常用机构凸轮机构PPT课件

1、第七章第七章 常用机构常用机构 运动副、机构与机构运动简图运动副、机构与机构运动简图 平面连杆机构平面连杆机构 凸轮机构和螺旋机构凸轮机构和螺旋机构 间歇运动机构间歇运动机构 机构的扩展与组合机构的扩展与组合 凸轮机构应用举例凸轮机构应用举例 凸轮机构的概述凸轮机构的概述 内燃机配气机构内燃机配气机构 内燃机配气机构内燃机配气机构 凸轮机构的概述凸轮机构的概述 自动车床走刀机构自动车床走刀机构 自动车床走刀机构自动车床走刀机构 凸轮机构的概述凸轮机构的概述 冲床凸轮机构冲床凸轮机构绕线机凸轮机构绕线机凸轮机构 自动车床凸轮机构自动车床凸轮机构圆柱凸轮输送机圆柱凸轮输送机 靠模车削机构靠模车削机

2、构 靠模车削机构靠模车削机构 凸轮机构的概述凸轮机构的概述 凸轮机构凸轮机构依靠凸轮轮廓直接与从动件接触， 迫使从动件作有规律的直线往复运动（直动）或摆 动。 1凸轮 2从动件 3机架 凸轮机构示意凸轮机构示意 凸轮机构的概述凸轮机构的概述 一、凸轮机构的分类 二、凸轮机构的应用特点 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 一、凸轮机构的分类 按形状分 按从动件端部形 状和运动形式分 盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮 尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 尖顶移动从动杆盘形凸轮机构尖顶移动从动杆盘形凸轮机构 尖顶摆动从动杆盘形凸轮机构尖顶摆动从动杆盘形凸轮

3、机构 滚子移动从动杆盘形凸轮机构滚子移动从动杆盘形凸轮机构 滚子摆动从动杆盘形凸轮机构滚子摆动从动杆盘形凸轮机构 l 盘形凸轮 平底移动从动杆盘形凸轮机构平底移动从动杆盘形凸轮机构 平底摆动从动杆盘形凸轮机构平底摆动从动杆盘形凸轮机构 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 移动从动杆移动凸轮机构移动从动杆移动凸轮机构 摆动从动杆移动凸轮机构摆动从动杆移动凸轮机构 l 移动凸轮 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构 l 圆柱凸轮 自动车床走刀机构自动车床走刀机构 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 ( (二二) ) 按从动件运动副元素的形状分按从动件运动副

4、元素的形状分 尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 平底从动件平底从动件 ( (三三) ) 按从动件的运动形式分按从动件的运动形式分 摆动从动件摆动从动件移动从动件移动从动件 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 ( (四四) )按凸轮与从动件维持高副接触按凸轮与从动件维持高副接触( (封闭封闭) )的方式分的方式分 力封闭型凸轮机构力封闭型凸轮机构 弹簧力封闭弹簧力封闭重力封闭重力封闭 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 形封闭型凸轮机构形封闭型凸轮机构 凹槽凸轮机构凹槽凸轮机构等宽凸轮机构等宽凸轮机构 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分

5、类与特点 形封闭型凸轮机构形封闭型凸轮机构 等径凸轮机构等径凸轮机构共轭凸轮机构共轭凸轮机构 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 二、凸轮机构的应用特点 优点优点：结构简单紧凑，工作可靠，设计适当 的凸轮轮廓曲线，可使从动件获得任意预期的运 动规律。 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 缺点：缺点：凸轮与从动件（杆或滚子）之间以点或线 接触，不便于润滑，易磨损。 应用：应用：多用于传力不大的场合，如自动机械、仪 表、控制机构和调节机构中。 1)根据工作要求，合理地选择凸轮机构的型式。 2 )根据机构工作要求、载荷情况及凸轮转速等， 确定从动件的运动规律。 3)根据凸轮在机器中安装位

6、置的限制、从动件行 程、许用压力角及凸轮种类等，初步确定凸轮基 圆半径。 4)根据从动件的运动规律，用图解法或解析法设 计凸轮轮廓线。 5 )校核压力角及轮廓的最小曲率半径。 凸轮机构设计的基本内容与步骤凸轮机构设计的基本内容与步骤 一、凸轮机构工作过程 二、从动件常用的运动规律 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 一、凸轮机构工作过程 凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速 回转运动，从动件作往复移动 凸轮回转时，从动件作“升停降停” 的运动循环。 凸轮机构工作过程凸轮机构工作过程 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 rb h S

7、S S S D D0 B0 B s O ,t 360 基圆基圆 基圆半径基圆半径rb 推程推程 推程角推程角 升距升距h 远休远休 远休止角远休止角 s 回程回程 回程角回程角 近休近休 近休止角近休止角 s B 位移曲线 凸轮机构基本名词术语 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 二、从动件常用运动规律 位移线图 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 1等速运动规律 从动件上升（或下降）的速度为一常数。 等速运动规律等速运动规律 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 s ,t v ,t a ,t h 位移线图

8、 加速度线图 速度线图 0 a h v h s 推程推程 速度曲线不连续，机速度曲线不连续，机 构将产生构将产生刚性冲击刚性冲击。等速。等速 运动规律适用于低速轻载运动规律适用于低速轻载 场合。场合。 2等加速等减速运动规律 从动件在行程中先作等加速运动， 后作等减速运动。 等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 h 2 h 2 ,t a ,t s 4h 2 2 ,t v 2h 推程推程 2 2 2 2 2 4 4 2 h a h v h s 2 2 2 2 2 4 )( 4 )( 2 h a h v h hs 后半程后半程前

9、半程前半程 加速度曲线不连续，机构将产加速度曲线不连续，机构将产 生生柔性冲击柔性冲击。等加速等减速运动规。等加速等减速运动规 律适用于中速轻载场合。律适用于中速轻载场合。 等加速等减速运动规律位移曲线画法 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律 ,t s ,t a ,t v vmax 1.57h 推程推程 cos 2 sin 2 cos1 2 2 22h a h v h s 加速度曲线不连续，存在加速度曲线不连续，存在 柔性冲击。余弦加速度运动柔性冲击。余弦加速度运动 规律适用于中速中载场合。规律适用于中速中载场合。 h ama

10、x 4.93h 2 2 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律 速度曲线和加速度曲速度曲线和加速度曲 线连续，无刚性冲击和柔线连续，无刚性冲击和柔 性冲击。正弦加速度运动性冲击。正弦加速度运动 规律适用于高速轻载场规律适用于高速轻载场 合。合。 s ,t ,t a ,t v h vmax 2h amax 6.28h 2 2 推程推程 2 sin 2 2 cos1 2 sin 2 1 2 2 h a h v hs 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 345345次多项式运动规律次多项式运动规律 32 2

11、 2 432 543 12018060 306030 61510 h a h v hs 推程推程 ,t s v a h 速度曲线和加速度曲线连续，无刚性冲击和柔性冲击。速度曲线和加速度曲线连续，无刚性冲击和柔性冲击。 3-4-5次运动规律适用于高速中载场合。次运动规律适用于高速中载场合。 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 为了克服单一运动规律的某为了克服单一运动规律的某 些缺陷，获得更好的运动和动力些缺陷，获得更好的运动和动力 特性，可以把几种运动规律拼接特性，可以把几种运动规律拼接 起来，构成起来，构成组合运动规律组合运动规律。 组合原则组合原则 位移曲线、速

12、度曲线必须连位移曲线、速度曲线必须连 续，高速凸轮机构加速度曲线也续，高速凸轮机构加速度曲线也 必须连续。必须连续。 各段运动规律的位移、速度各段运动规律的位移、速度 和加速度曲线在连接点处其值应和加速度曲线在连接点处其值应 分别相等。分别相等。 v s a ,t ,t ,t h O O O v s a ,t ,t ,t h O O O 正弦加速度曲线与直线组合正弦加速度曲线与直线组合 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 本章小结本章小结 1凸轮机构的类型及其应用特点。 2凸轮机构从动件常用运动规律的工作特点。 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从

13、动件运动规律 1 满足机器的工作要求 3 使凸轮轮廓易于加工 从动件运动规律的选择与应用从动件运动规律的选择与应用 1 满足机器的工作要求 2 使凸轮机构具有良好的动力性能 从动件常用运动规律比较从动件常用运动规律比较 如图 ，若给整个机构加一个与凸轮 角速度。大小相等方向相反的公共 角速度 ，于是，凸轮静止 不动，而从动件和导路一方面以角 速度 绕 D 点转动，另一方面从 动件又以一定的运动规律相对导路 往复运动。由于从动件尖底始终与 凸轮轮廓接触，所以从动件尖底的 运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线。根 据这一原理便可作出各种类型凸轮 机构的凸轮轮廓曲线。 反转法 用图解法设计凸轮轮廓曲线用图解法

14、设计凸轮轮廓曲线 rb O s 1 3 5 7 8 601209090 60 120 1 2 90 A 90 9 111315 1 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 1. 对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计 选比例尺选比例尺 l，作位移曲线和作位移曲线和 基圆基圆rb。 等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应 于各等分点的从动件的位移通道。于各等分点的从动件的位移通道。 3 4 5 6 7 8 1 8 7 6 5 4 3 2 10 11 9 12 13 14 14 13 12 1110

15、9 15 确定反转后从动件尖顶在确定反转后从动件尖顶在 各等分通道上的位置。各等分通道上的位置。 设计步骤设计步骤 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。 已知凸轮的基圆半径rb，凸轮角速度和从 动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计 w 作业： w 设计一对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线 已知凸轮的基圆半径rb=2h=20mm，凸轮 角速度顺时针，从动件的运动规律自拟 凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计 e A 2 2. 偏置尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计偏置尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计 已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rb，角速度角速度 和从动件

16、的运动规律及偏心距和从动件的运动规律及偏心距e， 设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。 选比例尺选比例尺 l，作位移作位移 曲线、基圆曲线、基圆rb和偏距圆和偏距圆e。 等分位移曲线及反向等分位移曲线及反向 等分各运动角，确定反转后等分各运动角，确定反转后 对应于各等分点的从动件的对应于各等分点的从动件的 位移通道。位移通道。 O 6 1 2 3 4 5 7 8 14 13 12 11 10 9 s 1 3 5 7 8 601209090 9 111315 1 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 确定反转后从动件尖确定反转后从动件尖 顶在各等分通道上的位置顶在各等分通道上的位

17、置。 将各尖顶点连接成一将各尖顶点连接成一 条光滑曲线。条光滑曲线。 设计步骤设计步骤 k1 k2 k3 k5 k4 k6 k7 k8 1 2 3 4 5 6 7 8 k9 k10 k11 k12 k13 k14k15 9 10 11 12 13 14 15 凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计 rb O A 3 3. 对心滚子移动从动件盘形凸轮廓线的设计对心滚子移动从动件盘形凸轮廓线的设计 已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rb， 滚子半径滚子半径rr、凸轮、凸轮角速度角速度 和从动件的运动规律，设计和从动件的运动规律，设计 该凸轮轮廓曲线。该凸轮轮廓曲线。 选比例尺选比例尺 l，作位移曲线和作位移曲

18、线和 基圆基圆rb。 等分位移曲线及反向等分各等分位移曲线及反向等分各 运动角，确定反转后对应于各等分点运动角，确定反转后对应于各等分点 的从动件的位移通道。的从动件的位移通道。 理论轮廓曲线 实际轮廓曲线 s 1 3 5 7 8 601209090 9 111315 1 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 60 120 1 2 90 90 3 4 5 6 7 8 1 8 7 6 5 4 3 2 10 11 9 12 13 14 14 13 12 11 10 9 15 确定反转后从动件滚子中心在确定反转后从动件滚子中心在 各等分位移通道上的位置。各等分位移通道上的位置。 将各点连

19、接成一条光滑曲线。将各点连接成一条光滑曲线。 作滚子圆族及滚子圆族的内作滚子圆族及滚子圆族的内 ( (外外) )包络线。包络线。 设计步骤设计步骤 凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计 rb O A 4 4. 对心平底移动从动件盘形凸轮廓线的设计对心平底移动从动件盘形凸轮廓线的设计 已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rb，角速度角速度 和从和从 动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 选比例尺选比例尺 l，作位移曲线和作位移曲线和 基圆基圆rb。 设计步骤设计步骤 等分位移曲线及反向等分各等分位移曲线及反向等分各 运动角，确定反转后对应于各等分运动角，确定反转后对应于各

20、等分 点的从动件的位置。点的从动件的位置。 s 1 3 5 7 8 601209090 9 111315 1 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 60 120 1 2 90 90 3 4 5 6 7 8 1 8 7 6 5 4 3 2 10 11 9 12 13 14 14 13 12 1110 9 15 确定反转后平底与导路中心确定反转后平底与导路中心 线的交点线的交点A在各等分点占据的位置。在各等分点占据的位置。 作平底直线族及平底直线作平底直线族及平底直线 族的内包络线。族的内包络线。 凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计 rb O 1 2 345 6 7 8 6012090 90 5

21、. 尖顶摆动从动件盘形凸轮廓线的设计尖顶摆动从动件盘形凸轮廓线的设计 已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径 rb，角速度角速度 ，摆杆长度摆杆长度 l以及摆杆回转中心与凸以及摆杆回转中心与凸 轮回转中心的距离轮回转中心的距离L，摆摆 杆角位移曲线，杆角位移曲线，设计该设计该 凸轮轮廓曲线。凸轮轮廓曲线。 1 2 3 4 5 6 7 120 B 1 1 B1B2 B3 B4 B5 B6B7 B8 6090 d B 2 2 B 3 3 B 4 4 B 5 5 B 6 6 B 7 7 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A B l 选比例尺选比例尺 ，作作 位移曲线，作基圆位移曲线，作基

22、圆rb和转和转 轴圆轴圆OA。 等分位移曲线及等分位移曲线及 反向等分各运动角，确反向等分各运动角，确 定反转后对应于各等分定反转后对应于各等分 点的转轴点的转轴A的位置。的位置。 确定反转后从动件尖确定反转后从动件尖 顶在各等分点占据的位置。顶在各等分点占据的位置。 设计步骤设计步骤 将各尖顶点连接成一条 光滑曲线。 滚子直动从动件圆柱凸轮轮廓设计滚子直动从动件圆柱凸轮轮廓设计 n n O B e rb v v P 1. 压力角 凸轮机构中，从动件运动方向与从动件 所受凸轮作用力（不计摩擦）方向之间所夹 的锐角称为压力角 2.压力角的许用值 一、压力角的确定及校核 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮

23、机构基本尺寸的确定 C n n 22 b dd tan ers es O B e s0 s D rb ds d P为相对瞬心为相对瞬心 d d /dd /dds t tsv OP 由由 BCP得得 22 b0 ers v v P 对心移动从动件盘形凸轮机构对心移动从动件盘形凸轮机构e 0。 结论结论移动从动件盘形凸轮机构的压力角移动从动件盘形凸轮机构的压力角 与基圆半径与基圆半径rb、 、 从动件偏置方位和偏距从动件偏置方位和偏距e有关。有关。 3 压力角的计算及校核 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定 1. 滚子半径的确定滚子半径的确定 rr a rr 0 结论结论对于外凸轮廓，要

24、保证凸轮正常工作，应使对于外凸轮廓，要保证凸轮正常工作，应使 min rr。 轮廓失真轮廓失真 a rr rr a rr 0 轮廓正常轮廓正常 轮廓变尖轮廓变尖 内凹轮廓内凹轮廓 a rr rr a rr 轮廓正常轮廓正常 外凸轮廓外凸轮廓 a 理论轮廓曲线 实际轮廓曲线 rr rr rr 从动件滚子半径及平底宽度的确定从动件滚子半径及平底宽度的确定 2. 平底宽度的确定平底宽度的确定 1 2 3 4 5 6 7 8 8 7 6 5 4 3 2 1 9 10 11 12 13 14 15 14 13 12 11 10 9 rb lmax 作图法确定作图法确定 l 2lmax ( (5 7) )

25、mm 从动件滚子半径及平底宽度的确定从动件滚子半径及平底宽度的确定 计算法确定计算法确定 v C ds d s0 s P v CB OP v ( (ds dt) ) d dt) ) ds d v OP lmax |ds d | max l 2 |ds d | max ( (5 7) ) mm |ds d | max根据推程和回程根据推程和回程 分别计算，取其最大值。分别计算，取其最大值。 rb Ox y B0 B 从动件滚子半径及平底宽度的确定从动件滚子半径及平底宽度的确定 3. 平底从动件凸轮机构的失真现象平底从动件凸轮机构的失真现象 O rb rb 解决措施解决措施增大基圆半径增大基圆半径

26、rb 从动件滚子半径及平底宽度的确定从动件滚子半径及平底宽度的确定 5. 凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定 当要求机构具有紧凑的尺寸时，应当按许用压力角当要求机构具有紧凑的尺寸时，应当按许用压力角 来确定凸轮来确定凸轮 的基圆半径的基圆半径rb。 步骤步骤 确定凸轮转动轴心的位置确定凸轮转动轴心的位置 确定确定从动件的正确偏置方位以及偏距从动件的正确偏置方位以及偏距e 将将 代入前式代入前式 2 2 tan dd es es rb 确定确定s s( ( ) )，求出，求出ds d ，代入上式，代入上式求出一系列求出一系列rb值，选取其中的最值，选取其中的最 大值作为凸轮的基圆半径大值作为凸

27、轮的基圆半径 限制基圆半径的条件限制基圆半径的条件 凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径rbrb应大于凸轮轴的半径应大于凸轮轴的半径rS rS ； 最大压力角最大压力角 maxmax 许用压力角许用压力角 ； 凸轮轮廓曲线的最小曲率半径凸轮轮廓曲线的最小曲率半径 minmin rrrr。 从动件滚子半径及平底宽度的确定从动件滚子半径及平底宽度的确定 确定凸轮基圆半径的通常做法确定凸轮基圆半径的通常做法 根据结构和强度的需要，按经验公式根据结构和强度的需要，按经验公式rb ( (1.6 2) )rS初步初步 选定凸轮基圆半径选定凸轮基圆半径rb，然后校核压力角，以满足，然后校核压力角，以满足 max 的

28、的 条件条件。 注意 凸轮机构的效率不仅与压力角 有关，还与从动件支承的悬臂长b及 两支承的距离l 有关，在设计时要注 意选择。 压力角还与dsd有关，在工作升距 (Lift)h确定后， dsd则与推程角 有关。若推程角没有因多个运动协调 关系而受到严格限制，也可以通过适 当增大 来获得较好的动力特性。 从动件滚子半径及平底宽度的确定从动件滚子半径及平底宽度的确定 凸轮机构应用举例凸轮机构应用举例 凸轮机构的概述凸轮机构的概述 尖顶移动从动杆盘形凸轮机构尖顶移动从动杆盘形凸轮机构 尖顶摆动从动杆盘形凸轮机构尖顶摆动从动杆盘形凸轮机构 滚子移动从动杆盘形凸轮机构滚子移动从动杆盘形凸轮机构 滚子摆动从动杆盘形凸轮机构滚子摆动从动杆盘形凸轮机构 l 盘形凸轮 平底移动