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1、4.1 凸轮机构的特点和类型4.2 从动件常用运动规律4.3 盘形凸轮轮廓曲线的图解法设计4.4 凸轮机构基本尺寸的确定第第4章章 凸轮机构凸轮机构4.1 凸轮机构的特点和类型凸轮机构的特点和类型结构结构：三个构件：三个构件凸轮、从动件、机架。凸轮、从动件、机架。作用作用：将连续回转：将连续回转 从动件从动件直线移动直线移动或或摆动摆动。优点优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。缺点缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。：高副，线接触，易磨损，传力不大。 应用应用：内燃机内燃机 、缝纫机挑线机构缝纫机挑线机构、自动车床自动车床等。等。一、凸轮机构的应用特点
2、一、凸轮机构的应用特点凸轮凸轮：具有控制从动件运动规律的具有控制从动件运动规律的曲线轮廓曲线轮廓或或凹槽凹槽的主动件。的主动件。 2、按凸轮形状分：、按凸轮形状分：盘形盘形、 移动移动、圆柱凸轮圆柱凸轮 ( 端面端面 ) 。3、按从动件端部形状分：、按从动件端部形状分：尖顶尖顶、 滚子滚子、平底平底从动件。从动件。尖顶尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；构造简单、易磨损、用于仪表机构；滚子滚子磨损小，应用广；磨损小，应用广；平底平底受力好、润滑好，用于高速传动。受力好、润滑好，用于高速传动。二、凸轮机构分类二、凸轮机构分类4、按凸轮与从动件的锁合方式分类：、按凸轮与从动件的锁合方式分类： 力力
3、封闭封闭：利用弹簧力或从动件自身重力使从动件：利用弹簧力或从动件自身重力使从动件与凸轮始终保持接触。与凸轮始终保持接触。 形封闭形封闭： 利用凸轮与从动件的特殊结构形状使从利用凸轮与从动件的特殊结构形状使从动件与凸轮始终保持接触。动件与凸轮始终保持接触。 1、按运动形式分：、按运动形式分：平面凸轮机构平面凸轮机构、空间凸轮机构空间凸轮机构 。按对心形式还可分为：按对心形式还可分为：对心对心、 偏置偏置两种两种。5、按从动件的运动形式分：、按从动件的运动形式分：直动从动件直动从动件、 摆动从动件摆动从动件 。4机构中凸轮匀速旋转，带动从动件往复移动，滚子机构中凸轮匀速旋转，带动从动件往复移动，滚
4、子接触接触,摩擦阻力小，不易摩擦，承载能力较大，但运摩擦阻力小，不易摩擦，承载能力较大，但运动规律有局限性，滚子轴处有间隙，不宜高速。动规律有局限性，滚子轴处有间隙，不宜高速。 5机构中凸轮匀速旋转，带动从动件往复移动，压力角始终机构中凸轮匀速旋转，带动从动件往复移动，压力角始终为零度，传力特性好，结构紧凑，润滑性能好，摩擦阻力为零度，传力特性好，结构紧凑，润滑性能好，摩擦阻力较小，适用于高速，较小，适用于高速， 但凸轮轮廓不允许呈下凹，因此实现但凸轮轮廓不允许呈下凹，因此实现准确的运动规律受到限制。准确的运动规律受到限制。 6当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，即成为移动当盘形凸轮的回转中心趋
5、于无穷远时，即成为移动凸轮，一般作往复移动。凸轮，一般作往复移动。 7 为保证凸轮机构能正常工作，必须保持凸轮轮廓为保证凸轮机构能正常工作，必须保持凸轮轮廓与从动件相接触，凸轮与从动件的可靠接触依靠与从动件相接触，凸轮与从动件的可靠接触依靠特殊几何结构或机械压力来保持。特殊几何结构或机械压力来保持。 8机构中凸轮匀速旋转，带动从动件往复摆动，滚子机构中凸轮匀速旋转，带动从动件往复摆动，滚子接触，摩擦阻力小，不易摩擦，承载能力较大，但接触，摩擦阻力小，不易摩擦，承载能力较大，但运动规律有局限性，滚子轴处有间隙，不宜高速。运动规律有局限性，滚子轴处有间隙，不宜高速。 设计：潘存云hhot1s24.
6、2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律 凸轮机构设计的基本任务凸轮机构设计的基本任务: : 1) 1)据工作要求选定凸轮机构的形式；据工作要求选定凸轮机构的形式；名词术语名词术语：一、一、凸轮机构的凸轮机构的工作过程工作过程基圆、基圆、推程运动角、推程运动角、基圆半径、基圆半径、 推程、推程、远休止角、远休止角、回程运动角、回程运动角、回程、回程、近休止角、近休止角、 行程。行程。rminh 1A2)2)从动件的运动规律；从动件的运动规律；3)3)合理确定结构尺寸；合理确定结构尺寸；4)4)设计轮廓曲线。设计轮廓曲线。ssssDBCBtt升升-停停-降降-停的运动循环停的运动循环 s s(t
7、) v v(t) ：多项式、三角函数：多项式、三角函数a a(t)二、从动件常用的运动规律二、从动件常用的运动规律从动件运动规律从动件运动规律：从动件的位移、速度、加速度从动件的位移、速度、加速度随时间（或凸轮转角）的变化规律。随时间（或凸轮转角）的变化规律。在推程起始点：在推程起始点：1=0=0， s2=0： s2 h1/t v2 h1 /ts21tv21a21h在推程终止点：在推程终止点：1=t t ，s2=h+刚性冲击刚性冲击： s2h(1-1/h )v2-h1 /ha20a2 01. .等速运动规律等速运动规律适合低速场合适合低速场合在推程起始点：在推程起始点：1=0=0， s=0：在
8、推程终止点：在推程终止点：1=0 0 ，s=h柔性冲击柔性冲击：2. .等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律v21a21适合中、低速场合适合中、低速场合0 s s21设计：潘存云ht1 s s21a23. .简谐简谐( (余弦加速度余弦加速度) )运动规律运动规律推程：推程： s2h1- -cos(1/t)/2 v2 h1sin(1/t)/2ta2 2h21 cos(1/t)/22t 回程：回程： s2h1cos(1/h)/2 v2- -h1sin(1/h)/2h a2- -2h21 cos(1/h)/22h123 4561v v2V Vmaxmax=1.57h/2=1.57h/20 0在
9、起始和终止处理论上在起始和终止处理论上a2为有限值，产生柔性冲击。为有限值，产生柔性冲击。123456设计：潘存云反转法原理反转法原理： 给整个凸轮机构施以给整个凸轮机构施以- -1时，不影响时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的凸轮的轮廓曲线轮廓曲线。O O - -13 31 12 23 33 31 11 12 22 21设计：潘存云60rmin120-111对心直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的对心直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径基圆半径rmin，角速度，角速度1
10、（逆时针）和从动件（逆时针）和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1. .对心尖顶对心尖顶从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109一、直动从动件盘形凸轮轮廓设计一、直动从动件盘形凸轮轮廓设计
11、 6012090901 3 5 7 8911 13 15s2 191113121410设计：潘存云s2 1911 13 151 3 5 7 8rminA120-11设计步骤小结设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。135789111312142345 67 8910111213146090901876543214131211109理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮
12、廓作各位置滚子圆的内作各位置滚子圆的内( (外外) )包络线。包络线。2. .滚子直动从动件盘形凸轮滚子直动从动件盘形凸轮滚子直动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆滚子直动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径半径rmin，角速度，角速度1和从动件的运动规律，设和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。计该凸轮轮廓曲线。 6012090901设计：潘存云s2 1911 13 151 3 5 7 8rmin对心直动平底从动件凸轮机构中，已知凸轮的对心直动平底从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径基圆半径rmin，角速度，角速度1和从动件的运动规律，和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲
13、线。设计步骤：设计步骤：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。作平底直线族的内包络线。作平底直线族的内包络线。3. .对心直动平底对心直动平底从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮8765432191011121314-11A13578911131214123456781514131211109 601209090设计：潘存云911 13 151 3 5 7 8O OeA A偏置直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸偏置直动尖顶从动件凸轮机
14、构中，已知凸轮的基圆半径轮的基圆半径rmin，角速度，角速度1和从动件的和从动件的运动规律和偏心距运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。，设计该凸轮轮廓曲线。4. .偏置直动尖顶偏置直动尖顶从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮13578911131214-11612345781514131211109设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin; ; 反向等分各运动角反向等分各运动角; ; 确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置; ; 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1514131211109k9k10
15、k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8 601209090s2 16123457815141312111094. .偏置滚子偏置滚子从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮设计：潘存云120B11 1rmin 601209090 1摆动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径摆动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度，角速度1，摆杆长度摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。二、摆动二、摆动从动件从动件盘形凸轮机构盘形凸轮机构12345
16、6 7 85678B1B2B3B4B5B6B7B860 90 1-1dABl1 2 3 4B22 2B33 3B44 4B55 5B66 6B77 7A1A2A3A4A5A6A7A8设计：潘存云OB1定义：从动件的受力方向与它的运动方向之间所夹的锐角定义：从动件的受力方向与它的运动方向之间所夹的锐角 F”，若若大到一定程度时，会有：大到一定程度时，会有：机构发生自锁。机构发生自锁。nn一、一、压力角压力角及其校核及其校核 不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。FFF”F 有用分力有用分力, 沿导路方向沿导路方向F” 有害分力，垂直于导路有害分力，垂直于导路F”=F t
17、an F 一定时，一定时， Ff FF Ff为了保证凸轮机构正常工作，要求：为了保证凸轮机构正常工作，要求： rT arT 轮廓正常轮廓正常外凸外凸rTa三、滚子半径的选择与平底尺寸的确定三、滚子半径的选择与平底尺寸的确定设计：潘存云rT arT rT 轮廓失轮廓失真真rT arT0轮廓变尖轮廓变尖rTrT2、平底长度的确定、平底长度的确定 对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。为保证在所有位置上，平底都能与凸轮轮廓相切，一般取从动件平底的长度L=2lmax+57mm 设计：潘存云Orminrminlmax如图所示为一偏置滚子从动件盘形凸轮如图所示为一偏置滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮的实际廓线为一
18、个圆，圆心机构，凸轮的实际廓线为一个圆，圆心为为O1，凸轮的转动中心为，凸轮的转动中心为O。（。（16分）分）（1）画出基圆）画出基圆rb、偏距圆、偏距圆e、理论廓线；、理论廓线；（2）画出从动件在图示位置时的压力角）画出从动件在图示位置时的压力角和位移和位移s。（必须保留作图线）。（必须保留作图线）。A如图所示为一偏置滚子从动件盘形凸轮如图所示为一偏置滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮的实际廓线为一个圆，圆心机构，凸轮的实际廓线为一个圆，圆心为为O1，凸轮的转动中心为，凸轮的转动中心为O。（。（16分）分）（1）画出基圆）画出基圆rb、偏距圆、偏距圆e（2）画出从动件在图示位置的位移）画出从动件在图示位置的位移s。rbes设计：潘存云30 s s2123 456123456150309090以等角速度以等角速度逆时针转动，逆时针转动，基圆半径基圆半径rmin为为40mm，试设计对心尖顶从动件凸轮机构的轮廓试设计对心尖顶从动件凸轮机构的轮廓