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1、机械原理第六章凸轮机构第1页，本讲稿共56页6.1 6.1 凸轮机构的特点及类型凸轮机构的特点及类型6.2 6.2 凸轮机构的运动形式和从动件的运动规律凸轮机构的运动形式和从动件的运动规律6.3 6.3 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计6.4 6.4 凸轮机构设计中的几个基本问题凸轮机构设计中的几个基本问题本章目录本章目录第2页，本讲稿共56页1基本概念及参数基本概念及参数2.从动件常用运动规律的特点及适用场合从动件常用运动规律的特点及适用场合3反转法的基本原理反转法的基本原理4盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计5凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定本章重点本章重点:本章难点
2、本章难点:反转法反转法不仅是凸轮机构设计的基本方法，而且不仅是凸轮机构设计的基本方法，而且是凸轮机构分析常用的方法。是凸轮机构分析常用的方法。第3页，本讲稿共56页6.1.16.1.1凸轮机构凸轮机构的特点的特点从动件从动件凸轮凸轮机架机架(1)(1)结构简单、紧凑；结构简单、紧凑；(2)(2)能使从动件实现各种复能使从动件实现各种复 杂的运动规律；杂的运动规律；(3)(3)高副接触，易磨损，常高副接触，易磨损，常 用于传力不大的场合。用于传力不大的场合。6.1 6.1 凸轮机构的特点及类型凸轮机构的特点及类型第4页，本讲稿共56页绕线机构绕线机构应用应用第5页，本讲稿共56页内燃机内燃机凸轮
3、机构凸轮机构第6页，本讲稿共56页6.1.2 6.1.2 凸轮机构的类型凸轮机构的类型按凸轮的形状分按凸轮的形状分按从动件形状分按从动件形状分按保持接触的方式分按保持接触的方式分尖顶尖顶平底平底滚子滚子力锁合力锁合几何锁合几何锁合盘形凸轮盘形凸轮圆柱形凸轮圆柱形凸轮移动凸轮移动凸轮按从动件运动方式分按从动件运动方式分直动直动摆动摆动第7页，本讲稿共56页盘形凸轮盘形凸轮 尖顶从动件尖顶从动件盘形凸轮盘形凸轮滚子从动件滚子从动件盘形凸轮盘形凸轮平底从动件盘平底从动件盘形凸轮形凸轮摆动从动件盘摆动从动件盘形凸轮形凸轮第8页，本讲稿共56页移动凸轮移动凸轮第9页，本讲稿共56页圆柱凸轮圆柱凸轮圆柱凸
4、轮圆柱凸轮圆柱端面凸轮圆柱端面凸轮第10页，本讲稿共56页按从动件的形状和运动方式分按从动件的形状和运动方式分尖顶直动（摆动）从动尖顶直动（摆动）从动件盘形凸轮机构件盘形凸轮机构平底直动（摆动）从动平底直动（摆动）从动件件盘形盘形凸轮机构凸轮机构滚子直动（摆动）从动滚子直动（摆动）从动件件盘形盘形凸轮机构凸轮机构第11页，本讲稿共56页力锁合凸轮力锁合凸轮配气机构配气机构绕线机构绕线机构第12页，本讲稿共56页几何锁合凸轮几何锁合凸轮槽形凸轮槽形凸轮等径凸轮等径凸轮第13页，本讲稿共56页凸轮机构的命名凸轮机构的命名凸轮的形状凸轮的形状-从动件形状从动件形状-尖顶、尖顶、平底平底滚子、滚子、盘
5、形凸轮、盘形凸轮、圆柱形凸轮圆柱形凸轮移动凸轮移动凸轮 从动件运动方式从动件运动方式-直动、直动、摆动摆动命名原则：命名原则：从动件从动件+凸轮机构凸轮机构运动运动形状形状形状形状第14页，本讲稿共56页直动尖顶从动直动尖顶从动件盘形凸轮件盘形凸轮直动直动滚子从动滚子从动件盘形凸轮件盘形凸轮直动直动平底从动件平底从动件盘形凸轮盘形凸轮摆动摆动平底平底从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮第15页，本讲稿共56页6.2 6.2 凸轮机构的运动形式和从动件的运动规律凸轮机构的运动形式和从动件的运动规律直动尖顶从动件盘形直动尖顶从动件盘形凸轮机构凸轮机构一、基本概念：一、基本概念：oor01.基圆基圆r0偏置
6、偏置对心对心e第16页，本讲稿共56页or0ABBCD直动滚子从动件盘形凸轮机构直动滚子从动件盘形凸轮机构理论廓线理论廓线基圆？基圆？基圆基圆实际廓线实际廓线特别注意特别注意第17页，本讲稿共56页 00ot s1.基圆基圆推程运动角推程运动角:0=AOB2.推程推程4.远休止角远休止角:s=BOC回程运动角：回程运动角：0=COD5.回程回程6.近休止角近休止角:s=DOA3.行程行程:hh AssssDBCB007.从动件位移曲线从动件位移曲线一、基本概念：一、基本概念：OAD、BC段都是以段都是以O为圆心的圆弧为圆心的圆弧第18页，本讲稿共56页凸轮机构的运动形式：凸轮机构的运动形式：二
7、、凸轮机构的运动形式二、凸轮机构的运动形式 00ot sh AssssDBCB00s-曲线曲线第19页，本讲稿共56页三、从动件的基本运动规律三、从动件的基本运动规律推程运动线图推程运动线图第20页，本讲稿共56页推程运动线图推程运动线图回程运动线图回程运动线图相同的运动规律相同的运动规律00s0hsr第21页，本讲稿共56页1.等速运动规律等速运动规律无穷大的惯无穷大的惯性力性力 h速度突变产生速度突变产生刚性冲击刚性冲击，适，适用于极低速场合。用于极低速场合。强烈的冲强烈的冲击击特点：特点：第22页，本讲稿共56页2.等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律等减速段已知条件：已知条件：时，
8、时，h第23页，本讲稿共56页h起始、中间、终起始、中间、终止位置止位置等减速段等减速段等加速段等加速段加速度加速度突变突变柔性柔性冲击冲击适用于中速场合。适用于中速场合。2.等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律特点：特点：第24页，本讲稿共56页3.简谐运动规律简谐运动规律余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律 h起始、终起始、终止位置止位置加速度加速度突变突变柔性柔性冲击冲击适用于中速场合。适用于中速场合。用于无休止用于无休止运动形式运动形式无冲击无冲击适用于高适用于高速场合。速场合。特点：特点：第25页，本讲稿共56页4.正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律这种运动规律没有冲击这种运动
9、规律没有冲击适用于高速场合适用于高速场合。h特点：特点：第26页，本讲稿共56页5.五项多项式运动规律五项多项式运动规律这种运动规律没有冲击这种运动规律没有冲击适用于高速场合适用于高速场合。特点：特点：第27页，本讲稿共56页从动件运动规律的确定方法从动件运动规律的确定方法完全由工艺动作要求决定完全由工艺动作要求决定已知凸轮的转角，运动规律可选择。已知凸轮的转角，运动规律可选择。注意：速度突变及加速度突变会产生冲击注意：速度突变及加速度突变会产生冲击第28页，本讲稿共56页6.3 6.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计设计凸轮机构的步骤：设计凸轮机构的步骤：1.确定凸轮机构的类型确定凸轮
10、机构的类型2.选择从动件的运动规律选择从动件的运动规律3.确定凸轮机构的基本尺寸确定凸轮机构的基本尺寸4.设计凸轮轮廓设计凸轮轮廓第29页，本讲稿共56页一、凸轮轮廓曲线的设计的图解法一、凸轮轮廓曲线的设计的图解法基本方法：基本方法：反转法反转法依据：相对运动原理依据：相对运动原理基本思想：设想给整个机构加上一个与基本思想：设想给整个机构加上一个与凸轮角速度凸轮角速度大小相等方向相反的转动，大小相等方向相反的转动，此时凸轮静止不动，而从动件一方面随机此时凸轮静止不动，而从动件一方面随机架相对凸轮以架相对凸轮以-的角速度绕凸轮轴转动，的角速度绕凸轮轴转动，另一方面又以原有运动规律相对机架运另一方
11、面又以原有运动规律相对机架运动。动。O -311231 121 123第30页，本讲稿共56页1234 6012090901 2 3 456 78s 578660r0120-12 3 45679090A432187651.1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮对心直动尖顶从动件盘形凸轮已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r r0 0，角速度，角速度 和从动件的运和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤设计步骤:作基圆作基圆r r0 0和从动件的初始位置；和从动件的初始位置；在基圆上在基圆上反向反向对应对应等分各运动角，等分各运动角，得到一系列与基圆的交点。得到一系列
12、与基圆的交点。过各交点作从动件导路线过各交点作从动件导路线，并从基圆向外截取从动件相应位移量，即，并从基圆向外截取从动件相应位移量，即11=11 得到得到反转后从动件尖顶的一系列位置。反转后从动件尖顶的一系列位置。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。直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 将位移曲线的推程和回程运动角等分；将位移曲线的推程和回程运动角等分；第31页，本讲稿共56页1234 6012090901 2 3 45678s 578660r0120-12 3 45679090A432187652.2.对心直动滚子从动件盘形凸轮对心直动滚子从动件盘
13、形凸轮已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r r0 0，滚子半径，滚子半径r rT T ，角速度，角速度 和从动和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤设计步骤:按照上述方法作出的是反转过程中滚子中心按照上述方法作出的是反转过程中滚子中心B的运动轨迹的运动轨迹理论廓线理论廓线；然后在理论廓线上作一系列的滚子圆，再作此圆族的内包络线然后在理论廓线上作一系列的滚子圆，再作此圆族的内包络线实际廓线实际廓线。直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓实际轮廓实际轮廓第32页，本讲稿共56页911 13 151 3
14、5 7 813578911131214 601209090s2 O OeA A-6123457815141312111091514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k83 3 偏置直动偏置直动尖顶尖顶从动件盘形凸轮从动件盘形凸轮已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r r0 0，角速度，角速度 和从动件的运和从动件的运动规律和偏心距动规律和偏心距e e，设计该凸轮轮廓曲线。，设计该凸轮轮廓曲线。直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制滚子滚子注意：与前不同的是注意：与前不同的是过各等分点作过各等分点作偏距圆的一系
15、列切线，即是从动件偏距圆的一系列切线，即是从动件导路在反转过程中的一系列位置线。导路在反转过程中的一系列位置线。第33页，本讲稿共56页4 4 直动平底从动件盘形凸轮轮廓的绘制直动平底从动件盘形凸轮轮廓的绘制第34页，本讲稿共56页-直动平底从动件盘形凸轮轮廓的绘制直动平底从动件盘形凸轮轮廓的绘制实际廓线实际廓线第35页，本讲稿共56页平面回转变换矩阵平面回转变换矩阵xyr二、凸轮轮廓曲线的设计的解析法二、凸轮轮廓曲线的设计的解析法o平面回转变换矩阵平面回转变换矩阵第36页，本讲稿共56页直动滚子从动件盘形凸轮直动滚子从动件盘形凸轮xyoB0B理论廓线理论廓线实际廓线实际廓线刀具中心轨迹刀具中
16、心轨迹第37页，本讲稿共56页eoB0BBr0es理论廓线理论廓线直动滚子从动件盘形凸轮机构直动滚子从动件盘形凸轮机构xys0已知已知r0,e,s=s(),求求B点坐标点坐标B点坐标：B0点坐标：oB点坐标(x,y)：第38页，本讲稿共56页实际廓线（工作廓线）实际廓线（工作廓线）xyB0BBr0ess0Bk理论廓线理论廓线实际廓线实际廓线第39页，本讲稿共56页刀具中心轨迹（刀具中心轨迹（C点坐标）点坐标）rT刀具中心轨迹刀具中心轨迹C理论廓线理论廓线实际廓线实际廓线kCrCrTBBK第40页，本讲稿共56页6.4 6.4 凸轮机构设计中的几个基本问题凸轮机构设计中的几个基本问题从动件运动规
17、律的确定方法从动件运动规律的确定方法压力角和自锁压力角和自锁凸轮廓线曲率半径和运动失真凸轮廓线曲率半径和运动失真凸轮机构基本尺寸确定凸轮机构基本尺寸确定第41页，本讲稿共56页6.4.2 凸轮机构的压力角和自锁凸轮机构的压力角和自锁直动从动件直动从动件从动件所受力的方向与力作用点从动件所受力的方向与力作用点的速度方向所夹的锐角称为的速度方向所夹的锐角称为压力压力角角 。s0sOCPBeFv与与r0,e,s有关，且有关，且r0越大越大 越小越小瞬心瞬心r0第42页，本讲稿共56页eOCPBs0seOCPBs0s压力角增大压力角增大偏心距偏心距e的确定的确定第43页，本讲稿共56页s0socpBe
18、凸轮顺时针方向转动，凸轮顺时针方向转动，从动件应偏置于凸轮轴从动件应偏置于凸轮轴心左侧；凸轮作逆时针心左侧；凸轮作逆时针方向转动，从动件应偏方向转动，从动件应偏置于凸轮轴心的右侧。置于凸轮轴心的右侧。否则会增大推程压力角否则会增大推程压力角 e左顺右逆左顺右逆偏心距偏心距e的确定的确定第44页，本讲稿共56页摆动从动件摆动从动件OBFv第45页，本讲稿共56页6.4.3 凸轮廓线曲率半径和运动失真凸轮廓线曲率半径和运动失真曲率半径曲率半径轮廓外凸轮廓外凸轮廓内凹轮廓内凹第46页，本讲稿共56页a工作轮廓的曲率半径，工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，rT滚子半径滚子半径
19、rT arT rT arT 轮廓正常轮廓正常外凸外凸rT对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：rT min滚子从动件盘形凸轮机构滚子从动件盘形凸轮机构运动失真运动失真第47页，本讲稿共56页当当 时，实际廓线干涉或变尖，导致运动失真时，实际廓线干涉或变尖，导致运动失真。对于外凸的滚子从动件盘形凸轮机构：对于外凸的滚子从动件盘形凸轮机构：对于平底从动件盘形凸轮机构：对于平底从动件盘形凸轮机构：凸轮轮廓不应有内凹，即凸轮轮廓不应有内凹，即第48页，本讲稿共56页(1)基圆半径基圆半径r0的确定的确定r0过小过小:r0过大过大:r0选取的原则：在保证压力角不大和不产
20、生运动选取的原则：在保证压力角不大和不产生运动失真的前提下，尽量取小值。失真的前提下，尽量取小值。6.4.4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定压力角增大，且可能会运动失真压力角增大，且可能会运动失真结构不紧凑结构不紧凑第49页，本讲稿共56页(2)(2)滚子半径滚子半径rT的确定的确定可画出正常的可画出正常的实际廓线实际廓线实际廓线变尖实际廓线变尖实际廓线干涉，实际廓线干涉，导致运动失真导致运动失真第50页，本讲稿共56页B B”O(3)(3)平底长度平底长度 的确定的确定 P第51页，本讲稿共56页例用例用CAI软件绘制凸轮轮廓软件绘制凸轮轮廓第52页，本讲稿共56页作业作业P1
21、00:6-2 6-4（无需计算，只要求将各参（无需计算，只要求将各参数标在图中）数标在图中）第53页，本讲稿共56页图图示示为为盘盘形形凸凸轮轮机机构构，已已知知凸凸轮轮为为一一以以C为为中中心的偏心圆盘，要求回答下列问题：心的偏心圆盘，要求回答下列问题：1确定凸轮的合理转向；确定凸轮的合理转向；2画出凸轮的基圆，标出基圆半径画出凸轮的基圆，标出基圆半径r0；3标出图示位置时机构的压力角标出图示位置时机构的压力角 ；4标出行程标出行程h；练习题练习题21OC第54页，本讲稿共56页图图示示为为盘盘形形凸凸轮轮机机构构，已已知知凸凸轮轮为为一一以以C为为中中心心的的偏偏心心圆圆盘盘（圆圆盘盘半半
22、径径为为20mm,偏偏距距e=8mm），要求回答下列问题：要求回答下列问题：1确定凸轮的合理转向；确定凸轮的合理转向；2画出凸轮的基圆，标出基圆半径画出凸轮的基圆，标出基圆半径r0；3标出图示位置时从动件的位移标出图示位置时从动件的位移s；4标出行程标出行程h；5.标标出出从从动动件件从从图图示示位位置置到到滚滚子子与与凸凸轮轮轮轮廓廓上上的的D点点接接触触时时，凸凸轮轮转转过过的的角角度度以以及及此此时时机机构构的压力角的压力角 。6.若若凸凸轮轮的的回回转转中中心心向向右右移移动动15mm，传传力性能是否变化，为什么力性能是否变化，为什么?练习题练习题21OCD第55页，本讲稿共56页上一页上一页分目录分目录第56页，本讲稿共56页