项目一凸轮机构的结构及设计课件

项目一

凸轮机构的结构及设计任务一

凸轮机构的类型及特点1任务二

凸轮从动件的运动规律2任务三

凸轮机构的设计3目录任务一

凸轮机构的类型及特点01PART凸轮机构的类型及特点1．凸轮机构的应用广泛应用于各种自动机械和自动控制装置中。（1）实例绕线机中的凸轮机构内燃机配气机构（2）特点

优点：只要适当的设计凸轮廓线即可实现各种运动规律；结构简单，构件少，紧凑；

缺点：点、线接触，故易磨损，传力不大；凸轮制造较困难。凸轮机构的类型及特点

凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常为主动件作等速转动，但也有作往复摆动或移动的；被凸轮直接推动的构件称为推杆。若凸轮为从动件，则称之为反凸轮机构。凸轮机构的类型及特点2．凸轮机构的分类（1）按凸轮的形状分1）盘形凸轮3）圆柱凸轮1）力封闭的凸轮机构2）几何封闭的凸轮机构2）移动凸轮凸轮机构的类型及特点（2）按推杆的端部形式及运动形式分1）端部形式：尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆2）运动形式：直动推杆（对心、偏置）和摆动推杆凸轮机构的类型及特点3）按保持高副接触（锁合）方法分1）力封闭的凸轮机构2）几何封闭的凸轮机构利用弹簧力来使推杆与推轮保持接触任务二

凸轮从动件运动规律02PART凸轮机构从动件运动规律基圆基圆半径r0推程推程运动角δ1远休远休止角δ2回程回程运动角δ3近休近休止角δ4行程h1.名词术语及符号凸轮机构从动件运动规律推杆运动规律：s＝s(t)＝s(δ)v＝v(t)＝v(δ)a＝a(t)＝a(δ)

也就是指推杆的位移s、速度v和加速度a随凸轮转角δ变化的规律。2．从动件的几种常用运动规律（1）多项式运动规律推杆的多项式运动规律的一般表达式为：s=C0+C1δ+C2δ2+…+Cnδn

式中δ为凸轮转角；s为推杆位移；C0，C1，C2，…Cn为待定系数，可利用边界条件等来确定。凸轮机构从动件运动规律推程时：s=hδ/δ1在始末两瞬时有刚性冲击。推杆等加速推程段：s=2hδ2/δ12推杆等减速推程段：s=h－2h(δ1－δ)2/δ12在始、中、末三瞬时有柔性冲击。1）一次多项式运动规律（等速运动规律）2）二次多项式运动规律（等加速等减速或抛物线运动规律）回程的位移方程：s=h－

hδ/δ3凸轮机构从动件运动规律

对于多项式运动规律，其多项式中待定系数的数目应与边界条件的数目相等，其数目多少应根据工作要求来确定。但当边界条件增多时，会使设计计算复杂，加工精度也难以达到，故通常不宜采用太高次数的多项式。s＝10hδ3/δ13－15hδ4/δ14＋6hδ5/δ15既无刚性冲击，又无柔性冲击。3）五次多项式运动规律

（3-4-5多项式运动规律）（2）三角函数运动规律推程时：s＝h[(δ/δ1)－sin(2πδ/δ1)/(2π)]推程时：s＝h[1－cos(πδ/δ1)]/2由右图知，在始、末两瞬时有柔性冲击。1）余弦加速度运动规律（简谐运动规律）2）正弦加速度运动规律（摆线运动规律）凸轮机构从动件运动规律既无刚性冲击，又无柔性冲击。凸轮机构从动件运动规律3．推杆的运动规律的选择1）机器的工作过程只要求凸轮转过角度δ0时，推杆完成一个行程h或角行程Φ，而对其运动规律并未作严格要求。

在此情况下，可考虑采用圆弧、直线或其他简单曲线为凸轮廓线。例

主令开关中的凸轮机构2）机器的工作过程对推杆的运动规律有完全确定的要求。此时只能根据工作所需要的运动规律来设计。3）对于速度较高的凸轮机构，还应考虑该种运动规律的速度最大值vmax、加速度最大值amax和跃度的最大值jmax等。

组合原则要保证在衔接点上运动参数保持连续；在运动的始末处满足边界条件。（3）组合型运动规律凸轮机构从动件运动规律最大速度vmax(hω/δ1)×最大加速度amax(hω2/δ12)×最大跃度jmax(hω2/δ12)×运动规律等速运动等加速运动余弦加速度正弦加速度5次多项式1.002.001.572.001.88适用场合39.560.04.004.936.285.77∞∞∞中速轻载低速轻载中低速重载中高速轻载高速中载表3-1任务三

凸轮机构的设计03PART凸轮机构的设计无论是采用作图法还是解析法设计凸轮廓线，所依据的基本原理都是反转法原理。例偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构1．凸轮廓线设计的基本原理

当给整个凸轮机构加一个公共角速度－ω，使其绕凸轮轴心转动时，凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其导轨作反转运动，另一方面又沿导轨作预期的往复运动。推杆在这种复合运动中，其尖顶的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线。

当根据凸轮机构的工作要求和结构条件选定了其机构的型式、基本尺寸、推杆的运动规律和凸轮的转向之后，就可以进行凸轮轮廓曲线的设计了。凸轮廓线设计的方法：图解法和解析法主要用解析法（1）凸轮的轮廓曲线与推杆的相对运动关系3.凸轮机构的设计

在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而其推杆相对凸轮作反转运动，同时又在其导轨内作预期运动，作出推杆在这种复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线。这就是凸轮廓线设计方法的反转法原理。（2）凸轮廓线设计方法的基本原理2．用解析法设计凸轮的轮廓曲线

用解析法设计凸轮廓线，就是根据工作所要求的推杆运动规律和已知的机构参数，求凸轮廓线的方程式，并精确地计算出凸轮廓线上各点的坐标值。凸轮机构的设计（1）偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构

凸轮机构的设计（2）对心平底推杆盘形凸轮机构

凸轮机构的设计（3）摆动滚子推杆盘形凸轮机构

凸轮机构的设计例题

用解析法设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。已知凸轮沿逆时针方向匀速转动，正偏置，偏距e=12mm，凸轮转角δ=0º~150º时，推杆以摆线运动规律上升25mm；δ=150º~180º时推杆远休止；δ=180º~280º时推杆按简谐运动规律返回；δ=280º~360º时推杆近休止。

分析：偏置直动滚子从动件盘形凸轮的理论廓线方程为：其中e=15mm，r0=50mm，推程远休止回程近休止S=25S=0计算可得到凸轮的理论廓线坐标(x,y)凸轮机构的设计

xy015.00047.6971023.06344.4152030.53740.0453037.44734.859

凸