常用机构凸轮机构（课堂PPT）

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.2.3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.4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.5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.6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.7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.8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.9 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.10一、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 .11一、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 .12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

3、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 .13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 .14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 .15( (二二) ) 按从动件运动副元素的形状分按从动件运动副元素的形状分尖顶从

4、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.16( (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 .17( (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 .18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类与特点 .19形

5、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 .20二、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。 .21 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置的限制、从动

6、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.22一、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.23一、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.24rbh S S S S DD0B

7、0B sO ,t360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.25二、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.261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 ,ta ,th位移线图加速度线图速度线图0 ahvhs 推程推程 速度曲

8、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。.272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 2h 2 ,ta ,ts4h 2 2 ,tv2h 推程推程22222442 hahvhs 222224)(4)(2 hahvhhs 后半程后半程前半程前半程 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

9、轻载场合。律适用于中速轻载场合。.28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.29 余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律 ,ts ,ta ,tvvmax 1.57h 推程推程 cos2sin2cos12222hahvhs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 amax 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.30 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

10、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 ,ta ,tvh vmax 2h amax 6.28h 2 2推程推程 2sin22cos12sin2122hahvhs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.31345345次多项式运动规律次多项式运动规律 32224325431201806030603061510 hahvhs推程推程 ,tsvah 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

11、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.32 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。vs a ,t,t

12、,thOOO vs a ,t,t,thOOO 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.33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动件运动规律.341 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.35从动件常用运动规律比较从动件常用运动规律比较.36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

13、，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设计凸轮轮廓曲线.37rbOs 1 3 5 7 8 60120909060120 1 2 90A909 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 101. 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

14、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 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915 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.38w 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=20

15、mm，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.39eA2 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。O6 1 2 3 4 5 7 8 14 13 12 1

16、1 10 9 s 1 3 5 7 8 6012090909 1113151 3 5 7 8 9 11 1312 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k1k2k3k5k4k6k7k812345678k9k10k11k12k13k14k159101112131415凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计.40rbOA3 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

17、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 6012090909 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 1060120 1 2 90903 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915 确定反转后从动件滚子中心在确定反转

18、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.41rbOA 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

19、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等分点的从动件的位置。点的从动件的位置。s 1 3 5 7 8 6012090909 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 1060120 1 2 90903 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915 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.42rbO 1 2 345 6 7 8 6012

20、090 90 5. 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 120B 1 1B1B2B3B4B5B6B7B86090 dB 2 2B 3 3B 4 4B 5 5B 6 6B 7 7A1A2A3A4A5A6A7A8 A Bl 选比例尺选比例尺 ，作作位移曲线，作基圆位移曲线，作基圆rb和转和转轴圆轴圆OA。 等分位移曲线及等

21、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。.43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.44nnO Berb vvP1. 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机构基本尺寸的确定.45Cnn22bddtanerses O Bes0sD

22、rb ds d P为相对瞬心为相对瞬心 dd/dd/ddsttsvOP 由由 BCP得得22b0ers vvP 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.461. 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

23、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 rrrrrr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.47 2. 平底宽度的确定平底宽度的确定 123456788 7 6 5 4 3 2 1 9 10 11 12 13 14 1514131211109 rblmax 作图法确定作图法确定 l 2lmax ( (5 7) )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.48 计算法确定计算法确定 vCds d s0sPv 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。rbOxyB0B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.49 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 Orbrb