項(xiàng)目一凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)課件

項(xiàng)目一

凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)任務(wù)一

凸輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)1任務(wù)二

凸輪從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2任務(wù)三

凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3目錄任務(wù)一

凸輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)01PART凸輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)1．凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)機(jī)械和自動(dòng)控制裝置中。（1）實(shí)例繞線機(jī)中的凸輪機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)（2）特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：只要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)凸輪廓線即可實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)件少，緊湊；

缺點(diǎn)：點(diǎn)、線接觸，故易磨損，傳力不大；凸輪制造較困難。凸輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)

凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。凸輪通常為主動(dòng)件作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，但也有作往復(fù)擺動(dòng)或移動(dòng)的；被凸輪直接推動(dòng)的構(gòu)件稱為推桿。若凸輪為從動(dòng)件，則稱之為反凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)2．凸輪機(jī)構(gòu)的分類（1）按凸輪的形狀分1）盤形凸輪3）圓柱凸輪1）力封閉的凸輪機(jī)構(gòu)2）幾何封閉的凸輪機(jī)構(gòu)2）移動(dòng)凸輪凸輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)（2）按推桿的端部形式及運(yùn)動(dòng)形式分1）端部形式：尖頂推桿、滾子推桿和平底推桿2）運(yùn)動(dòng)形式：直動(dòng)推桿（對(duì)心、偏置）和擺動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)的類型及特點(diǎn)3）按保持高副接觸（鎖合）方法分1）力封閉的凸輪機(jī)構(gòu)2）幾何封閉的凸輪機(jī)構(gòu)利用彈簧力來使推桿與推輪保持接觸任務(wù)二

凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律02PART凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律基圓基圓半徑r0推程推程運(yùn)動(dòng)角δ1遠(yuǎn)休遠(yuǎn)休止角δ2回程回程運(yùn)動(dòng)角δ3近休近休止角δ4行程h1.名詞術(shù)語及符號(hào)凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律：s＝s(t)＝s(δ)v＝v(t)＝v(δ)a＝a(t)＝a(δ)

也就是指推桿的位移s、速度v和加速度a隨凸輪轉(zhuǎn)角δ變化的規(guī)律。2．從動(dòng)件的幾種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律（1）多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律推桿的多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一般表達(dá)式為：s=C0+C1δ+C2δ2+…+Cnδn

式中δ為凸輪轉(zhuǎn)角；s為推桿位移；C0，C1，C2，…Cn為待定系數(shù)，可利用邊界條件等來確定。凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程時(shí)：s=hδ/δ1在始末兩瞬時(shí)有剛性沖擊。推桿等加速推程段：s=2hδ2/δ12推桿等減速推程段：s=h－2h(δ1－δ)2/δ12在始、中、末三瞬時(shí)有柔性沖擊。1）一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律（等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律）2）二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律（等加速等減速或拋物線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）回程的位移方程：s=h－

hδ/δ3凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律

對(duì)于多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其多項(xiàng)式中待定系數(shù)的數(shù)目應(yīng)與邊界條件的數(shù)目相等，其數(shù)目多少應(yīng)根據(jù)工作要求來確定。但當(dāng)邊界條件增多時(shí)，會(huì)使設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜，加工精度也難以達(dá)到，故通常不宜采用太高次數(shù)的多項(xiàng)式。s＝10hδ3/δ13－15hδ4/δ14＋6hδ5/δ15既無剛性沖擊，又無柔性沖擊。3）五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律

（3-4-5多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律）（2）三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程時(shí)：s＝h[(δ/δ1)－sin(2πδ/δ1)/(2π)]推程時(shí)：s＝h[1－cos(πδ/δ1)]/2由右圖知，在始、末兩瞬時(shí)有柔性沖擊。1）余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律）2）正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律）凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律既無剛性沖擊，又無柔性沖擊。凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律3．推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇1）機(jī)器的工作過程只要求凸輪轉(zhuǎn)過角度δ0時(shí)，推桿完成一個(gè)行程h或角行程Φ，而對(duì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律并未作嚴(yán)格要求。

在此情況下，可考慮采用圓弧、直線或其他簡單曲線為凸輪廓線。例

主令開關(guān)中的凸輪機(jī)構(gòu)2）機(jī)器的工作過程對(duì)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有完全確定的要求。此時(shí)只能根據(jù)工作所需要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來設(shè)計(jì)。3）對(duì)于速度較高的凸輪機(jī)構(gòu)，還應(yīng)考慮該種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度最大值vmax、加速度最大值amax和躍度的最大值jmax等。

組合原則要保證在銜接點(diǎn)上運(yùn)動(dòng)參數(shù)保持連續(xù)；在運(yùn)動(dòng)的始末處滿足邊界條件。（3）組合型運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律最大速度vmax(hω/δ1)×最大加速度amax(hω2/δ12)×最大躍度jmax(hω2/δ12)×運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)等加速運(yùn)動(dòng)余弦加速度正弦加速度5次多項(xiàng)式1.002.001.572.001.88適用場(chǎng)合39.560.04.004.936.285.77∞∞∞中速輕載低速輕載中低速重載中高速輕載高速中載表3-1任務(wù)三

凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)03PART凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)無論是采用作圖法還是解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線，所依據(jù)的基本原理都是反轉(zhuǎn)法原理。例偏置直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)1．凸輪廓線設(shè)計(jì)的基本原理

當(dāng)給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加一個(gè)公共角速度－ω，使其繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸輪將靜止不動(dòng)，而推桿則一方面隨其導(dǎo)軌作反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另一方面又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。推桿在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)中，其尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪的輪廓曲線。

當(dāng)根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求和結(jié)構(gòu)條件選定了其機(jī)構(gòu)的型式、基本尺寸、推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪的轉(zhuǎn)向之后，就可以進(jìn)行凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)了。凸輪廓線設(shè)計(jì)的方法：圖解法和解析法主要用解析法（1）凸輪的輪廓曲線與推桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系3.凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)凸輪廓線時(shí)，可假設(shè)凸輪靜止不動(dòng)，而其推桿相對(duì)凸輪作反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又在其導(dǎo)軌內(nèi)作預(yù)期運(yùn)動(dòng)，作出推桿在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)中的一系列位置，則其尖頂?shù)能壽E就是所要求的凸輪廓線。這就是凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的反轉(zhuǎn)法原理。（2）凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理2．用解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線

用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線，就是根據(jù)工作所要求的推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)，求凸輪廓線的方程式，并精確地計(jì)算出凸輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)值。凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)（1）偏置直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)

凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)（2）對(duì)心平底推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)

凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)（3）擺動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)

凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)例題

用解析法設(shè)計(jì)一偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線。已知凸輪沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，正偏置，偏距e=12mm，凸輪轉(zhuǎn)角δ=0o~150o時(shí)，推桿以擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升25mm；δ=150o~180o時(shí)推桿遠(yuǎn)休止；δ=180o~280o時(shí)推桿按簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律返回；δ=280o~360o時(shí)推桿近休止。

分析：偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪的理論廓線方程為：其中e=15mm，r0=50mm，推程遠(yuǎn)休止回程近休止S=25S=0計(jì)算可得到凸輪的理論廓線坐標(biāo)(x,y)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

xy015.00047.6971023.06344.4152030.53740.0453037.44734.859

凸