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1、33 1 1 凸轮机构的应用及其分类凸轮机构的应用及其分类33 2 2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律 33 3 3 盘形凸轮机构基本尺寸的确定盘形凸轮机构基本尺寸的确定 33 4 4 根据预定运动规律设计根据预定运动规律设计盘形凸轮轮廓曲线盘形凸轮轮廓曲线 33 5 5 空间凸轮机构简介空间凸轮机构简介 33 6 6 凸轮机构的结构设计凸轮机构的结构设计 第1页/共54页一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类三凸轮机构的工作原理三凸轮机构的工作原理四、凸轮机构的设计任务四、凸轮机构的设计任务 33 1 1凸轮机构的应凸轮机构的应用及分类用及分类第2页/
2、共54页1 1、凸轮机构：、凸轮机构：凸凸轮是一个具有曲轮是一个具有曲线轮廓的构件。线轮廓的构件。含有凸轮的机构含有凸轮的机构称为凸轮机构。称为凸轮机构。它由它由凸轮凸轮、从动从动件件和和机架机架组成。组成。一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用第3页/共54页2 2、凸轮机构的应用、凸轮机构的应用 内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构第4页/共54页进刀凸轮机构进刀凸轮机构第5页/共54页冲压机第6页/共54页凸轮机构的优点：凸轮机构的优点：只需确定适当的凸轮轮廓曲线，只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实现从动件复杂的运动规律；即可实现从动件复杂的运动规律；结构简单，运动可靠。结构简单，运动可靠
3、。缺点：缺点：从动件与凸轮接触应力大，从动件与凸轮接触应力大，易磨损易磨损用途：用途：载荷较小的运动控制载荷较小的运动控制第7页/共54页一）按凸轮的形状分1、盘形凸轮 2、移动凸轮 3、圆柱凸轮4、圆锥凸轮二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类第8页/共54页 1、尖顶从动件 2、滚子从动件 3、平底从动件二）按从动件上高副元素的几何形状分第9页/共54页三）、按凸轮与从动件的锁合方式分1、力锁合的凸轮机构2、形锁合的凸轮机构1）沟槽凸轮机构2）等宽凸轮机构3）等径凸轮机构4）主回凸轮机构第10页/共54页四）、根据从动件的运动形式分摆动从动件凸轮机构 （对心、偏置）移动从动件凸轮机构第11页
4、/共54页h三、凸轮机构的工作原理三、凸轮机构的工作原理S(A)BCD(,S)S ShSAB O eCDBOrb 基圆推程运动角远休止角近休止角回程运动角摆摆动动从从动动件件凸凸轮轮机机构构ABCDO1O2aB1rb maxl第12页/共54页S h()(max)四、凸轮机构的设计任务四、凸轮机构的设计任务3）凸轮机构曲线轮廓的设计4）绘制凸轮机构工作图1）从动件运动规律的设计2）凸轮机构基本尺寸的设计移动从动件：基圆半径rb，偏心距e;摆动从动件：基圆半径rb，凸轮转动中心到从动件摆动中心的距离a及摆杆的长度l;滚子从动件：除上述外，还有滚子半径rr。平底从动件：除上述外，平底长度L。O1O
5、2a lO1 erbrb第13页/共54页3232从动件常用从动件常用运动规律运动规律 一、基本运动规律一、基本运动规律二、组合运动规律简介二、组合运动规律简介三、从动件运动规律设计三、从动件运动规律设计 第14页/共54页升停回停型(RDRD)升回停型(RRD)升停回型(RDR)升回型(RR)运动循环的类型S()S()S()S()第15页/共54页从动件的运动规律的数学方程式为从动件的运动规律的数学方程式为位移速度加速度跃动度类速度类加速度类跃动度第16页/共54页一、基本运动规律一、基本运动规律a=2(2c2+6c3 +12c4 2+n(n-1)cn n-2)j=3(6c3+24c4 +n
6、(n-1)(n-2)cn n-3)，式中，为凸轮的转角（rad）；c0，c1，c2，为n+1个待定系数。1、n=1的运动规律=0,s=0;=,s=h.s=c0+c1 v=c1 a=0（一）多项式运动规律s=c0+c1 +c2 2+c3 3+cn nv=(c1+2c2 +3c3 2+ncn n-1)第17页/共54页等速运动规律 0aa=02、n=2的运动规律 0sh 0vv 0j 0vvmax 0shamax 0a-amax等加速等减速运动规律刚性冲击刚性冲击柔性冲击柔性冲击柔性冲击柔性冲击增加多项式的幂次，可获得性增加多项式的幂次，可获得性能良好的运动规律能良好的运动规律第18页/共54页
7、svaj 0000（二）余弦加速度规律 柔性冲击柔性冲击第19页/共54页（三）正弦加速度规律v 0 aj00 s 0h第20页/共54页运动规律组合应遵循的原则：1、对于中、低速运动的 凸轮机构，要求从动件的 位移曲线在衔接处相切，以保证速度曲线的连续。2、对于中、高速运动的凸轮机构，则还要求从动件的 速度曲线在衔接处相切，以保证加速度曲线的连续。二、组合运动规律简介二、组合运动规律简介 第21页/共54页 a O ABCDEFO梯形加速度运动规律a 改进型等速运动规律 0 0aa=0v 0sh第22页/共54页从动件常用基本运动规律特性等速 1.0 刚性低速轻载等加速等减速 2.0 4.0
8、0柔性中速轻载余弦加速度 1.57 4.93柔性中速中载正弦加速度 2.00 6.28 无高速轻载运动规律 vmax(h/)amax冲击特性 适用范围(h 2/2)三、从动件运动规律设计：三、从动件运动规律设计：1、从动件的最大速度vmax要尽量小；2、从动件的最大加速度amax要尽量小；3、从动件的最大跃动度jmax要尽量小。第23页/共54页333 3 盘形凸轮机构基本尺寸的确定盘形凸轮机构基本尺寸的确定 一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 第24页/共54页一、移动从动件盘形凸
9、轮机构的基本尺寸一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸的设计的设计，即移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸ttOPnnAeSS0v2Crrb 1123P13P23压力角 ttOPnAeC 1n(P13)P23瞬心第25页/共54页1、偏距e的大小和偏置方位的选择原则应有利于减小从动件工作行程时的最大压力角。为此应使从动件在工作行程中，点C和点P位于凸轮回转中心O的同侧，此时凸轮上C点的线速度指向与从动件工作行程的线速度指向相同。偏距不宜取得太大，一般可近似取为：第26页/共54页2、凸轮基圆半径的确定加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力1）机构受力不大，要求机构紧凑2）机构受力较大，对其尺寸又没有
10、严格的限制根据实际轮廓的最小向径rm确定基圆半径rb，校核压力角根据结构和强度确定基圆半径rsrhrm第27页/共54页二、摆动从动件盘形凸轮机构的基二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸本尺寸整理得，1 与 2同向凸轮的转向 1 与从动件的转向 2相反nO1PKO2rb 1 2Bn 0+v2Lanv2O1PKO2rb 2 1B ttanL 0+1、摆动从动件盘形凸轮机构的压力角与从动件的运动规律、摆杆长度、基圆半径及中心距有关。LO1PLO2PLO2PLO2PLO2PLLL-=2、在运动规律和 基本尺寸相同的情况下，1 与 2异向，会减小摆动从动件盘形凸轮机构的压力角。第28页/共54页34
11、34 根据预定运动规律设根据预定运动规律设计盘形凸轮轮廓曲线计盘形凸轮轮廓曲线一、图解法设计盘形凸轮机构一、图解法设计盘形凸轮机构二、解析法设计盘形凸轮机构二、解析法设计盘形凸轮机构第29页/共54页一、盘形凸轮机构的设计一、盘形凸轮机构的设计 图解法图解法（1）尖顶移动从动件盘形凸轮机构尖顶移动从动件盘形凸轮机构（2）滚子移动从动件盘形凸轮机构）滚子移动从动件盘形凸轮机构（3）尖顶摆动从动件盘形凸轮机构）尖顶摆动从动件盘形凸轮机构第30页/共54页凸轮轮廓曲线设计的基本原理凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）（反转法）2 S 1123s1s2hOrb-1 1s122s233h1 1s1第31
12、页/共54页偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）（反转法）2 S 1123s1s2hOrb-3321 1s2s1h 112es1s2第32页/共54页偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）（反转法）2 S 1123s1s2h-11 11s1Orb es22h3Fv s1 1已知：S=S（），rb，e，第33页/共54页偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）（反转法）2 S 1123s1s2h-11 11s1Orb es22h3已知：S=S（），rb，e，rr第34页/共54页摆动从动件盘形凸轮机构
13、摆动从动件盘形凸轮机构 S S 91122334455667788 2-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C7 1 0已知：=（），rb，L，a，A0B0 0O S S A1A2A3A4A5A9A8A7A6B1 1C9B9第35页/共54页二、盘形凸轮机构的设计二、盘形凸轮机构的设计 解析法解析法（1）尖顶移动从动件盘形凸轮机构）尖顶移动从动件盘形凸轮机构（2）尖顶摆动从动件盘形凸轮机构）尖顶摆动从动件盘形凸轮机构（3）滚子移动从动件盘形凸轮机构）滚子移动从动件盘形凸轮机构（4）平底移动从动件盘形凸轮机构）平底移动从动件盘形凸轮机构第36页/共54页（1）尖顶从动件盘
14、形凸轮机构的设计尖顶从动件盘形凸轮机构的设计x 2 S SOB1eSS0rby-BC0CB0 尖顶移动从动件凸轮轮廓的求法第37页/共54页尖顶从动件盘形凸轮机构xOB1eSS0rby-BC0CB0 平面旋转矩阵平面旋转矩阵第38页/共54页注意：1）若从动件导路相对于凸轮回转中心的偏置方向与x方向同向，则e0,反之e0，反之 0，反之 0y 0 B0B1BrbAx-OaL第40页/共54页（3）滚子从动件盘形凸轮机构的设计OnnB0Brb yx rrCCC BCrrrrrm a、轮廓曲线的设计第41页/共54页 b、刀具中心轨迹方程砂轮滚子rrrcrc-rr c钼丝滚子rrrcrr-rc c
15、上式中用|rc-rr|代替rr即得刀具中心轨迹方程第42页/共54页 c、滚子半径的确定当rr min时，实际轮廓为一光滑曲线。当rr=min时，实际轮廓将出现尖点，极易磨损，会引起运动失真。rr bmin minrr 0rr=min min bmin=min-rr=0rr第43页/共54页当rr min时，实际轮廓将出现交叉现象，会引起运动失真。rr bmin min bmin=min+rr 0内凹的轮廓曲线不存在失真。minrrrr min bmin=min-rr 0 bmin=min-rr 3 mm，rr min-3 mm rr 0.8 min rr 0.4rb 或一般第44页/共54页
16、1、轮廓曲线的设计（4）平底移动从动件盘形凸轮机构的设计）平底移动从动件盘形凸轮机构的设计v223OPB1SS0rrb 1B-yx第45页/共54页(1)基本尺寸的确定L=Lmax+Lmax+(410)mmLmax=(OP)max=(ds/d)maxL为平底总长，L max和L max为平底与凸轮接触点到从动件导路中心线的左、右两侧 的最远距离。5432112345rbrb（2）凸轮轮廓的向径不能变化太快。2.平底长度的确定平底长度的确定 OA LmaxP第46页/共54页凸轮机构的计算机辅助设计使用要求选择凸轮机构的类型设计从动件的运动规律确定基本尺寸建立凸轮廓线方程计算机仿真评价决策第47
17、页/共54页 建立直角坐标系，以凸轮回转中心为原点，y轴与从动件导路平行，凸轮理论廓线方程为：例 一直动偏置滚子从动件凸轮机构，已知rb=50mm，rr=3mm，e=12mm，凸轮以等角速度逆时针转动，当凸轮转过=1800，从动件以等加速等减速运动规律上升h=40mm，凸轮再转过 =1500，从动件以余弦加速度运动规律下降回原处，其余 s=300，从动件静止不动。试用解析法计算 1=600，2=2400时凸轮实际廓线上点的坐标值。解：第48页/共54页从动件运动规律：回程升程第49页/共54页理论廓线上点的坐标：实际廓线上点的坐标:第50页/共54页3-5 空间凸轮机构 rrRmLS1023
18、45 6 79 08987654321 2 S S10234 5 6 79 082 RmL B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B0 v1-v1v2v21v1第51页/共54页瞬心：互作平面相对运动的两构件上在任瞬心：互作平面相对运动的两构件上在任一瞬时其相对速度为零的重合点，即作平一瞬时其相对速度为零的重合点，即作平面相对运动的两构件上在任一瞬时其绝对面相对运动的两构件上在任一瞬时其绝对速度相等的重合点。速度相等的重合点。12P1212P12P12P12高副瞬心在接触点的公法线上三心定律：三心定律：三个彼此三个彼此作平面运动的构件共作平面运动的构件共有三个瞬心，且必位有三个瞬心，且必位于同一条直线上。于同一条直线上。第52页/共54页第53页/共54页感谢您的观看！第54页/共54页