律，然后再按從動件的位移曲線設(shè)計出相應(yīng)的凸輪輪廓曲線。2020/12/27184.2.1凸輪機(jī)構(gòu)運動分析的基本概念2020/12/2714.2.2從動件的常用運動規(guī)律

1.等速運動規(guī)律從動件在運動過程中，運動速度為定值的運動規(guī)律，稱為等速運動規(guī)律。當(dāng)凸輪以等角速度ω1轉(zhuǎn)動時，從動件在推程或回程中的速度為常數(shù)。

凸輪轉(zhuǎn)角θ與時間t的關(guān)系為θ=ω1t。推程時，從動件位移s與時間t的關(guān)系為s=vt。

等速運動規(guī)律的位移、速度、加速度線圖2020/12/27194.2.2從動件的常用運動規(guī)律1.等速運動規(guī)律4.2.2從動件的常用運動規(guī)律2.等加速等減速運動規(guī)律

從動件在運動過程的前半程做等加速運動，后半程做等減速運動，兩部分加速度的絕對值相等，這種運動規(guī)律稱為等加速等減速運動規(guī)律。等加速等減速運動規(guī)律的位移、速度、加速度線圖2020/12/27204.2.2從動件的常用運動規(guī)律2.等加速等減速運動規(guī)律4.2.2從動件的常用運動規(guī)律3.簡諧運動規(guī)律

質(zhì)點在圓周上做等速運動時，它在這個圓的直徑上的投影所構(gòu)成的運動稱為簡諧運動。簡諧運動規(guī)律的位移速度、加速度線圖2020/12/27214.2.2從動件的常用運動規(guī)律3.簡諧運動規(guī)律4.3盤形凸輪的設(shè)計方法根據(jù)工作條件要求，確定從動件的運動規(guī)律，選定凸輪的轉(zhuǎn)動方向、基圓半徑等，進(jìn)而可以對凸輪輪廓曲線進(jìn)行設(shè)計。凸輪輪廓曲線的設(shè)計方法有圖解法和解析法。圖解法簡便易行、直觀，但精度較低，可用于設(shè)計一般精度要求的凸輪機(jī)構(gòu)。解析法精度高，但計算量大，多用于設(shè)計精度要求較高的凸輪機(jī)構(gòu)。2020/12/27224.3盤形凸輪的設(shè)計方法根據(jù)工作條件要求4.3.1圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線

利用與凸輪轉(zhuǎn)向相反的方向逐點按位移曲線繪制出凸輪輪廓曲線的方法稱為反轉(zhuǎn)法。反轉(zhuǎn)法原理2020/12/27234.3.1圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線利用4.3.1圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線1.對心尖頂直動從動件盤形凸輪2020/12/27244.3.1圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線1.對心尖頂直動從動件2.對心直動滾子從動件盤形凸輪實際輪廓理論輪廓4.3.1圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線2020/12/27252.對心直動滾子從動件盤形凸輪實際輪廓理論輪廓4.3.13.對心平底直動從動件盤形凸輪4.3.1圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線2020/12/27263.對心平底直動從動件盤形凸輪4.3.1圖解法設(shè)計盤形凸輪4.4凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的

幾個問題設(shè)計滾子從動件時若從強(qiáng)度和耐用性考慮，滾子的半徑應(yīng)取大些。滾子半徑取大時，對凸輪的實際輪廓曲線影響很大，有時甚至使從動件不能完成預(yù)期的運動規(guī)律。4.4.1滾子半徑的選擇滾子半徑的選擇2020/12/27274.4凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的

幾個問題4.4.1滾子半徑的選擇1.凸輪理論輪廓的內(nèi)凹部分由圖(a)可得

ρa(bǔ)=ρmin+rT實際輪廓曲線曲率半徑總大于理論輪廓曲線曲率半徑。因此，不論選擇多大的滾子，都能作出實際輪廓曲線。由圖(b)～圖(d)可得

ρa(bǔ)=ρmin-rT2020/12/27284.4.1滾子半徑的選擇1.凸輪理論輪廓的內(nèi)凹部分4.4.1滾子半徑的選擇

當(dāng)ρmin>rT時，則有ρa(bǔ)>0，實際輪廓曲線為一平滑的曲線。這種情況屬于正常。當(dāng)ρmin=rT時，則有ρa(bǔ)=0，凸輪實際輪廓曲線出現(xiàn)了尖點。當(dāng)ρmin<rT時，則有ρa(bǔ)<0，凸輪實際輪廓曲線不僅出現(xiàn)尖點，而且相交，圖中陰影部分的輪廓在實際加工中被切去，使從動件工作時不能到達(dá)預(yù)定的工作位置，無法實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律。這種現(xiàn)象稱為運動失真。2.凸輪理論輪廓的外凸部分2020/12/27294.4.1滾子半徑的選擇當(dāng)ρmin>rT時4.4.1滾子半徑的選擇

一般推薦T≤0.8ρmin。若從結(jié)構(gòu)上考慮,可使rT=(0.1～0.15)r0。為了避免出現(xiàn)尖點，一般要求ρa(bǔ)>3～5mm。理論輪廓曲線最小曲率半徑的求法2020/12/27304.4.1滾子半徑的選擇一般推薦T≤0.8ρ4.4.2壓力角的校核

凸輪加給從動件的作用力F沿凸輪輪廓的法線n-n方向傳遞。從動件上受到的力F的方向與該力作用點的線速度v的方向之間所夾銳角α稱為凸輪機(jī)構(gòu)在該位置的壓力角。1.壓力角與作用力的關(guān)系凸輪機(jī)構(gòu)壓力角2020/12/27314.4.2壓力角的校核1.壓力角與作用力的關(guān)系凸輪機(jī)構(gòu)壓力

4.4.3基圓半徑的確定

基圓半徑一般可根據(jù)經(jīng)驗公式選擇

即r0≥0.9ds+（7～9）mm依據(jù)選定的r0設(shè)計出凸輪輪廓后，應(yīng)進(jìn)行壓力角的檢驗，若發(fā)現(xiàn)αmax>［α］，則應(yīng)適當(dāng)增大凸輪基圓半徑，重新設(shè)計。2020/12/27324.4.3基圓半徑的確定2020/12/27324.5凸輪機(jī)構(gòu)的常用材料和結(jié)構(gòu)

凸輪機(jī)構(gòu)主要的失效形式是磨損和疲勞點蝕，這就要求凸輪和滾子的工作表面硬度高、耐磨并且有足夠的表面接觸強(qiáng)度。低速、中小載荷的一般場合，凸輪采用45鋼、40Cr表面淬火(硬度40～50HRC)，亦可采用15鋼、20Cr、20CrMnTi經(jīng)滲碳淬火，硬度達(dá)56～62HRC。滾子材料可采用20Cr，經(jīng)滲碳淬火，表面硬度達(dá)56～62HRC。也可用滾動軸承作為滾子。4.5.1凸輪常用材料2020/12/27334.5凸輪機(jī)構(gòu)的常用材料和結(jié)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)主4.5.2凸輪的結(jié)構(gòu)1.凸輪軸2.整體式2020/12/27344.5.2凸輪的結(jié)構(gòu)1.凸輪軸2.整體式2020/12/24.5.2凸輪的結(jié)構(gòu)3.鑲塊式

4.組合式

2020/12/27354.5.2凸輪的結(jié)構(gòu)3.鑲塊式4.組合式2020/124.5.2凸輪的結(jié)構(gòu)

除采用鍵聯(lián)接將凸輪固定在軸上外，也可以采用緊定螺釘和錐面固定。

2020/12/27364.5.2凸輪的結(jié)構(gòu)除采用鍵聯(lián)接將凸輪固定在軸上外4.6其他常用結(jié)構(gòu)4.6.1棘輪機(jī)構(gòu)工作原理：棘輪機(jī)構(gòu)主要由棘輪2、棘爪3和機(jī)架4三個基本構(gòu)件組成。圖4-24棘輪機(jī)構(gòu)2020/12/27374.6其他常用結(jié)構(gòu)4.6.1棘輪機(jī)