《机械原理 第5版》 课件 05-凸轮机构

第五章凸轮机构及其设计机械原理第一节凸轮机构的类型及应用第二节推杆运动规律设计第三节平面凸轮轮廓设计第四节凸轮机构基本尺寸设计本章内容提要一、凸轮机构的组成、特点与应用基本组成：凸轮1一般为主动件推杆2一般为从动件机架31.凸轮机构的组成附加装置：

锁合装置弹簧的作用是保持高副锁合（封闭）第一节凸轮机构的类型及应用2.凸轮机构的特点和应用

推杆可实现各种预期的运动规律；用于传力不大的控制和调节装置凸轮机构特点应用组成凸轮+推杆+机架（+锁合装置）

结构简单，构件少。凸轮与推杆高副接触，传力小；二、凸轮机构的分类与命名用一例说明，对图示凸轮机构作如下分析：凸轮形状：那么，该凸轮机构的名字可以命为：力锁合对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构形锁合偏置滚子从动件平低从动件空间凸轮移动凸轮其他类型盘形凸轮（对心）直动滚子重力锁合可以组合出多种类型的凸轮机构……摆动高副的锁合方式：运动副元素形状：从动件运动形式：对心直动滚子从动件盘形凸轮机构滚子摆动从动件盘形凸轮机构摆动从动件直动从动件直动滚子从动件移动凸轮机构

空间凸轮机构形锁合凸轮机构一、从动件位移与凸轮转角的对应关系偏距e推杆凸轮距凸轮转动中心最近→最远=推程AB----推程运动角φ0(δ0)在最远处停止不动=远休BC----远休止角φs(δ01)

距凸轮转动中心最远→最近=回程CD----回程运动角φ0'

(δ0')在最近处停止不动=近休DA----近休止角φs'

(δ01')

凸轮基圆r0;从动件行程h;

h从动件位移线图0δsδ0δ01δ'0δ02δ01δ02δ0δ'0第二节推杆运动规律设计ω1ABCD二、从动件常用运动规律多项式型一次多项式等速运动规律组合改进型二次多项式等加速等减速五次多项式三角函数型余弦加速度简谐运动正弦加速度摆线运动1.

等速运动规律

svaV0

0

0h＋∞-∞01位移：速度：加速度：（以推程为例分析）

当速度有突变时，理论上加速度为无穷大，此时推杆上的惯性力产生的冲击。刚性冲击:运动特点：在行程的起始和终止位置有刚性冲击，适用于低速。2.等加速等减速运动规律

sva位移：速度：加速度：

0A0-A0

0

0h（以推程为例分析）

当加速度有突变时，推杆上的惯性力产生的冲击。柔性冲击:运动特点：在行程的起始、中间和终止位置有柔性冲击，适用于中速。3.余弦加速度(简谐)运动规律（以推程为例分析）

sva

0

0

0h位移：速度：加速度：运动特点：在行程的起始和终止位置有柔性冲击，适用于中速。

4.正弦加速度(摆线)运动规律运动特点：无冲击，适用于高速。5.

改进型等速运动规律运动特点：满足等速要求且无冲击，适用于高速。三、从动件运动规律的选择1.首先考虑满足机器工作要求2.考虑使机器有良好的动力特性3.考虑凸轮加工方便简单

h-φ关系——简单曲线模拟函数关系——别无选择考虑因素：冲击、速度幅值vmax、加速度幅值amax对于重载凸轮机构：应选择vmax值较小的运动规律；对于高速凸轮机构：应选择amax值较小的运动规律。高速凸轮一、凸轮轮廓设计基本原理反转法：第三节平面凸轮轮廓设计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，一边沿导路作往复运动。1.直动尖顶从动件盘形凸轮二、图解法设计凸轮轮廓已知：凸轮以角速度ω逆时针回转，其基圆半径r0、偏距e及从动杆运动规律为：凸轮转角从动杆运动0°～120°等速上升h120°～180°远休180°～270°余弦加速度下降h

270°～360°近休(1)作从动件位移线图。

s60°120°90°90°（2）作凸轮机构初始位置。

s60°120°90°90°r0e（3）找从动杆的反转位置。0120°60°90°90°56789（4）量取从动杆在各反转位置上的位移。1243（5）将从动杆末端各点连成光滑曲线。-ω（1）作从动件位移线图。2.直动滚子从动件盘形凸轮(1)

将滚子中心视为尖顶，按尖顶从动杆设计凸轮轮廓——理论轮廓。(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。3.直动平底从动件盘形凸轮(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。4.摆动从动件盘形凸轮注意：（1）从动件位移表示的为角位移；（2）找从动件反转位置时，应保持凸轮转动中心与从动杆摆动中心距离不变。滚子中心B：——理论轮廓方程工作轮廓上B'：——工作轮廓方程注意：e的正负：

凸轮逆时针，e偏在右侧时——为正；e偏在左侧——为负。

凸轮顺时针，e偏在右侧时——为负；e偏在左侧——为正。三、解析法设计凸轮轮廓已知：运动规律求解：轮廓第四节凸轮机构基本尺寸设计从动件位移线图0δsδ0δ01δ'0δ02ω1ABCD一、凸轮机构的压力角及其许用值

压力角

:

从动件在与凸轮轮廓接触点B处所受正压力的方向与从动件上点B的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。通常规定：

max≤

[

]许用压力角[

]的推荐值为：

推程：直动从动件[

]=30º~40º

摆动从动件[

]=35º~45º

回程：[

]'=70º~80º二、凸轮基圆尺寸的确定可根据许用压力角计算基圆半径1.由压力角确定

r0↗——

↘当偏距及运动规律一定时：2.由凸轮结构确定根据凸轮与轴的结构关系由经验确定基圆。凸轮轴：r0>r轴毂连接:r0=(1.6~2.0)rrr三、滚子半径的选择2.凸轮理论轮廓为外凸时(1)当ρ>rr时,ρa>0。1.凸轮理论轮廓为内凹时不失真的条件：滚子半径rr<

min

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.