《機(jī)械原理 第5版》 課件 05-凸輪機(jī)構(gòu)

第五章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)機(jī)械原理第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用第二節(jié)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)第三節(jié)平面凸輪輪廓設(shè)計(jì)第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸設(shè)計(jì)本章內(nèi)容提要一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成、特點(diǎn)與應(yīng)用基本組成：凸輪1一般為主動(dòng)件推桿2一般為從動(dòng)件機(jī)架31.凸輪機(jī)構(gòu)的組成附加裝置：

鎖合裝置彈簧的作用是保持高副鎖合（封閉）第一節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用2.凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用

推桿可實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；用于傳力不大的控制和調(diào)節(jié)裝置凸輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn)應(yīng)用組成凸輪+推桿+機(jī)架（+鎖合裝置）

結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)件少。凸輪與推桿高副接觸，傳力??；二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類與命名用一例說明，對(duì)圖示凸輪機(jī)構(gòu)作如下分析：凸輪形狀：那么，該凸輪機(jī)構(gòu)的名字可以命為：力鎖合對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)形鎖合偏置滾子從動(dòng)件平低從動(dòng)件空間凸輪移動(dòng)凸輪其他類型盤形凸輪（對(duì)心）直動(dòng)滾子重力鎖合可以組合出多種類型的凸輪機(jī)構(gòu)……擺動(dòng)高副的鎖合方式：運(yùn)動(dòng)副元素形狀：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式：對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)滾子擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)從動(dòng)件直動(dòng)從動(dòng)件直動(dòng)滾子從動(dòng)件移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)

空間凸輪機(jī)構(gòu)形鎖合凸輪機(jī)構(gòu)一、從動(dòng)件位移與凸輪轉(zhuǎn)角的對(duì)應(yīng)關(guān)系偏距e推桿凸輪距凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心最近→最遠(yuǎn)=推程AB----推程運(yùn)動(dòng)角φ0(δ0)在最遠(yuǎn)處停止不動(dòng)=遠(yuǎn)休BC----遠(yuǎn)休止角φs(δ01)

距凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心最遠(yuǎn)→最近=回程CD----回程運(yùn)動(dòng)角φ0'

(δ0')在最近處停止不動(dòng)=近休DA----近休止角φs'

(δ01')

凸輪基圓r0;從動(dòng)件行程h;

h從動(dòng)件位移線圖0δsδ0δ01δ'0δ02δ01δ02δ0δ'0第二節(jié)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)ω1ABCD二、從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式型一次多項(xiàng)式等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合改進(jìn)型二次多項(xiàng)式等加速等減速五次多項(xiàng)式三角函數(shù)型余弦加速度簡諧運(yùn)動(dòng)正弦加速度擺線運(yùn)動(dòng)1.

等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

svaV0

0

0h＋∞-∞01位移：速度：加速度：（以推程為例分析）

當(dāng)速度有突變時(shí)，理論上加速度為無窮大，此時(shí)推桿上的慣性力產(chǎn)生的沖擊。剛性沖擊:運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：在行程的起始和終止位置有剛性沖擊，適用于低速。2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

sva位移：速度：加速度：

0A0-A0

0

0h（以推程為例分析）

當(dāng)加速度有突變時(shí)，推桿上的慣性力產(chǎn)生的沖擊。柔性沖擊:運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：在行程的起始、中間和終止位置有柔性沖擊，適用于中速。3.余弦加速度(簡諧)運(yùn)動(dòng)規(guī)律（以推程為例分析）

sva

0

0

0h位移：速度：加速度：運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：在行程的起始和終止位置有柔性沖擊，適用于中速。

4.正弦加速度(擺線)運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：無沖擊，適用于高速。5.

改進(jìn)型等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：滿足等速要求且無沖擊，適用于高速。三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇1.首先考慮滿足機(jī)器工作要求2.考慮使機(jī)器有良好的動(dòng)力特性3.考慮凸輪加工方便簡單

h-φ關(guān)系——簡單曲線模擬函數(shù)關(guān)系——?jiǎng)e無選擇考慮因素：沖擊、速度幅值vmax、加速度幅值amax對(duì)于重載凸輪機(jī)構(gòu)：應(yīng)選擇vmax值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)：應(yīng)選擇amax值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。高速凸輪一、凸輪輪廓設(shè)計(jì)基本原理反轉(zhuǎn)法：第三節(jié)平面凸輪輪廓設(shè)計(jì)設(shè)想給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一個(gè)繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸心轉(zhuǎn)動(dòng)的公共角速度，此時(shí)，凸輪相對(duì)靜止，從動(dòng)桿一邊隨導(dǎo)路以轉(zhuǎn)動(dòng)，一邊沿導(dǎo)路作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。1.直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪二、圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓已知：凸輪以角速度ω逆時(shí)針回轉(zhuǎn)，其基圓半徑r0、偏距e及從動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律為：凸輪轉(zhuǎn)角從動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)0°～120°等速上升h120°～180°遠(yuǎn)休180°～270°余弦加速度下降h

270°～360°近休(1)作從動(dòng)件位移線圖。

s60°120°90°90°（2）作凸輪機(jī)構(gòu)初始位置。

s60°120°90°90°r0e（3）找從動(dòng)桿的反轉(zhuǎn)位置。0120°60°90°90°56789（4）量取從動(dòng)桿在各反轉(zhuǎn)位置上的位移。1243（5）將從動(dòng)桿末端各點(diǎn)連成光滑曲線。-ω（1）作從動(dòng)件位移線圖。2.直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪(1)

將滾子中心視為尖頂，按尖頂從動(dòng)桿設(shè)計(jì)凸輪輪廓——理論輪廓。(2)

以理論輪廓上各點(diǎn)為圓心，滾子半徑為半徑，作一系列滾子圓，并作滾子圓族的包絡(luò)線——工作輪廓。3.直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪(1)將從動(dòng)桿導(dǎo)路中心線與平底的交點(diǎn)視為尖頂，按尖頂從動(dòng)桿設(shè)計(jì)方法找到從動(dòng)桿末端的一系列點(diǎn)的位置。(2)過從動(dòng)桿末端各點(diǎn)作一系列平底直線，并作平底直線族的包絡(luò)線——工作輪廓。4.擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪注意：（1）從動(dòng)件位移表示的為角位移；（2）找從動(dòng)件反轉(zhuǎn)位置時(shí)，應(yīng)保持凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心與從動(dòng)桿擺動(dòng)中心距離不變。滾子中心B：——理論輪廓方程工作輪廓上B'：——工作輪廓方程注意：e的正負(fù)：

凸輪逆時(shí)針，e偏在右側(cè)時(shí)——為正；e偏在左側(cè)——為負(fù)。

凸輪順時(shí)針，e偏在右側(cè)時(shí)——為負(fù)；e偏在左側(cè)——為正。三、解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓已知：運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解：輪廓第四節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸設(shè)計(jì)從動(dòng)件位移線圖0δsδ0δ01δ'0δ02ω1ABCD一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角及其許用值

壓力角

:

從動(dòng)件在與凸輪輪廓接觸點(diǎn)B處所受正壓力的方向與從動(dòng)件上點(diǎn)B的速度方向之間所夾的銳角。它是反映凸輪機(jī)構(gòu)受力情況的一個(gè)重要參數(shù)。通常規(guī)定：

max≤

[

]許用壓力角[

]的推薦值為：

推程：直動(dòng)從動(dòng)件[

]=30o~40o

擺動(dòng)從動(dòng)件[

]=35o~45o

回程：[

]'=70o~80o二、凸輪基圓尺寸的確定可根據(jù)許用壓力角計(jì)算基圓半徑1.由壓力角確定

r0↗——

↘當(dāng)偏距及運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定時(shí)：2.由凸輪結(jié)構(gòu)確定根據(jù)凸輪與軸的結(jié)構(gòu)關(guān)系由經(jīng)驗(yàn)確定基圓。凸輪軸：r0>r軸轂連接:r0=(1.6~2.0)rrr三、滾子半徑的選擇2.凸輪理論輪廓為外凸時(shí)(1)當(dāng)ρ>rr時(shí),ρa(bǔ)>0。1.凸輪理論輪廓為內(nèi)凹時(shí)不失真的條件：滾子半徑rr<

min

對(duì)于外凸的凸輪輪廓曲線,應(yīng)使?jié)L子半徑小于理論廓線的最小曲率半徑.