机械设计基础 第三章凸轮机构

1、本章目录本章目录教学要求教学要求基本内容基本内容重点难点重点难点问题思考问题思考总目录总目录退出退出 凸轮机构是机械中的凸轮机构是机械中的一种常用机构。它是由凸一种常用机构。它是由凸轮、从动件和机架通过一轮、从动件和机架通过一定的锁合方式组合而成的定的锁合方式组合而成的一种高副机构。凸轮机构一种高副机构。凸轮机构广泛应用于各种机械，特广泛应用于各种机械，特别是在自动化和半自动化别是在自动化和半自动化机械中得到了广泛的应用。机械中得到了广泛的应用。音乐欣赏分目录分目录退退 出出 1 1、凸轮机构的类型和应用、凸轮机构的类型和应用 2 2、从动件的常用运动规律、从动件的常用运动规律 3 3、凸轮轮

2、郭曲线的设计、凸轮轮郭曲线的设计 4 4、凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定、凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定本章目录本章目录分目录分目录退退 出出教学要求教学要求1 1、掌握等速运动、等加速等减速运动、及、掌握等速运动、等加速等减速运动、及简谐运动线图的绘制方法；简谐运动线图的绘制方法；2 2、能根据上述运动规律的运动线图分析何、能根据上述运动规律的运动线图分析何时出现刚性冲击或柔性冲击；时出现刚性冲击或柔性冲击；3 3、熟练掌握利用反转法按给定从动件运动、熟练掌握利用反转法按给定从动件运动规律设计盘形凸轮轮廓；规律设计盘形凸轮轮廓；4 4、定性了解选择滚子半径的原则、压力角、定性了解选择滚子

3、半径的原则、压力角与自锁的关系以及基圆半径对压力角的影响。与自锁的关系以及基圆半径对压力角的影响。分目录分目录退退 出出1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型一、凸轮机构的组成及应用一、凸轮机构的组成及应用凸轮凸轮+从动件+机架 组成组成应用应用传力不大的控制机构传力不大的控制机构从动件可实现任意 的运动规律凸轮与从动件高副接 触，传力小特点：特点：1234内燃机配气机构印刷机转位设备用于机加工分目录分目录退退 出出1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型凸轮机构用于印刷机中分目录分目录退退 出出1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型凸轮机构用于转位设备返回分目录分目录退退 出

4、出1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型凸轮机构用于机加工分目录分目录退退 出出凸轮凸轮 盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮二：凸轮机构的分类二：凸轮机构的分类锁合方式锁合方式力锁合形状锁合凸轮机构的命名：凸轮机构的命名：从动件末端型式从动件的运动凸轮的形状从动件尖顶滚子平底直动摆动运动形式未端形状1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型分目录分目录退退 出出各种类型的凸轮机构各种类型的凸轮机构 偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构 对心滚子直动从动件盘形凸轮机构 对心平底直动从动件盘形凸轮机构 尖顶摆动从动件盘形凸轮机构 滚子摆动从动件盘形凸轮机构 平底摆动从动件盘形凸轮机构分目录分目录退退 出出

5、滚子直动从动件移动凸轮机构 空间凸轮机构形锁合凸轮机构各种类型的凸轮机构各种类型的凸轮机构分目录分目录退退 出出h2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律一：从动件位移与凸轮转角间对应关系一：从动件位移与凸轮转角间对应关系推程运动分析凸轮机构的一个运动循环 从动件凸轮转角近休程4-近休止角回程运动 -回程运动角3-远休止角2远休程-推程运动角1其它术语： 240r131A0BCD升程h:推程中从动件的最大位移从动件位移线图基圆：以凸轮转动中心为圆心,以其轮廓最小向径r r0 0为半径的圆；0s1243分目录分目录退退 出出2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律二：从动件常用运动规律二

6、：从动件常用运动规律特点：在行程的开始和终止特点：在行程的开始和终止有刚性冲击，适应于低速轻载.svaV011h- 010Vv vdts0dtdva位移：位移：速度：速度：加速度：加速度：1h1h1、 等速运动规律等速运动规律（以推程为例分析）分目录分目录退退 出出推程中推程中（等加速段）：2000021tavdtstadtavaa21210211221442haahvhs2、等加速等减速运动规律、等加速等减速运动规律0aaa特点：特点：在行程的起始、中间和在行程的起始、中间和终止位置终止位置有柔性冲击有柔性冲击. . 适用于适用于中速中速2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律sva 1

7、a0-a0 1 1h分目录分目录退退 出出2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律3、简谐运动规律、简谐运动规律简谐运动：简谐运动：点在圆周上作匀速运动时，其在该圆直径上的投影所构成的运动特点：特点：在行程的起始、终止位置有柔性冲击,适应于中速)cos(1 21hs)cos(212221ha 位移：位移：速度：速度：加速度：加速度：)sin(211hv sva 11 1h分目录分目录退退 出出三、三、 从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择考虑因素：冲击、速度幅值Vmax、加速度幅值amax重载凸轮机构：应选择Vmax值较小的运动规律；高速凸轮机构：应选择amax值较小的运动规律。分目录

8、分目录退退 出出课堂小结：1. 凸轮机构的组成、分类及特点2. 凸轮机构中从动杆位移与凸轮 转角的对应关系3. 从动杆常用运动规律：等速等加速等减速余弦加速度预习：凸轮机构设计预习：凸轮机构设计作业：作业：3-1位移线图、运动特点分目录分目录退退 出出3. 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计 一、凸轮轮廓设计基本原理一、凸轮轮廓设计基本原理 设想给整个凸轮机构加上一个绕转动轴心转动的公共角速度-，此时，凸轮相对静止，从动杆一边随导路以-转动，一边沿导路做往复运动。反转法：分目录分目录退退 出出 二、图解法凸轮轮廓设计二、图解法凸轮轮廓设计1、对心尖顶直动从动件盘形凸轮单击进入动态演示分目录分

9、目录退退 出出1. 1. 直动尖顶从动件盘形凸轮直动尖顶从动件盘形凸轮已知：凸轮逆时针回转，其基圆半径r0及从动杆运动规律为：凸轮转角从动杆运动0120等速上升h120180远休180270等加速等减速下降h 270360近休（1）作从动件位移线图）作从动件位移线图 二、图解法凸轮轮廓设计二、图解法凸轮轮廓设计s0120609090h(mm)()分目录分目录退退 出出1、对心尖端直动从动件盘形凸轮、对心尖端直动从动件盘形凸轮设计步骤：设计步骤：1、作从动件的位移线图、作从动件的位移线图4、定反转后从动件导路的各个位置5、量取从动杆在各反转位置上的位移量取从动杆在各反转位置上的位移, ,定从动杆

10、尖顶位置定从动杆尖顶位置6、将 从动件各尖点连成光滑的曲线 6090900A1202、作从动件尖顶的起始位置A05 6 7481 2 31234567hs01206090903、定、定s和和的对应关系的对应关系01A2A3A4A5A6A7A71234568分目录分目录退退 出出2、对心滚子直动从动件盘形凸轮、对心滚子直动从动件盘形凸轮滚子从动件的运动特点：滚子从动件的运动特点：1）凸轮郭线与滚子的接触点到滚子中心的距离恒等于滚子的半径；2）滚子是转动的，只有滚子中心的运动与尖端从动件的运动完全相同。设计步骤：设计步骤：1）将滚子中心视为尖端从动件的尖端，按尖端从动件的作图法得到的轮廓曲线理论廓

11、线理论廓线2）以理论轮廓上各点为圆心，滚子半径为半径，作一系列滚子圆，并作滚子圆族的包络线工作轮廓工作轮廓O分目录分目录退退 出出单击进入动态演示理论轮廓理论轮廓工作轮廓工作轮廓2、对心滚子直动从动件盘形凸轮、对心滚子直动从动件盘形凸轮单击鼠标分目录分目录退退 出出2、对心滚子直动从动件盘形凸轮、对心滚子直动从动件盘形凸轮nn设计时应注意两点：设计时应注意两点：1 1）r r0 0是作理论廓线的是作理论廓线的 基圆半径；基圆半径；工作轮廓工作轮廓理论轮廓理论轮廓o2 2）实际廓线和理论廓线）实际廓线和理论廓线 是两条法向的等距曲线。是两条法向的等距曲线。r0分目录分目录退退 出出3、对心平底直

12、动从动件盘形凸轮、对心平底直动从动件盘形凸轮单击进入动态演示（1）将从动杆导路中心线与平底的交点视为尖顶，按尖顶从动杆设计方法找到从动杆末端的一系列点的位置。（2）过从动杆末端各点作一系列平底直线，并作平底直线族的包络线工作轮廓工作轮廓分目录分目录退退 出出4 4、偏置从动件盘形凸轮、偏置从动件盘形凸轮001234567891234r0Ae与对置从动件不同点：1）需画辅助圆；2）反转中从动件导路位置与辅助 圆相切。S001234从动件位移线图ss分目录分目录退退 出出5、摆动从动件盘形凸轮、摆动从动件盘形凸轮单击进入动态演示分目录分目录退退 出出三、解析法：三、解析法：滚子中心 B：sinco

13、s)(cossin)(00essyessx理论轮廓方程工作轮廓上B：sincosrrryyrxx工作轮廓方程注意：注意：e e的正负：的正负：凸轮顺时针，e 偏在右侧时为负；e偏在左侧为正；凸轮逆时针，e偏在右侧时为正；e偏在左侧为负；分目录分目录退退 出出4 . 凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定一、一、 凸轮机构的压力角及其许用值凸轮机构的压力角及其许用值 sincos FFFFF有效分力有害分力 FfF 机构自锁FfF 时当机构传力性能压力角压力角：从动件在接触点B处所受力的方向与其速度方向之间所夹的锐角。 它是反映凸轮机构受力情况的一个重要参数。FF”Ft

14、tB0APr0nnn分目录分目录退退 出出通常规定： max 许用压力角的推荐值为： 推程：直动从动件 =3040 摆动从动件 =3545 回程： =7080一、一、 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角 FF”FttB0APr0nnn4 . 凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定分目录分目录退退 出出0ABnntter0sFnoABrbFnnn4 . 凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定分目录分目录退退 出出4 . 凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定二、二、 压力角与凸轮机构尺寸之间的关系压力角与凸轮机构尺寸之间

15、的关系ddsvOPOPvvPsereddssseOPtg2200)/(v 的措施的措施r0采用正偏位凸轮机构可根据许用压力角计算基圆半径分目录分目录退退 出出4 . 凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定诺模图:可根据推杆运动可根据推杆运动规律和许用压力规律和许用压力角确定基圆半径角确定基圆半径. .分目录分目录退退 出出4 . 凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定平底直动从动件盘形凸轮机构，为了保证从动件运动不“失真”，要求凸轮轮廓全部外凸且平底要足够长。正偏位凸轮机构 对于直动从动件盘形凸轮机构，为了改善其传力性能或减小凸轮尺寸，经常采

16、用下图中的偏置凸轮机构。 三、三、 滚子半径的选择滚子半径的选择tartar2、凸轮理论轮廓为外凸时： 当rt时,a0当rt时,a 01、凸轮理论轮廓为内凹时：分目录分目录退退 出出分目录分目录退退 出出4 . 凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定不失真的条件：滚子半径 rTmin 对于外凸的凸轮轮廓曲线,应使滚子半径小于理论廓线的最小曲率半径.滚子尺寸的确定：保证不失真 同时保证具有一定的强度 常取：rT=(0.10.15)r0运动失真: 当凸轮的实际轮廓推动从动杆运动时，不能准确实现预期的运动规律。(2) 当当rr时时,a 0，出现，出现 “失真失真”分目录分目

17、录退退 出出1.1.凸轮机构的特点、类型及应用凸轮机构的特点、类型及应用2.2.从动杆位移与凸轮转角的关系从动杆位移与凸轮转角的关系3.3.从动件常用运动规律从动件常用运动规律4.4.凸轮机构反转设计原理及方法凸轮机构反转设计原理及方法5.5.凸轮设计中注意问题：凸轮设计中注意问题：推程角、远休止角、回程角、近休止角推程角、远休止角、回程角、近休止角等速、等加速等减速、余弦加速度：运动线图及特性等速、等加速等减速、余弦加速度：运动线图及特性反转设计原理的理解和应用反转设计原理的理解和应用压力角、失真、基圆大小的影响压力角、失真、基圆大小的影响作业：作业：3-3 3-3 学习指南学习指南3.33

18、.3分目录分目录退退 出出重点与难点1 1、凸轮机构的类型；、凸轮机构的类型；2 2、从动件推杆常用的运动规律；、从动件推杆常用的运动规律；3 3、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；4 4、用图解法设计盘形凸轮轮郭；、用图解法设计盘形凸轮轮郭；5 5、压力角的概念；、压力角的概念；6 6、本章的难点是、本章的难点是凸轮廓线设计时凸轮廓线设计时反转法的反转法的理解与运用。理解与运用。分目录分目录退退 出出问题思考问题思考2 2、何谓理论轮廓？何谓实际轮郭？实际轮、何谓理论轮廓？何谓实际轮郭？实际轮郭与理论轮郭是否相似？郭与理论轮郭是否相似？3 3、滚子半径的选择与理论轮郭曲率半径有、滚子半径的选择与理论轮郭曲率半径有何关系？作图时如出现实际轮郭何关系？作图时如出现实际轮郭 变尖或自变尖或自交，可采取哪些措施来加以解决？交，可采取哪些措施来加以解决？1. 1.试从冲击的观点来分析等速、等加速等试从冲击的观点来分析等速、等加速等减速、简谐运动三种运动规律，并说明它减速、简谐运动三种运动规律，并说明它们适用的场合？们适用的场合？分目录分目录退退 出出5 5、当设计直动推杆盘形凸轮机构的凸轮郭、当设计直动推杆盘形凸轮机构的凸轮郭线时，若机构的最大压力角超过了许用值，线时，若机构的最大压力角超过了许用值，试问可采用哪几