机械设计基础第 3章学习资料

机械设计基础第三章凸轮机构机械原理部分

第3章凸轮机构

3-1凸轮机构的应用和类型一.凸轮机构的应用在自动化和半自动化机械中应用非常广泛。不过，由于凸轮与从动件是高副接触，比压大，易于磨损，故该机构多用于传递动力不大的场合。图3－Aetu3-A

1132e

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1132e132e132e132e132e132e132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh3机架2从动件eh1凸轮高副eh凸轮机构——由凸轮，从动件和机架构成的三杆高副机构。eh弹簧力锁合——力封闭的凸轮机构eh图3-B二.凸轮机构的类型h凸轮机构的分类etu8-03-9

Tu3-Beh摆动从动件凹槽凸轮滚子直动从动件按从动件的运动分类

滚子直线移动或摆动eh摆动从动件凸轮机构凹槽凸轮滚子直动从动件凸轮机构按从动件的运动分类直线移动或摆动滚子从动件凸轮机构eee尖顶从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构按从动件的形状分类尖顶平底滚子按从动件的运动分类摆动从动件凹槽凸轮机构直动从动件凸轮机构按从动件的形状分类滚子从动件凸轮机构尖顶从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构小结按凸轮的形状分类移动（板状）凸轮机构移动按凸轮的形状分类移动（板状）凸轮机构圆柱凸轮机构移动圆柱凸轮按凸轮的形状分类移动（板状）凸轮机构圆柱凸轮机构圆锥凸轮机构圆柱凸轮移动按凸轮的形状分类移动（板状）凸轮机构圆柱凸轮机构圆锥凸轮机构盘形凸轮机构

1132e按凸轮的形状分类移动（板状）凸轮机构圆柱凸轮机构圆锥凸轮机构盘形凸轮机构

1132e摆动从动件凹槽凸轮机构直动从动件凸轮机构按从动件的运动分类滚子从动件凸轮机构尖顶从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构按从动件的形状分类按凸轮的形状分类盘形凸轮机构圆锥凸轮机构圆柱凸轮机构移动（板状）凸轮机构按高副维持接触的方法分类形封闭的凸轮机构力封闭的凸轮机构凸轮机构的分类总结形封闭的凸轮机构的几种型式(非机类不讲）LL等宽等宽凸轮dd等径等宽凸轮等宽凸轮机构等径凸轮机构形封闭凸轮机构的型式等宽凸轮等径凸轮等宽凸轮机构等径凸轮机构形封闭凸轮机构的型式主回凸轮机构等径凸轮等宽凸轮机构等径凸轮机构主回凸轮机构槽凸轮机构形封闭凸轮机构的型式主回凸轮三.凸轮机构的设计只需设计适当的凸轮轮廓,便可使从动件得到所需的运动规律。为此，需要研究以下内容：

3－2从动件的常用运动规律

3－3凸轮机构的压力角

3－4图解法设计凸轮轮廓。3－2从动件的常用运动规律一.凸轮机构的运动及其从动件的位移线图

观察演示,搞懂以下概念,及其对应关系:)对主动件凸轮而言对从动件而言

推程运动角

t

推程S

升程h

远休止角s

远程休息

回程运动角h

回程S

近休止角s

近程休息圆弧段

Tu3-5圆弧段圆弧段1200120060060012001200600600rmin基圆（rmin）——以最短向径所作的圆12001200600600rminFEBD12001200600600rminFEBDS2

1120012000600180012006003600300012001200600600rbFEBDS2

1120012000600180012006003600300012001200600600rbFEBDS2

11200120006001800120060036003000h升程h——推杆的最大位移。其对应的凸轮转角

t——推程角

t12001200600600rbFEBDS2

11200120006001800120060036003000h

tEF段从动件在远处停止，其对应的转角

s——远休止角。

s远休止角推程角12001200600600rbFEBDS2

11200120006001800120060036003000h

tEF段从动件在远处停止，其对应的转角

s——远休止角。

s远休止角推程角12001200600600rbFEBDS2

11200120006001800120060036003000h12001200600600rbFEBDS2

11200120006001800120060036003000h

t

s

h

s'

t——推程角；

s——远休止角

h——回程角；

s

——近休止角

二.几种常用的从动件运动规律;及其应用场合1.等速运动规律2.等加速等减速运动规律3.简谐运动规律(余弦加速度运动规律)

1

tv2ha2a

a

s2tu3-6v0位移方程S2=h

1/t速度方程v2=h1/t加速度方程a2=0此即为等速运动规律s2h

1.等速运动规律位移方程S2=h

1/t

1

tv2速度方程v2=h

1/t位移方程S2=h

1/

t

1v00

ta2a2

a2

加速度方程a2=0（在运动开始与升程处其加速度达到）速度方程v2=h1/

t

位移方程S2=h

1/

t

1

1v2ha2a

a

s2等速运动规律的运动线图

tv0

1

tv2ha2a

a

s2v0

1a2

t/2

t/2+a

1s2

t/2

t/2h/2htu3-72.等加速等减速运动规律分两段：等加速段等减速段a2+a

1s2h/2hv2等加速段

1

1

t/2

t/2

t/2

t/2

t/2

t/2根据式(3-3)画出运动线图

1s2

t/2h/2h-a+aa2v2等减速段

1

1

t/2

t/2

t/2

t/2

t/2根据式(3-4)绘出运动线图-a+av2

1s2

t/2h/2h

1

1

t/2

t/2

t/2

t/2

t/2a2合成图a-a+av

1s

t/2h/2h

t/23.简谐运动规律tu3-8

h

1s2余弦加速度运动规律又称简谐运动规律。当一点在圆周上等速运动时，其在直径上投影的运动即简谐运动

h

1s2

t

t/2v2

1

t

t/2a2

1

t

t/2S2,v2,a2

1S,v,a

1

0/2

0三.位移曲线的绘制1.等加速等减速运动S2--

1曲线

1s2h1234563

3

01494101"2"2.简谐运动S2--

1曲线的绘制:h

1s2h

1s2h

1s2

3-3凸轮机构的压力角一.压力角及其与作用力的关系1.压力角

:作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角。2.压力角与作用力的关系图3-9rminoB0eK0

1tu3-9rminoB0eK0

1srminABeK

1ss0nn

P

B点的法线rminABeK

1ss0nn

PF

凸轮对推杆的力沿法线传递rminABeK

1ss0nn

PF

V2力F的方向线与从动件受力点速度V2方向线间所夹的锐角——压力角

rminABeK

1ss0nn

P

FF

F

将F分解为两个分力,其中F

为有用力，F

为有害力。故

愈小传力愈好。所以应使

max[

对于直动从动件凸轮机构：]=300。rminABeK

1ss0nn

PF

若从动件左偏置，受力情况如何？rminAeK

1ss0nP若从动件为左偏置，受力情况如何？BBBBBrminABeK

1ss0nn

PF

rminABeK

1nn

PF

V2V2二.压力角与凸轮机构尺寸的关系由上文可知,凸轮廓线上各点的压力角是变化的,而且小了好,所以应使max[]。由图可知，欲使机构紧凑,就应使基圆半径rmin小。由公式可知:在其它条件不变的情况下,基圆半径rmin越小,压力角越大。rmin过小，就会使

[]。因此实际设计中，只能在保证min[]的前提下,缩小凸轮的尺寸。注意!作者：潘存云教授设计：潘存云60°r0120°-ωω1’已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆r0。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.对心直动尖顶从动件盘形凸轮1’3’5’7’8’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’90°90°A1876543214131211109二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制60°120°90°90°135789111315s

δ9’11’13’12’14’10’作者：潘存云教授2)对心直动滚子推杆盘形凸轮设计：潘存云s

δ911131513578r0A120°-ω1’设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆r0。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作各位置滚子圆的内(外)包络线。已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。60°120°90°90°ω作者：潘存云教授3)对心直动平底推杆盘形凸轮设计：潘存云s

δ911131513578r0已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺μl作基圆r0。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作平底直线族的内包络线。8’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’-ωωA1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’12345678151413121110960°120°90°90°作者：潘存云教授设计：潘存云911131513578OeA已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’-ωω6’1’2’3’4’5’7’8’15’14’13’12’11’10’9’设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆r0;②反向等分