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1、机械设计基础第三章凸轮机构第1页，此课件共30页哦3-1 3-1 凸轮机构的组成及分类凸轮机构的组成及分类机械设计基础凸轮机构一、组成一、组成1 1、凸轮、凸轮:具有曲线轮廓或凹槽的构件具有曲线轮廓或凹槽的构件,是是主动件主动件,通常等速转动。通常等速转动。1 12 23 32 2、从动件、从动件:由凸轮控制按其运动规律作移由凸轮控制按其运动规律作移 动或动或摆动运动的构件。摆动运动的构件。3 3、机架、机架:支承活动构件的构件。支承活动构件的构件。动画第2页，此课件共30页哦二、二、应用应用1 1 实现无特定运动规律要求的工作行程实现无特定运动规律要求的工作行程例：车床床头箱中利用凸轮机构实
2、现变速操纵例：车床床头箱中利用凸轮机构实现变速操纵2 2 实现无特定运动规律要求的工作行程实现无特定运动规律要求的工作行程例：自动机床中利用凸轮机构实现进刀、退刀例：自动机床中利用凸轮机构实现进刀、退刀3 3 实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程例：例：内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构4 4 实现复杂的运动轨迹实现复杂的运动轨迹例：印刷机中利用凸轮机构适当组合实现吸纸吸头的复杂运例：印刷机中利用凸轮机构适当组合实现吸纸吸头的复杂运动轨迹动轨迹机械设计基础凸轮机构第3页，此课件共30页哦 三、特点三、特点作用：作用：将连续回转将连续回转 =从动件直
3、线移动或摆动。从动件直线移动或摆动。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。机械设计基础凸轮机构第4页，此课件共30页哦四、分类四、分类1 1 按凸轮的形状分按凸轮的形状分2 2 按从动件的形状分按从动件的形状分3 3 按从动件的运动形式分按从动件的运动形式分4 4 按从动件的布置形式分按从动件的布置形式分5 5 小结小结机械设计基础凸轮机构第5页，此课件共30页哦1 1 按凸轮的形状分按凸轮的形状分盘形凸轮盘形凸轮 凸轮呈向径变化的盘形凸轮呈向径变化的盘形结构简单结构简单,应用
4、最广泛应用最广泛移动凸轮移动凸轮 实例实例凸轮呈板型凸轮呈板型,直线移动直线移动圆柱凸轮圆柱凸轮 空间凸轮机构空间凸轮机构 凸轮轮廓做在圆柱体上凸轮轮廓做在圆柱体上空间运动空间运动机械设计基础凸轮机构第6页，此课件共30页哦2 2 按从动件的形状分按从动件的形状分尖顶推杆尖顶推杆 尖顶始终能够与凸轮轮廓保尖顶始终能够与凸轮轮廓保持接触，可实现复杂的运持接触，可实现复杂的运动规律动规律 易磨损，只宜用于轻载、低易磨损，只宜用于轻载、低速速滚子推杆滚子推杆 耐磨、承载大，较常用耐磨、承载大，较常用平底推杆平底推杆 接触面易形成油膜，利于润滑，接触面易形成油膜，利于润滑，常用于高速运动常用于高速运动
5、 配合的凸轮轮廓必须全部外凸配合的凸轮轮廓必须全部外凸尖顶推杆尖顶推杆滚子推杆滚子推杆平底推杆平底推杆平底推杆平底推杆机械设计基础凸轮机构第7页，此课件共30页哦3 3 按从动件的运动形式分按从动件的运动形式分直动推杆直动推杆往复移动往复移动轨迹为直线轨迹为直线摆动推杆摆动推杆往复摆动往复摆动轨迹为圆弧轨迹为圆弧直直动动推推杆杆摆摆动动推推杆杆机械设计基础凸轮机构第8页，此课件共30页哦4 4 按从动件的布置形式分按从动件的布置形式分对心直动推杆对心直动推杆偏置直动推杆偏置直动推杆机械设计基础凸轮机构第9页，此课件共30页哦5 5 小结小结一般凸轮机构的命名原则一般凸轮机构的命名原则:布置形式
6、布置形式+运动形式运动形式+推杆形状推杆形状+凸轮形状凸轮形状对心对心直动直动尖顶尖顶推杆推杆盘形凸轮盘形凸轮机构机构偏置偏置直动直动滚子滚子推杆推杆盘形凸轮盘形凸轮机机构构摆摆动动平底推杆平底推杆盘形盘形凸轮凸轮机构机构机械设计基础凸轮机构第10页，此课件共30页哦3-2 3-2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律一 凸轮机构的运动过程凸轮机构的运动过程二二 从动件常用运动规律从动件常用运动规律三三 选择运动规律应注意的问题选择运动规律应注意的问题机械设计基础凸轮机构第11页，此课件共30页哦A一、凸轮机构的运动过程一、凸轮机构的运动过程从从动动件件的的运运动动规规律律是是指指从从动动件件
7、的的位位移移、速速度度、加加速速度度等等随随时时间间t t或或凸凸轮轮转角转角j j变化的规律变化的规律基圆基圆(以凸轮轮廓最小向径所组成的圆以凸轮轮廓最小向径所组成的圆)，基圆半径，基圆半径r rb b推程推程，推程运动角，推程运动角 0 0远休止远休止，远休止角，远休止角 0101 回程，回程，回程运动角回程运动角 0 0 近休止，近休止，近休止角近休止角 0202 行程（升程），行程（升程），h h运动线图运动线图:从动件的位移、速度、加速度等随时间从动件的位移、速度、加速度等随时间t t或凸或凸轮转角轮转角j j变化关系图变化关系图0 010 02rb 0推程推程 01远休止远休止 0
8、回程回程 02近休止近休止ts0BCDhA机械设计基础凸轮机构第12页，此课件共30页哦1 1 等速运动等速运动一次多项式运动规律一次多项式运动规律 推程推程(0(00 0)运动方程：运动方程：位移方程：位移方程：速度方程：速度方程：加速度方程：加速度方程：运动线图运动线图冲击特性：冲击特性：始点、末点刚性冲击始点、末点刚性冲击适用场合：适用场合：低速轻载低速轻载hs 0 0v 0a 0-+机械设计基础凸轮机构二、推杆常用运动规律二、推杆常用运动规律第13页，此课件共30页哦等速运动（续）等速运动（续）回程回程(00)运动方程：运动方程：位移方程：位移方程：速度方程：速度方程：加速度方程：加速
9、度方程：运动线图运动线图冲击特性：始点、末点刚性冲击特性：始点、末点刚性冲击冲击适用场合：低速轻载适用场合：低速轻载s 0v 0a 00-+-0h机械设计基础凸轮机构第14页，此课件共30页哦2 2 等加速等减速运动等加速等减速运动二次多项式运动规律二次多项式运动规律推程推程运动方程运动方程:运动线图运动线图冲击特性：起、中、末点柔性冲击冲击特性：起、中、末点柔性冲击适用场合：低速轻载适用场合：低速轻载s 00v 0a 0h/2h/20/20/2h(00/2)(0/20)加速段加速段减速段减速段位移方程位移方程速度方程速度方程加速度方程加速度方程机械设计基础凸轮机构第15页，此课件共30页哦三
10、、从动件运动规律的选择三、从动件运动规律的选择 实实际际使使用用时时,推推程程或或回回程程的的运运动动规规律律可可采采用用单单一一运运动动规规律律,也也可可以以将几种运动规律复合使用。将几种运动规律复合使用。1.1.当当机机械械的的工工作作过过程程只只要要求求推推杆杆实实现现一一定定的的工工作作行行程程，而而对对运运动动规规律律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时，便于加工优先；低速轻载时，便于加工优先；速度较高时，动力特性优先。速度较高时，动力特性优先。2.2.当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时：当机械的工作过程对推杆运动规律有
11、特殊要求时：转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工 转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动机械设计基础凸轮机构第16页，此课件共30页哦3-3 3-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计一 反转法原理反转法原理二二 作图法设计凸轮廓线作图法设计凸轮廓线机械设计基础凸轮机构第17页，此课件共30页哦AAAAAAAAAAA A A一、凸轮廓线设计的基本原理一、凸轮廓线设计的基本原理解析法、作图法解析法、作图法 相对运动原理法相对运动原理法:(:(也称反转法也称反
12、转法):):对整个系统施加对整个系统施加-w-w运动运动 此时，凸轮保持不动此时，凸轮保持不动 推杆作复合运动推杆作复合运动=反转运动反转运动(-w)+(-w)+预期预期运动运动(s)(s)A Ar0-r0机械设计基础凸轮机构第18页，此课件共30页哦二、作图法设计凸轮廓线二、作图法设计凸轮廓线作图步骤：作图步骤：1 1 根根据据从从动动件件的的运运动动规规律律：作作出出位位移移线线图图S S2 2-1 1，并等分角度，并等分角度2 2 定基圆定基圆3 3 作出推杆在反转运动中依次占据的位置作出推杆在反转运动中依次占据的位置4 4 据据运运动动规规律律，求求出出从从动动件件在在预预期期运运动动
13、中中依依次次占占据据的位置的位置5 5 将将两两种种运运动动复复合合，就就求求出出了了从从动动件件尖尖端端在在复合运动中依次占据的位置点复合运动中依次占据的位置点6 6 将各位置点联接成光滑的曲线将各位置点联接成光滑的曲线7 7 在理论轮廓上再作出凸轮的实际轮廓在理论轮廓上再作出凸轮的实际轮廓机械设计基础凸轮机构第19页，此课件共30页哦1 1 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构已知：已知：r rb b，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动设计：设计：凸轮廓线凸轮廓线解：解：1.1.定比例尺定比例尺u ul l 2.2.初始位置及推杆位移曲线
14、初始位置及推杆位移曲线3.3.确定推杆反转运动占据的各位确定推杆反转运动占据的各位置置4.4.确定推杆预期运动占据的各位确定推杆预期运动占据的各位置置5.5.推杆高副元素族推杆高副元素族6.6.推杆高副元素的包络线推杆高副元素的包络线s0h机械设计基础凸轮机构第20页，此课件共30页哦2 2 对心直动滚子推杆盘形凸轮机构对心直动滚子推杆盘形凸轮机构已知：已知：r rb b，推杆运动规律，滚子半径，推杆运动规律，滚子半径r rr r,凸轮逆时针方向转动凸轮逆时针方向转动设计：设计：凸轮廓线凸轮廓线解：解：1.1.定比例尺定比例尺u ul l 2.2.初始位置及推杆位移曲线初始位置及推杆位移曲线
15、注：两条廓线，理论实际廓线注：两条廓线，理论实际廓线 实际廓线基圆实际廓线基圆rminrmin理论廓线基圆理论廓线基圆rbrb3.3.确定推杆反转运动占据的各位置确定推杆反转运动占据的各位置4.4.确定推杆预期运动占据的各位置确定推杆预期运动占据的各位置5.5.推杆高副元素族推杆高副元素族6.6.推杆高副元素的包络线推杆高副元素的包络线s0h理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓机械设计基础凸轮机构第21页，此课件共30页哦s0h3 3 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构已知：已知：r rb b，偏置圆半径，偏置圆半径e e，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动，推杆运动规律，凸轮
16、逆时针方向转动设计：设计：凸轮廓线凸轮廓线解：解：1.1.定比例尺定比例尺l l 2.2.初始位置及推杆位移曲线初始位置及推杆位移曲线 偏距圆、基圆偏距圆、基圆3.3.确定推杆确定推杆反转运动反转运动占据的各位置占据的各位置4.4.确定推杆确定推杆预期运动预期运动占据的各位占据的各位置置5.5.推杆高副元素族推杆高副元素族6.6.推杆高副元素的包络线推杆高副元素的包络线机械设计基础凸轮机构了解了解动画第22页，此课件共30页哦4 4 用作图法设计凸轮轮廓应注意的事项用作图法设计凸轮轮廓应注意的事项应用反转法时应注意：应用反转法时应注意：v一定要沿着（一定要沿着（-w-w）方向在基园圆周上按位移
17、线图的顺序截取分点，否则）方向在基园圆周上按位移线图的顺序截取分点，否则将不符合给定的运动规律。将不符合给定的运动规律。v凡绘制同一轮廓的有关长度尺寸，如从动件的位移、基园半径、偏距、凡绘制同一轮廓的有关长度尺寸，如从动件的位移、基园半径、偏距、滚子半径等，必须用同一长度比例尺画出。滚子半径等，必须用同一长度比例尺画出。v取分点越多所得得凸轮轮廓越准确，实际作图时取分点的多少可根据对凸轮工取分点越多所得得凸轮轮廓越准确，实际作图时取分点的多少可根据对凸轮工作准确度的要求适当决定。作准确度的要求适当决定。v连接各分点的曲线必须是光滑连续的曲线。连接各分点的曲线必须是光滑连续的曲线。v为了提高作图
18、法设计凸轮轮廓曲线的精度，可以借助为了提高作图法设计凸轮轮廓曲线的精度，可以借助CADCAD等作图软件等作图软件来绘制。来绘制。机械设计基础凸轮机构第23页，此课件共30页哦3-4 3-4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定一 凸轮机构的压力角及其许用值凸轮机构的压力角及其许用值二二 基圆半径的确定基圆半径的确定三三 滚子半径的确定滚子半径的确定机械设计基础凸轮机构第24页，此课件共30页哦OB1定义：定义：正压力与推杆上力作用点正压力与推杆上力作用点B B速度方向间的夹角（锐角）速度方向间的夹角（锐角）F”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
19、自锁。nn压力角与作用力的关系压力角与作用力的关系不考虑摩擦时，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 tg FF 一定时，一定时，F Ff FFF 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：一、凸轮机构的压力角及其许用值一、凸轮机构的压力角及其许用值=30-直动从动件；直动从动件；=3545-摆动从动件；摆动从动件；=7080-回程。回程。机械设计基础凸轮机构第25页，此课件共30页哦二、二、凸轮基圆半径的确定（尖顶、滚子直动从动件）凸轮基圆半径的确定
20、（尖顶、滚子直动从动件）eO1A凸轮基圆的尺寸和压力角有直接关凸轮基圆的尺寸和压力角有直接关系，如左图所示，从动件与凸轮在任意系，如左图所示，从动件与凸轮在任意一点接触。一点接触。nnttPS0S注注:e:e前符号的确定前符号的确定.机械设计基础凸轮机构第26页，此课件共30页哦eO1As ss s0 0P PeO1As ss s0 0P P此式中此式中e e前的符号判定：前的符号判定：当瞬心点当瞬心点当瞬心点当瞬心点P P P P与导路线在转轴同侧时取与导路线在转轴同侧时取与导路线在转轴同侧时取与导路线在转轴同侧时取“-”-”-”-”号号号号当瞬心点当瞬心点当瞬心点当瞬心点P P P P与导
21、路线在转轴异侧时取与导路线在转轴异侧时取与导路线在转轴异侧时取与导路线在转轴异侧时取“+”+”+”+”号号号号第27页，此课件共30页哦第28页，此课件共30页哦a a工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，r rT T滚子半径rT arT rT 轮廓失真轮廓失真三、三、滚子半径的确定滚子半径的确定arT rT arT0轮廓正常轮廓正常轮廓变尖轮廓变尖内凹内凹arTrTrT rT arT 轮廓正常轮廓正常外凸外凸rTa机械设计基础凸轮机构第29页，此课件共30页哦结论结论:内凹凸轮廓线：内凹凸轮廓线：滚子半径无限制滚子半径无限制外凸凸轮廓线：外凸凸轮廓线：理论轮廓的最小曲率半径大于滚子半径理论轮廓的最小曲率半径大于滚子半径,即即 minminrrr r 实际设计时，应保证实际设计时，应保证 amin amin=minmin-r-rr r a a=3-5 mm=3-5 mm机械设计基础凸轮机构第30页，此课件共30页哦