机械设计基础-第四章凸轮机构.ppt

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1、Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:制作制作/讲解：陈燕讲解：陈燕机械设计基础机械设计基础之之第四章第四章 凸轮机构凸轮机构Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:本章

2、主要内容：本章主要内容：4-14-1凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类4-24-2从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律4-34-3盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计4-44-4凸轮机构设计的注意事项凸轮机构设计的注意事项Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:应用：应用：从动件的位移、速度、加速度严格按预定规律从动件的位移、速度、加速度严格按预定规律变化的场合变化

3、的场合组成：组成：高副高副从动件：移动，摆动从动件：移动，摆动凸轮凸轮:具有曲线轮廓或凹槽的构件具有曲线轮廓或凹槽的构件Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:特点：特点：主要用于转换运动形式主要用于转换运动形式凸轮凸轮 高副高副 从动件往复从动件往复移动移动摆动摆动 （连续或间歇）（连续或间歇）(转动、移动）转动、移动）可实现从动件任意预定的运动规律，且机构简单、紧凑可实现从动件任

4、意预定的运动规律，且机构简单、紧凑比压较大，易于磨损。比压较大，易于磨损。一般仅用于传递功率不大的场合一般仅用于传递功率不大的场合凸轮的加工制造较复杂凸轮的加工制造较复杂另外：由于受凸轮尺寸的限制，另外：由于受凸轮尺寸的限制，凸轮也不适合用于从凸轮也不适合用于从 动件工作行程较大的地方动件工作行程较大的地方Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:4-14-1凸轮机构的应用和分类凸轮机

5、构的应用和分类一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用O1凸轮凸轮1从动件从动件2机架机架31Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:N

6、anjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:3 3Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:O1123456789101112O2O3粉料压片机粉料压片机机构系统图机构系统图13型

7、腔型腔（料斗料斗）（上冲头）（上冲头）（下冲头）（下冲头）（1）移动料斗）移动料斗4至型腔上方，并使料斗振至型腔上方，并使料斗振 动，将粉料装入型腔。动，将粉料装入型腔。（2）下冲头）下冲头6下沉，以防止上冲头下沉，以防止上冲头12下压下压 时将型腔内粉料抖出。时将型腔内粉料抖出。（3）上、下冲头对粉料加压，并保压一）上、下冲头对粉料加压，并保压一 定时间。定时间。（4）上冲头退出，下冲头顶出药片。）上冲头退出，下冲头顶出药片。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical

8、 and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:自动机床凸轮机构Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类（一）按凸轮的形状分一）按凸轮的形状分Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical

9、and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail: 圆柱凸

10、轮圆柱凸轮：a.在圆柱面上开有曲线凹槽在圆柱面上开有曲线凹槽 b.圆柱体端面上做出曲线轮廓圆柱体端面上做出曲线轮廓盘形盘形移动移动凸轮凸轮 平面凸轮平面凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮 空间凸轮空间凸轮 移动凸轮：回转中心移动凸轮：回转中心 无穷远无穷远盘状凸轮：（简单，广泛，行程较小）盘状凸轮：（简单，广泛，行程较小）Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类

11、（一）按凸轮的形状分一）按凸轮的形状分（二）按从动件上高副元素的几何形状分（二）按从动件上高副元素的几何形状分尖顶从动件尖顶从动件滚子滚子从动件从动件平底平底从动件从动件 Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:（三）（三）按从动件的运动分按从动件的运动分摆动从动件摆动从动件移动从动件移动从动件偏置偏置移动从动件移动从动件对心对心移动从动件移动从动件二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分

12、类（一）按凸轮的形状分：一）按凸轮的形状分：（二）按从动件上高副元素的几何形状分：（二）按从动件上高副元素的几何形状分：Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作

13、/讲解：陈燕 E-mail:第四章第四章 凸轮机构凸轮机构4-14-1凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类4-24-2从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律4-34-3盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计4-44-4凸轮机构设计的注意事项凸轮机构设计的注意事项Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律一、一、凸轮机构

14、的工作原理凸轮机构的工作原理二、二、凸轮机构从动件的常用运动规律凸轮机构从动件的常用运动规律Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:一、一、凸轮机构的工作原理凸轮机构的工作原理sCDh行程行程推程运动角推程运动角远休止角远休止角回程运动角回程运动角近休止角近休止角BosDrbeABC凸轮的基圆凸轮的基圆该位置为初始位置该位置为初始位置Nanjing University of Aer

15、onautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:摆动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构AO1O2B1B从动件摆角从动件摆角推程运动角推程运动角CD远休止角远休止角回程运动角回程运动角近休止角近休止角oB最大摆角最大摆角最大摆角最大摆角摆角Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engi

16、neering制作/讲解：陈燕 E-mail:从动件的运动规律：从动件的运动规律：从动件在运动过程中，其位移从动件在运动过程中，其位移(S)、速速度度(V)、加速度加速度(a)随时间变化的规律。随时间变化的规律。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:二、二、凸轮机构从动件的常用运动规律凸轮机构从动件的常用运动规律 主动件凸轮一般作匀速转动（角速度为主动件凸轮一般作匀速转动（角速度为

17、 ），从动件的），从动件的 运动规律的数学方程式为运动规律的数学方程式为位移位移速度速度dtdsv=加速度加速度dtdva=Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:等速运动规律等速运动规律hv 从动件在运动起始位置和从动件在运动起始位置和终止两瞬时的加速度在理论上终止两瞬时的加速度在理论上由零值突变为无穷大，惯性力由零值突变为无穷大，惯性力也为无穷大。由此的冲击称为也为无穷大。由此的

18、冲击称为刚性冲击。适用于低速场合。刚性冲击。适用于低速场合。OStOvtOatNanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律149410 在运动规律推程的始在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处，末点和前后半程的交接处，加速度发生有限值的突变，加速度发生有限值的突变，产生一定的惯性力，引起产生一定的惯性力，引起冲击。由此引起的冲击称冲击。由此引起的

19、冲击称为柔性冲击。适用于中速、为柔性冲击。适用于中速、轻载。轻载。h1423560st0vvmaxt0amax-amaxatNanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:1234560 s1 23456hvmaxa1 2 3456amax-amaxv1 23456s余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律该运动规律在推程的开始和终该运动规律在推程的开始和终止瞬时，从动件的加速度仍有止瞬时，从动

20、件的加速度仍有突变，故存在柔性冲击。适用突变，故存在柔性冲击。适用于于 中、低中、低速场合。速场合。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:运动规律总结运动规律总结运动规律运动规律 冲击特性冲击特性 适用场合适用场合等速等速 刚性刚性 低速轻载低速轻载等加等减速等加等减速 柔性柔性 中速轻载中速轻载余弦余弦 柔性柔性 中速中载中速中载Nanjing University of Aer

21、onautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:第四章第四章 凸轮机构凸轮机构4-14-1凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类4-24-2从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律4-34-3盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计4-44-4凸轮机构设计的注意事项凸轮机构设计的注意事项Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of M

22、echanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:一、凸轮机构的设计任务一、凸轮机构的设计任务 满足凸轮机构的输出件提出的运动要求、动力满足凸轮机构的输出件提出的运动要求、动力要求等，凸轮机构的设计大致可分成以下四步：要求等，凸轮机构的设计大致可分成以下四步：（1 1）从动件运动规律的设计）从动件运动规律的设计（2 2）凸轮机构基本尺寸的设计）凸轮机构基本尺寸的设计（3 3）凸轮机构轮廓曲线的设计）凸轮机构轮廓曲线的设计（4 4）绘制凸轮机构工作图）绘制凸轮机构工作图Nanjing University of Aeronautics and

23、 Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:二、凸轮轮廓曲线的设计二、凸轮轮廓曲线的设计v已知从动件的运动规律已知从动件的运动规律s=s=s(s(t t)、v=v=v(tv(t)、a=a(ta(t)及凸轮机构的基本尺寸（如及凸轮机构的基本尺寸（如r r0 0、e e）及及转向，作出凸轮的轮廓曲线。转向，作出凸轮的轮廓曲线。图解法图解法解析法解析法1.1.直动从动件盘形凸轮轮廓的设计直动从动件盘形凸轮轮廓的设计2.2.摆动从动件盘形凸轮轮廓的设计摆动从动件盘形凸

24、轮轮廓的设计Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:rbesB0BosB1S-S-反转法原理反转法原理图解法的实质图解法的实质 假想

25、给正在运动着的整个凸假想给正在运动着的整个凸轮机构加上一个与凸轮角速度轮机构加上一个与凸轮角速度 大小相等、方向相反的公共角速大小相等、方向相反的公共角速度（度（-），这样，各构件的相对），这样，各构件的相对运动关系并不改变，但原来以运动关系并不改变，但原来以角角速度速度 转动的凸轮将处于静止状转动的凸轮将处于静止状态；机架（从动件的导路）则以态；机架（从动件的导路）则以（-）的角速度围绕凸轮原来）的角速度围绕凸轮原来的转动轴线转动；而从动件一方的转动轴线转动；而从动件一方面随机架转动，另一方面又按照面随机架转动，另一方面又按照给定的运动规律相对机架作往复给定的运动规律相对机架作往复运动。运动

26、。Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:-rbOoS1801206012 3 4 5 67 8 910h18060120c7c8c9c10B1B3B4B5B8B6B10B7B2B9c0c1c2c3c5c4c6（1）按已设计好的运动规律作出按已设计好的运动规律作出 位移线图；位移线图；（2）按基本按基本 尺寸作出凸轮机构的尺寸作出凸轮机构的 初始位置；初始位置；（4）在各反转导路线上

27、量取与位移在各反转导路线上量取与位移 图相应的位移，得图相应的位移，得B1、B2、等点，即为凸轮轮廓上的点。等点，即为凸轮轮廓上的点。（3）按按-方向划分基圆得方向划分基圆得c0、c1、c2等点；即得机架等点；即得机架 反转的一系列位置；反转的一系列位置；尖顶尖顶对心对心直动从动件盘形直动从动件盘形凸轮凸轮Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:（1）按已设计好的运动规律作出按已设计

28、好的运动规律作出 位移线图；位移线图；-（2）按基本按基本 尺寸作出凸轮机构的尺寸作出凸轮机构的 初始位置；初始位置；（3）按按-方向划分方向划分偏距圆偏距圆得得 c0、c1、c2等点；并过这等点；并过这 些点作些点作 偏距圆偏距圆的切线，即为反转导路线；的切线，即为反转导路线；c1c2c3c4c5c6c7c0erbO180B1B3B4B2B5B8（4）在各反转导路线上量取与位移在各反转导路线上量取与位移 图相应的位移，得图相应的位移，得B1、B2、等点，即为凸轮轮廓上的点。等点，即为凸轮轮廓上的点。oS1801206012 3 4 5 67 8 910hB6c10c8c9B7120B9B10

29、60B0偏置偏置直动从动件盘形凸轮直动从动件盘形凸轮Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:平底平底直动从动件盘形凸轮直动从动件盘形凸轮-sO180120601 2 3 4 5 67891021180120平底凸轮机构Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical

30、 and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:摆动从动件的盘型凸轮摆动从动件的盘型凸轮18012060o12 3 4 5 67 8 910（1）作出角位移线图；作出角位移线图；（2）作初始位置；作初始位置；（4）找从动件反转后的一系找从动件反转后的一系列位置，列位置，得得 C1、C2、等点，即为凸轮轮廓上的点。等点，即为凸轮轮廓上的点。A1A2A3A5A6A7A8A9A10A40000000000（3）按按-方向划分圆方向划分圆R得得A0、A1、A2等点；即得机架等点；即得机架 反转的一系列位置；反转的一系列位置；0rbB0L18060120B1B2B3

31、B4B5B6B7B8B9B101C12C23C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:滚子滚子直动从动件盘形凸轮直动从动件盘形凸轮xyrbB0理论轮廓曲线理论轮廓曲线实际轮廓曲线实际轮廓曲线（1）求出滚子中心在固定坐标系求出滚子中心在固定坐标系oxy中的轨迹中的轨迹（称为理论轮廓称为理论轮廓）；）；（2）再求滚子从动件凸轮的工作再求滚子从动

32、件凸轮的工作轮廓曲线（轮廓曲线（称为实际轮廓曲线称为实际轮廓曲线）。）。rr注意：注意：（1）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；（2）凸轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的最小向径。）凸轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的最小向径。CMECMENanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:第四章第四章 凸轮机构凸轮机构4-14-1凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类

33、4-24-2从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律4-34-3盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计4-44-4凸轮机构设计的注意事项凸轮机构设计的注意事项Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:ttnnA21ov2s2r0rFFxFy压力角的定义压力角的定义?F Ff fNanjing University of Aeronautics and Astronautics南京

34、航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:ttnnA21ov2s2r0rFFxFy研究压力角的意义研究压力角的意义?F Ff fNanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail: 滚子半径的确定滚子半径的确定 minbminmin bmin=min-rrrr minrr min=rrmi

35、nrr minrr为为避免运动失真，避免运动失真，bmin=min-rr 3mm建议：rr0.8min，或rr 0.4rbNanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail: 滚子半径的确定滚子半径的确定Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:本章小结：本章小结：4-14-1凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类4-24-2从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律4-34-3盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计4-44-4凸轮机构设计的注意事项凸轮机构设计的注意事项Nanjing University of Aeronautics and Astronautics南京航空航天大学 机电学院College of Mechanical and Electrical Engineering制作/讲解：陈燕 E-mail:Thank you!