机械原理_凸轮课件

1、（推杆）（推杆）组成组成凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计从动件从动件( (推杆推杆) ) 往复移动或摆动往复移动或摆动 凸轮凸轮具有曲线轮廓或凹槽的构件，运动时，通过高具有曲线轮廓或凹槽的构件，运动时，通过高副接触使从动件能够副接触使从动件能够地获得各种预期的运动地获得各种预期的运动规律。规律。凸轮轮廓形状取决于从动件的运动规律。凸轮轮廓形状取决于从动件的运动规律。凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计组成组成1 1 适当的设计凸轮廓线，从动件可实现任意适当的设计凸轮廓线，从动件可实现任意复杂的运动规律；复杂的运动规律；2 2 结构简单、紧凑、设计方便，构件数少；结构简单、紧凑、设计方便，构件数少；

2、3 3 点、线接触的高副机构，易于磨损，多用点、线接触的高副机构，易于磨损，多用于传力不大的场合；于传力不大的场合；4 4 凸轮轮廓加工较困难；凸轮轮廓加工较困难；5 5 从动件的行程不宜过大，否则凸轮笨重。从动件的行程不宜过大，否则凸轮笨重。凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计凸轮机构的特点凸轮机构的特点凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计圆柱凸轮输送机圆柱凸轮输送机凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计凸轮机构的应用凸轮机构的应用此外还有此外还有配钥匙机配钥匙机等等凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计凸轮机构的应用凸轮机

3、构的应用凸轮机构的分类凸轮机构的分类凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计对心和偏置对心和偏置凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计凸轮机构的分类凸轮机构的分类按凸轮与推杆维持按凸轮与推杆维持高副接触的方法分高副接触的方法分凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计凸轮机构的分类凸轮机构的分类等径凸轮等径凸轮等宽凸轮等宽凸轮dddBB凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计凸轮机构的分类凸轮机构的分类推杆的运动规律推杆的运动规律凸轮的轮廓曲线形状，完全取决于从动件的运动规律。凸轮的轮廓曲线形状，完全取决于从动件的运动规律。机构中各参数名称机构中各参数名称凸轮机构设计的基本任务：凸轮机构设计的基本任务： 根据工作要求选定合适

4、的根据工作要求选定合适的 凸轮机构的型式凸轮机构的型式 推杆的运动规律推杆的运动规律 有关的基本结构尺寸有关的基本结构尺寸 设计凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。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0200010 (推程运动角推程运动角)0 (回程运动角回程运动角)01 (远休止角远休止角)02sF行程行程 h02 (近休止角近休止角)r0 基圆半径基圆半径=t机构中各参数名称机构中各参数名称偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构偏置直动尖顶推杆盘

5、形凸轮机构0 00 0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0200010 (推程运动角推程运动角)0 (回程运动角回程运动角)01 (远休止角远休止角)020 0F行程行程 h02 (近休止角近休止角)r0 基圆半径基圆半径=t机构中各参数名称机构中各参数名称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Es0 0多项式多项式运动规律运动规律三角函数三角函数运动规律运动规律推杆的常用运动规律分为两大类：推杆的常用运动规律分为两大类：组合运动规律组合运动规律凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计推杆的运动规律推杆的运动规律多项式运动规律多项式运动规律 (高次多项式型高次多

6、项式型)nnCCCCCS 332210个个边边界界条条件件求求出出。由由个个待待定定系系数数，为为、其其中中11210 nnCCCCn。差差敏敏感感度度增增加加，常常用用则则凸凸轮轮的的加加工工误误越越大大但但可可任任意意取取。动动规规律律，即即运运实实现现任任意意给给定定的的从从动动件件理理论论上上可可用用多多项项式式方方程程律律不不同同，则则不不同同，相相应应的的运运动动规规边边界界条条件件不不同同，75, nnnCidtdddadtddtddds 1342321432 nnnCCCCC 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计推杆的运动规律推杆的运动规律223252242322)1(201262

7、 nnCnnCCCCa 多项式运动规律多项式运动规律 (高次多项式型高次多项式型)nnCCCCCS 332210dtdddadtddtddds 1342321432 nnnCCCCC 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计推杆的运动规律推杆的运动规律223252242322)1(201262 nnCnnCCCCa 000lim0 tdtdat 000lim0 tdtdatn = 1 时时 haS 多项式运动规律多项式运动规律 (高次多项式型高次多项式型)凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计推杆的运动规律推杆的运动规律由凸轮在某位置时从动件的位移由凸轮在某位置时从动件的位移S 速度速度 加速度加速度a 加

8、速度的变化率加速度的变化率 j (跃度跃度) 加速与减速区间比加速与减速区间比 最大正、负加速度最大正、负加速度a 之比之比 等条件确定等条件确定nCCCC210、对从动件运动要求越多，则边界条件越多，则对从动件运动要求越多，则边界条件越多，则n 越大越大余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律(简谐运动简谐运动)加速度方程为加速度方程为12个个周期的余弦曲线周期的余弦曲线 质点在圆周上作匀速运动时，在圆直径上的投影所质点在圆周上作匀速运动时，在圆直径上的投影所 构成的运动为简谐运动构成的运动为简谐运动 。 三角函数运动规律三角函数运动规律正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律(摆线运动摆线运动)加

9、速度方程为整个周加速度方程为整个周期的正弦曲线期的正弦曲线 当滚圆沿纵坐标轴作匀速滚动时，圆周上一点的轨迹当滚圆沿纵坐标轴作匀速滚动时，圆周上一点的轨迹为一摆线。此时该点在纵坐标轴上的投影随时间变化为一摆线。此时该点在纵坐标轴上的投影随时间变化的规律称摆线运动。的规律称摆线运动。凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计推杆的运动规律推杆的运动规律组合运动规律组合运动规律等加等加等减等减等速等速组合组合可将前面五种基本运可将前面五种基本运动规律组合应用动规律组合应用,以获以获得更好的运动特性和得更好的运动特性和动力特性动力特性刚性冲击刚性冲击变变柔性冲击柔性冲击凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计推杆的运动

10、规律推杆的运动规律推杆运动规律的选择推杆运动规律的选择高速重载凸轮要选高速重载凸轮要选V Vmax和和amax比较小的理由：比较小的理由：amax动量动量mv,mv,若机构突然被卡住，则冲击力将很大若机构突然被卡住，则冲击力将很大（F=mv/tF=mv/t）。）。惯性力惯性力F=-mF=-ma对强度和耐磨性要求对强度和耐磨性要求。对高速凸轮，希望对高速凸轮，希望amax 愈小愈好。愈小愈好。V Vmax, F, Fn n凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计 凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计凸轮轮廓曲线的设计凸轮

11、轮廓曲线的设计 1 1 直动推杆盘形凸轮机构直动推杆盘形凸轮机构 用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线 已知凸轮的等角速度已知凸轮的等角速度和和转向转向，r0、 rT、 h 、从从动件导路偏距动件导路偏距 e 和和推杆推杆运动规律运动规律，试设计凸轮廓线。，试设计凸轮廓线。(2) (2) 直动直动滚子滚子推杆盘形凸轮机构推杆盘形凸轮机构(3) (3) 直动直动平底平底推杆盘形凸轮机构推杆盘形凸轮机构(1) (1) 直动直动尖顶尖顶推杆盘形凸轮机构推杆盘形凸轮机构 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计 1 1 直动推杆盘形凸轮机构直动推杆盘形凸轮机构 用作图法

12、设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计 已知凸轮的等角速度已知凸轮的等角速度和和转向转向，r0、 rT、 、从动从动件转轴与凸轮轴心之间的中心距件转轴与凸轮轴心之间的中心距 a和和推杆推杆运动规律运动规律，推杆长推杆长 l，试设计凸轮廓线。试设计凸轮廓线。(2) (2) 摆动摆动滚子滚子推杆盘形凸轮机构推杆盘形凸轮机构(3) (3) 摆动摆动平底平底推杆盘形凸轮机构推杆盘形凸轮机构(1) (1) 摆动摆动尖顶尖顶推杆盘形凸轮机构推杆盘形凸轮机构 2 2 摆动推杆盘形凸轮机构摆动推杆盘形凸轮机构 r0 理论廓线的最理论廓线的最小半径小半径 理论轮理论轮廓曲线廓曲线Tr滚

13、滚子子半半径径等等距距曲曲线线，距距离离为为为为法法向向 注意：注意：例题例题1 1在图示偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中，要求：在图示偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中，要求：1 1）画出该凸轮机构的理论轮廓曲线和基圆；画出该凸轮机构的理论轮廓曲线和基圆；2 2）标出图示位置推杆的位移）标出图示位置推杆的位移S S1和和压力角压力角1; ;3 3）标出推杆的行程）标出推杆的行程h ; ;4 4）标出）标出凸轮机构自图示位置转过凸轮机构自图示位置转过60时时, ,机构的压机构的压力角力角2 和和从动件的位移从动件的位移S S2 2。O- -r01S S1 160S S22h1 1）画出该凸轮机构

14、的理论轮廓曲线和基圆；画出该凸轮机构的理论轮廓曲线和基圆；2 2）标出图示位置推杆的位移）标出图示位置推杆的位移S S1和和压力角压力角1; ;3 3）标出推杆的行程）标出推杆的行程h ; ;4 4）标出）标出凸轮机构自图示位置转过凸轮机构自图示位置转过60时时, ,机构的压力角机构的压力角2 和和从动件的位移从动件的位移S S2 2。例题例题2 2在图示摆动滚子推杆盘形凸轮机构中，已知圆盘半在图示摆动滚子推杆盘形凸轮机构中，已知圆盘半径径R、圆心与转轴中心的距离、圆心与转轴中心的距离lOA=R/2，滚子半径滚子半径rT。现要求：现要求：1 1）画出该凸轮机构的理论轮廓曲线和基圆；画出该凸轮机

15、构的理论轮廓曲线和基圆；2 2）标出图示位置的压力角）标出图示位置的压力角、 摆杆的摆角摆杆的摆角 ; ;3 3）标出摆杆的最大摆角）标出摆杆的最大摆角 ; ; 4 4）标出）标出凸轮机构自图示位置转凸轮机构自图示位置转 过过60时的压力角时的压力角。 5 5）当）当 时，对凸轮机构时，对凸轮机构 有何影响？如何使压力角减小？有何影响？如何使压力角减小？BC2AO311r0 B0 0 2-160当当 时，有时，有效分力减小，传效分力减小，传动效率降低，当动效率降低，当过大时机构会过大时机构会自锁；自锁；增大增大r0 可减小可减小。1 1）画出该凸轮机构的理论轮廓曲线和基圆；画出该凸轮机构的理论

16、轮廓曲线和基圆；2 2）标出图示位置的压力角）标出图示位置的压力角、摆杆的摆角、摆杆的摆角 ; ;3 3）标出摆杆的最大摆角）标出摆杆的最大摆角 ; ; 4 4）标出）标出凸轮机构自图示位置转过凸轮机构自图示位置转过60时的压力角时的压力角。 5 5）当）当 时，对凸轮机构有何影响？如何使压力角减小？时，对凸轮机构有何影响？如何使压力角减小？ 0用解析法设计凸轮廓线用解析法设计凸轮廓线解析法解析法根据工作所要求的从动件运动规律和根据工作所要求的从动件运动规律和已知的机构参数，求出已知的机构参数，求出，以便精，以便精确地计算出凸轮廓线上各点的坐标值，并用确地计算出凸轮廓线上各点的坐标值，并用线线

17、切割机床、数控铣床、数控磨床切割机床、数控铣床、数控磨床等先进加工方等先进加工方法加工。法加工。凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计 用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计 cossin)(0essx sincos)(0essy OeEE在推程段在推程段E方向与从动件运方向与从动件运动方向一致为动方向一致为正偏置正偏置，反之，反之为为负偏置负偏置正偏置：正偏置：E沿从动件的推程方向沿从动件的推程方向凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计 cos)(sin)(0ddssrx sin)(cos)(0ddssry )sin(sin0 lax)cos(cos0 lay)(1

18、800 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定 前面设计凸轮廓线时，均假定前面设计凸轮廓线时，均假定r0、e、a、rT等为等为已知。已知。凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计实际上这些机构参数应在设计凸轮廓线前，根据凸轮实际上这些机构参数应在设计凸轮廓线前，根据凸轮机构的机构的 传动受力情况是否良好传动受力情况是否良好 结构尺寸是否紧凑结构尺寸是否紧凑 运动是否失真运动是否失真 等条件先确定。等条件先确定。凸轮机构中的作用力和机构压力角凸轮机构中的作用力和机构压力角压力角压力角不计惯性力、重力和摩擦时，机构中不计惯性力、重力和摩擦时，机构中所受所受与受力点与受力点间所夹锐角。间所夹锐角。凸轮凸轮与从动件上与从动件上所夹锐角所夹锐角（在在理论廓线上测量理论廓线上测量）自锁自锁无论驱动力多大，由于无论驱动力多大，由于力的作用，而力的作用，而 使机构不能运动的现象。使机构不能运动的现象。自锁与机构死点位置不同，机构死点位置与自锁与机构