机械原理课件：第9章 凸轮机构及其设计

第九章凸轮(tūlún)机构及其设计(Chapter9:

CamMechanismsandDesign）精品资料

9-1

凸轮机构的类型和应用(Applicationandtypesofcammechanism)123123精品资料123一、组成(zǔchénɡ):1、凸轮:具有曲线(qūxiàn)轮廓或凹槽的构件,是主动件,通常等速转动。2、从动件:由凸轮控制按其运动规律作移动或摆动运动的构件。3、机架:支承活动构件的构件。精品资料可实现各种复杂的运动规律(guīlǜ)，由于是高副接触,常用于传递动力

不大的场合。二、应用(yìngyòng):精品资料三、分类(fēnlèi):1、按凸轮(tūlún)的形状分：123231123a)b)c)a)盘形凸轮:具有变化向径的盘形构件b)移动凸轮:有曲线轮廓作往复移动的构件。c)圆柱凸轮:在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件。精品资料2、按从动件的形状(xíngzhuàn)分：a)尖顶从动件：这种从动件结构简单,但易磨损,适用于传力不大速度较低的场合.b)滚子从动件：将从动件与凸轮的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦,磨损较小,可用于传递较大的动力,应用较广.a)b)c)c)平底从动件：凸轮对于这种从动件的作用力始终垂直于从动件的平底,受力平稳且接触面间易形成油膜,润滑好,可用高速.精品资料3、按接触(jiēchù)形式分:c)a)b)a)力封闭(锁合):利用弹簧力或自重保持从动件与凸轮始终接触.b).c)几何封闭(几何锁合):靠从动件几何形状或利用凸轮上的凹槽使从动件与凸轮始终接触.精品资料四、内容(nèiróng):1.从动件运动规律(guīlǜ)2.图解法设计凸轮机构3.解析法设计凸轮机构4.凸轮机构的基本尺寸确定精品资料(Motionlawsofcamfollower)一.名词(míngcí)概念:1.基圆:

以理论廓线上最小向径为半径所画的圆即为基圆.半径用ro表示。2.升程(行程,推程):从动件从最低位置到最高位置沿导路方向的距离称为升程,用h表示。摆动从动件即为最大摆角用表示。

9-2从动件的常用运动规律3.推程运动角:从动件从最低位置移到最高位置时,对应凸轮的转角。o4.远休止角:从动件在最高位置静止不动,对应凸轮的转角。s5.回程运动角:从动件从最高位置移到最低位置时,对应凸轮的转角。o6.近休止角:从动件在最低位置静止不动时,凸轮的转角。s00ssroh精品资料从动件运动(yùndòng)形式：a)升-停-降-停0b)升-停-降0d)升-降0c)升-降-停0精品资料

在凸轮机构中,从动件的运动规律是以凸轮转角为自变量而定义的速度和加速度称为类速度和类加速度。类速度(sùdù):类加速度:精品资料1、等速运动(děnɡsùyùndònɡ)规律边界条件:二、从动件的常用(chánɡyònɡ)运动规律精品资料等速运动规律方程和运动曲线:h000o88升程段此种运动规律在运动开始和终了点速度(sùdù)有突变，存在刚性冲击。精品资料回程(huíchéng)段精品资料2、等加速(jiāsù)等减速运动规律升程前半段边界条件:精品资料等加速等减速运动规律方程和运动曲线：升程等加速段方程为：升程等减速段方程为：这种运动规律在运动的始末和中点位置加速度存在有限值的突变,会导致柔性冲击.h精品资料回程段方程如下：回程前半段：回程段方程如下：回程后半段：精品资料3、余弦(yúxián)加速度运动(简谐运动规律)这种运动规律的加速度方程是半个周期的余弦曲线,根据质点(zhìdiǎn)在圆周上作简谐运动如下图所示:hS从动件运动最高点从动件运动最低点∵位移方程:精品资料余弦加速度运动方程(fāngchéng)和运动曲线:升程段方程:回程段方程:精品资料位移曲线S0h0123456214563精品资料此种运动规律由于加速度在运动开始和终了存在有限值的突变,所以也有柔性冲击,但可避免。Sh0123456214563精品资料4、正弦(zhèngxián)加速度运动(摆线运动)这种运动规律(guīlǜ)的加速度方程是整周期的正弦曲线。hS从动件运动最高点从动件运动最低点边界条件:精品资料正弦加速度运动(yùndòng)方程和运动(yùndòng)曲线:升程段方程:回程段方程:精品资料位移曲线0h0123456781234567812345678精品资料此种运动规律加速度曲线没有突变,因而无冲击。0h0精品资料1

9-3

凸轮廓线的设计（Designofcamprofilecurve)一、基本方法(fāngfǎ)——反转法1()反转法：将整个机构加上一个，保证各构件间的相对运动不变。1（）相当于将凸轮固定在纸面上；从动件一方面绕凸轮轴以角速度转动,另一方面按运动规律在导路中移动；1()导路也以角速度绕凸轮轴转动,从动件在各位置上端点的连线便是凸轮廓线。1()精品资料

反转法：将整个机构加上一个，保证各构件间的相对运动不变。相当于将凸轮固定在纸面上；从动件与导路一方面绕凸轮轴以角速度转动,另一方面从动件按运动规律在导路中移动；从动件在各位置端点的连线便是凸轮廓线。1()()1精品资料二.图解法设计(shèjì)凸轮廓线：1.偏置(piānzhì)尖顶（滚子）直动从动件盘形凸轮廓线的设计已知：从动件运动规律（如图示），基圆半径ro,滚子半径rr,偏距e(导路偏在转轴左侧），顺时针转动。求：满足上述要求的凸轮廓线。1201502703600ooooohSero30精品资料解：选画出从动件运动规律。S设计步骤：1）画出基圆，偏心圆及导路线,B0(C0)为从动件尖顶的起始点。0KB0(C0)()120o30o120o90o2)将位移线图与基圆分别等分成相对应的若干等份，1，2，3...9；C1,C2,C3...C9.C5C4C3C2C1C9C8C7C61236785493)过C1,C2,C3...C9各点作偏心圆的切线，沿各切线自基圆起量取从动件位移量即：CiBi=ii,得反转后的Bi点（i1,2,3...9)12345678(B9)B8B7B6B5B4B3B2B14）将B0,B1,B2...B9各点连成光滑曲线，便得到所求的凸轮的理论廓线；再以rr为半径，以理论廓线上各点为圆心画圆包络实际廓线。理论廓线实际廓线精品资料2、平底从动件盘形凸轮廓线设计(shèjì)已知:从动件运动规律,凸轮转向为顺时(shùnshí)针,基圆半径ro。求:凸轮廓线。1803600oooSro精品资料解:选,画出从动件运动规律和凸轮的起始位置.以下步骤同上.1803600oooSro实际廓线精品资料3、摆动尖顶(jiāndǐng)(滚子)从动件盘形凸轮廓线设计已知:从动件运动规律,ro,凸轮与从动件的中心距O1O2=a,从动件杆长O2B0=L,滚子半径为rr,凸轮顺时针转动,从动件摆动方向如图.求:凸轮廓线。0180360oooaLO1O2B0精品资料解:选比例画出从动件运动规律和凸轮的起始位置.以下步骤同上.B0O1O2701234568910B1B2B3B4B5B6B7B8B9理论廓线实际廓线精品资料理论廓线:滚子中心的轨迹线.实际廓线:凸轮的可见轮廓线.尖顶从动件:理论廓线与实际廓线重合。滚子从动件:理论廓线与实际廓线在法线方向上互为等距曲线(qūxiàn).平底从动件:理论廓线与实际廓线是两条不同的曲线(qūxiàn)。精品资料三、用解析(jiěxī)法设计凸轮廓线1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮(tūlún)机构Bo已知：从动件运动规律S,偏距e,滚子半径rr,基圆半径ro,凸轮转向为逆时针转。求：凸轮的理论廓线坐标X,Y和实际廓线坐标X,Y。精品资料Bo解：建立(jiànlì)图示坐标系,B点理论廓线坐标为YXB(X,Y)nn实际(shíjì)廓线坐标为：其中：“-”用于内等距曲线“+”用于外等距曲线。SoSB(X,Y)±±精品资料根据高等数学,B点的切线斜率为：B点的法线斜率为：对（A）求导得：精品资料精品资料2.平底直动从动件盘形凸轮(tūlún)机构已知：从动件运动规律S,从动件平底与导路垂直(chuízhí)，凸轮转向如图。求：凸轮廓线。解：建立图示坐标系,任意B点坐标为:O1132YXB精品资料O1O2B03.摆动(bǎidòng)从动件盘形凸轮机构已知：从动件运动规律。机架长度从动件杆长，凸轮逆时针转动，从动件运动如图。求:凸轮的理论廓线坐标X,Y和实际廓线坐标解：建立(jiànlì)图示的直角坐标系，图示任意位置B点坐标为:YXBO2精品资料O1O2B0YXBO2其中(qízhōng):由运动规律决定。B’nnB’的坐标(zuòbiāo)：其中的求法同上。X’=X±rrcosqY’=Y±rrsinq精品资料直动从动件凸轮廓线坐标(zuòbiāo)如下：类型理论廓线实际廓线YXo1YXo1±±-精品资料摆动从动件凸轮廓线坐标如下：类型理论廓线实际廓线YXo1aYXo1ao2±±精品资料9-4凸轮机构基本尺寸的确定一、凸轮机构(jīgòu)中的作用力与压力角ALbPQR1R2Ｐ—驱动力Ｑ—载荷(zàihè)自重---导路两侧作用在从动件上的总反力---摩擦角---压力角根据平衡条件：(Determinationelementarydimensionsofcammechanism)精品资料ALbPQR1R2平衡方程(fāngchéng)如下:以上(yǐshàng)三式联立求解得:精品资料当其它结构参数一定时,是影响机构受力情况的重要参数:将使“分母=0”的这个压力角称为临界压力角,用表示。精品资料即:

在设计时，必须保证为了提高机械效率,改善受力情况又规定了许用压力角,其三者关系为：精品资料对力封闭的凸轮机构对几何封闭的凸轮机构同升程段。精品资料二、凸轮基圆半径的确定（尖顶(jiāndǐng)、滚子直动从动件）eO1A凸轮基圆的尺寸和压力(yālì)角有直接关系，如左图所示，从动件与凸轮在任意一点Ａ接触。nnttPS0S注:e前符号的确定.精品资料eO1Ass0PeO1Ass0P此式中e前的符号判定：当瞬心点P与导路线在转轴同侧时取“-”号当瞬心点P与导