哈工程机械原理凸轮机构

第4章凸轮机构§4－1

凸轮机构的应用和类型§4－2

从动件的常用运动规律§4－3

凸轮机构的压力角§4－4图解法设计凸轮的轮廓§4－1

凸轮机构的应用和类型结构：三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。作用：将连续回转=>

从动件直线移动或摆动。优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。缺点：高副，点线接触，易磨损，传力不大。应用：配钥匙机、绕线机构、内燃机气门机构、录音机卷带机构、送料机构、进刀机构、自动机床等。实例内燃机气门机构绕线机构设计：潘存云3皮带轮5卷带轮录音机卷带机构1放音键2摩擦轮413245放音键卷带轮皮带轮摩擦轮录音机卷带机构设计：潘存云132送料机构自动机床进刀机构分类：1)按凸轮形状分：盘形、移动、圆柱凸轮(端面

)。盘形移动圆柱2)按从动杆运动形式分：

移动（直动）、摆动移动（直动）摆动尖顶滚子平底3)按从动杆形状分：滚子、尖顶、平底12刀架o4).按保持接触方式分：力封闭（重力、弹簧等）－－力锁合机床进给机构几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮)－－形锁合内燃机气门机构r1r2r1+r2=constW凹槽凸轮等宽凸轮等径凸轮优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：点接触或线接触，容易磨损;凸轮廓线较难加工。作者：潘存云教授主回凸轮设计：：潘存存云δhδhotδ1s2§4－2从动件件的常常用运运动规规律凸轮机机构设设计的的基本本任务务:1)根据工工作要要求选选定凸凸轮机机构的的形式式;名词术术语：：一、推杆的的常用用运动动规律律基圆、、推程运运动角角、基圆半半径、、推程、、远休止止角、、回程运运动角角、回程、、近休止止角、、行程。。rminh

ω1A2)推杆运运动规规律;3)合理确确定结结构尺尺寸;4)设计轮轮廓曲曲线。。δsδsδ’sδ’sDBCB’δtδt推杆的的运动动规律律位移线线图设计：：潘存存云δhδhotδ1s2rminhω1Aδsδsδ’sδ’sDBCB’δtδt运动规规律：：推杆在在推程程或回回程时时，其其位移移S2、速度度V2、和加速速度a2随时间间t的变化化规律律。形式：：多项式式、三三角函函数。。S2=S2(t)V2=V2(t)a2=a2(t)位移曲线边界条条件：：凸轮转转过推推程运运动角角δt－从动件件上升升h一、多多项式式运动动规律律一般表表达式式：s2=C0+C1δ1+C2δ21+…+Cnδn1(1)求一阶阶导数数得速速度方方程：：v2=ds2/dt求二阶阶导数数得加加速度度方程程：a2=dv2/dt=2C2ω21+6C3ω21δ1…+n(n-1)Cnω21δn-21其中：：δ1－凸轮转转角，dδ1/dt=ωω1－凸轮角角速度度,Ci－待定系系数。=C1ω1+2C2ω1δ1+…+nCnω1δn-11凸轮转过回回程运动角角δh－从动件下降降h在推程起始始点：δ1=0，s2=0代入得：C0＝0，C1＝h/δt推程运动方方程：s2＝hδ1/δtv2＝hω1/δts2δ1δtv2δ1a2δ1h在推程终止止点：δ1=δt，s2=h+∞－∞s2=C0+C1δ1+C2δ21+…+Cnδn1v2=C1ω1+2C2ω1δ1+…+nCnω1δn-11a2=2C2ω21+6C3ω21δ1…+n(n-1)Cnω21δn-21a2＝01.等速运运动（（一次次多项项式））运动动规律律特点：：设计简简单、、匀速速进给给。始点、、末点点加速速度及及惯性性力为为理论论无穷穷大，，存在在刚性性冲击击。适于低低速、、轻载载、从从动杆杆质量量不大大，以以及要要求匀匀速的的情况况。2.等加等等减速速（二二次多多项式式）运运动规规律位移曲曲线为为一抛抛物线线。加、减减速各各占一一半。推程加加速上上升段段边界界条件件：起始点点：δ1=0，s2=0，v2＝0中间点点：δ1=δt/2，s2=h/2求得：：C0＝0，C1＝0，C2＝2h/δδ2t加速段段推程程运动动方程程为：：s2＝2hδ21/δ2tv2＝4hω1δ1/δ2ta2＝4hω21/δ2t设计：：潘存存云δ1a2h/2δth/21δ1s2235462hω/δt4hω2/δ2t3δ1v2特点：：起、中中、末末点加加速度度及惯惯性力力存在在有限限值突突变，，具有有柔性性冲击击。适于中中低速速、中中轻载载。3.五次多多项式式运动动规律律位移方方程：：s2=10h(δ1/δt)3－15h(δ1/δt)4+6h(δ1/δt)5δ1s2v2a2hδt特点：：无冲击击，适适用于于高速速凸轮轮。设计：：潘存存云hδtδ1s2δ1a2二、三三角函函数运运动规规律1.余弦加加速度度(简谐)运动规规律推程：：s2＝h[1-cos(ππδ1/δt)]/2v2＝πhωω1sin(ππδ1/δt)δ1/2δδta2＝π2hω21cos(ππδ1/δt)/2δ2t回程：：s2＝h[1＋cos(ππδ1/δh)]/2v2＝-πhω1sin(ππδ1/δh)δ1/2δδha2＝-π2hω21cos(ππδ1/δh)/2δ2h123456δ1v2Vmax=1.57hω/2δ0特点：：速度变变化连连续平平缓。。在起始始和终终止处处理论论上a2为有限限值，，产生生柔性性冲击击。适于中中低速速、中中轻载载。123456s2δ1δ1a2δ1v2hδt2.正弦加加速度度（摆摆线））运动动规律律推程：：s2＝h[δδ1/δt-sin(2ππδ1/δt)/2π]v2＝hω1[1-cos(2ππδ1/δt)]/δta2＝2πhω21sin(2πδδ1/δt)/δδ2t回程：：s2＝h[1-δδ1/δh+sin(2ππδ1/δh)/2π]v2＝hω1[cos(2πδ1/δh)-1]/δha2＝-2πhωω21sin(2πδ1/δh)/δh2特点：加速度变化化连续平缓缓。无冲击。适于中高速速、轻载。。设计：潘存存云v2s2a2δ1δ1δ1hoooδt正弦改进等等速三、改进型型运动规律律将几种运动动规律组合合，以改善善运动特性性。+∞-∞v2s2a2δ1δ1δ1hoooδt四、常用运运动规律的的选择1.没有任何要要求、轻载载、小行程程、手动，，可用圆弧弧或偏心圆圆。2.低速、轻载载，要求等等速、等位移，可可用等速运运动规律。。3.中低速、中中轻载，可可用等加减减速或余弦弦加速度运运动规律。。4.较高速、轻轻载，可用用正弦加速速度运动规规律。5.组合型。6.多项式运动动规律。adad练习：如图为一偏偏置直动凸凸轮机构。。已知AB段为凸轮的的推程廓线线，试在图图上标注推推程运动角角δt设计：潘存存云OBω1定义：正压力与推推杆上力作作用点B速度方向间间的夹角α→F”↑，若α大到一定程程度时，会会有：→机构发生自自锁。§4－3凸轮机构的的压力角αnn一、压力角角与作用力力的关系不考虑摩擦擦时，作用用力沿法线线方向。FF’F”F’----有用分力,沿导路方向向F”----有害分力，，垂直于导导路F”=F’’tgαF’一定时，α↑Ff>F’Ff为了保证凸凸轮机构正正常工作，，要求：α<[α]设计：潘存云云OBω1二、压力角与与凸轮机构尺尺寸之间的关关系P点为速度瞬心心，于是有有：v2=lOPω1rmin↑[α]=30˚˚----直动从动件；；[α]=35°°～45°----摆动从动件；；[α]=70°°～80°----回程。nnP→lOP=v2/ω1eαds2/dδ1=ds2/dδ1=lOC+lCPlCP=lOC=elCP=ds2/dδ1-etgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1-e→α↓C(S2+S0)tgαS0=r2min-e2若发现设计结结果α〉[α]，可增大rmins0s2Dv2v2rmin设计：潘存云云OBω1αds2/dδ1

得：

tgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1

+enn同理，当导路路位于中心左左侧时，有：：lOP=lCP-lOC→lCP=ds2/dδ1+e

于是：

tgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1

±ee“+”用于导路和瞬瞬心位于中心心两侧；“-”用于导路和瞬瞬心位于中心心同侧；显然，导路和和瞬心位于中中心同侧时，，压力角将减减小。注意：用偏置法可减减小推程压力力角，但同时时增大了回程压力角，故故偏距e不能太大。PClCP=(S2+S0)tgαS0=r2min-e2rmins0s2D正确偏置：导路位于与凸凸轮旋转方向向ω1相反的位置。。设计：潘存云云nn提问：对于平平底推杆凸轮轮机构：α＝？0v2Oω1rmin练习：如图为一偏置置直动凸轮机机构。已知凸凸轮是一个以以C为圆心的圆盘盘，试求轮廓廓上D点与尖顶接触触时的压力角角，作图表示示。1.凸轮廓线设计计方法的基本本原理§4－4图解法设计凸凸轮轮廓2.用作图法设计计凸轮廓线1)对心直动尖顶顶从动件盘形形凸轮3)滚子直动从动动件盘形凸轮轮4)对心直动平底底从动件盘形形凸轮2)偏置直动尖顶顶从动件盘形形凸轮5)摆动尖顶从动动件盘形凸轮轮机构设计：潘存云云一、凸轮廓线线设计方法的的基本原理反转原理：依据此原理可可以用几何作作图的方法设计凸轮的轮轮廓曲线，例例如：给整个凸轮机机构施以-ω1时，不影响各各构件之间的的相对运动，，此时，凸轮轮将静止，而而从动件尖顶顶复合运动的的轨迹即凸轮轮的轮廓曲线线。O-ω13’1’2’331122ω1设计：潘存云云60°rmin120°-ω1ω11’对心直动尖顶顶从动件凸轮机构中，，已知凸轮的的基圆半径rmin，角速度ω1和从动件的运运动规律，设设计该凸轮轮轮廓曲线。设计步骤小结结：①选比例尺μl作基圆rmin。②反向等分各运运动角。原则则是：陡密缓缓疏。③确定反转后，，从动件尖顶顶在各等份点点的位置。④将各尖顶点连连接成一条光光滑曲线。1.对心直动尖顶顶从动件盘形凸轮1’3’5’7’8’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’90°90°A1876543214131211109二、直动从动动件盘形凸轮轮轮廓的绘制制60°120°90°90°135789111315s2δ19’11’13’12’14’10’设计：潘存云云911131513578OeA偏置直动尖顶顶从动件凸轮机构中，，已知凸轮的的基圆半径rmin，角速度ω1和从动件的运运动规律和偏偏心距e，设计该凸轮轮轮廓曲线。2.偏置直动尖顶顶从动件盘形凸轮1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’-ω1ω16’1’2’3’4’5’7’8’15’14’13’12’11’10’9’设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rmin;②反向等分各运动角;③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置;④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k860°120°90°90°s2δ1设计：潘存云云s2δ1911131513578rminA120°-ω11’设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rmin。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’60°90°90°1876543214131211109理论轮廓实际轮廓⑤作各位置滚子子圆的内(外)包络线。3.滚子直动从动动件盘形凸轮轮滚子直动从动动件凸轮机构构中，已知凸凸轮的基圆半半径rmin，角速度ω1和从动件的运运动规律，设设计该凸轮轮轮廓曲线。60°120°90°90°ω1已知:凸轮逆时针转转动,求:凸轮的基圆半半径,转动90之后的压力角角解：基圆速度方向？理论轮廓基圆设计：潘存云云ρa－工作轮廓的的曲率半径，，ρ－理论轮廓的的曲率半径，，rT－滚子半径ρ<rTρa＝ρ－rT<0对于外凸轮廓廓，要保证正正常工作，应应使：ρmin>rT轮廓失真滚子半径的确确定ρa＝ρ＋rTρ＝rTρa＝ρ－rT＝0轮廓正常轮廓变尖ρ内凹ρarTrTρrTρρ>rTρa＝ρ－rT轮廓正常外凸rTρaρ设计：潘存云云s2δ1911131513578rmin对心直动平底底从动件凸轮机构中，，已知凸轮的的基圆半径rmin，角速度ω1和从动件的运运动规律，设设计该凸轮轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺μl作基圆rmin。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。④作平底直线族族的内包络线线。4.对