第4章凸轮机构及其他间歇运动机构

1、第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 1 第四章第四章 凸轮机构及其他凸轮机构及其他 间歇运动机构间歇运动机构 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 2 v凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 v从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 v凸轮机构的压力角与基圆半径凸轮机构的压力角与基圆半径 v盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计 v常见的间歇运动机构常见的间歇运动机构 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 3 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 凸轮：具有一定形状的曲线轮廓或凹槽的构件 凸轮机构的组成：凸轮、从动件、机架 F=3n-2pL-2pH=1 第4章凸轮机构及其他

2、间歇运动机 构 4 内内 燃燃 机机 的的 凸凸 轮轮 配配 气气 机机 构构 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 5 绕线机的凸轮绕线机构绕线机的凸轮绕线机构 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 6 缝纫机的凸轮拉线机构 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 7 移动凸轮机构 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 8 分类分类 v按凸轮的形状分按凸轮的形状分 盘形凸轮盘形凸轮 移动凸轮移动凸轮 圆柱凸轮圆柱凸轮 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 9 v按从动件的结构型式分按从动件的结构型式分 尖端从动件尖端从动件 滚子从动件滚子从动件 平底从动件平底从动件 分类 v按从动件的运动方式分按从动件

3、的运动方式分 直动从动件直动从动件 摆动从动件摆动从动件 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 10 v力封闭接触力封闭接触 v形封闭接触形封闭接触 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 11 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 v从动件的的位移、速度及加速度随时间变化从动件的的位移、速度及加速度随时间变化 的规律。的规律。(s2t, v2t, a2t) v表示方法：运动方程，运动线图表示方法：运动方程，运动线图 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 12 对心尖端直动从动件对心尖端直动从动件 盘形凸轮机构盘形凸轮机构 v基圆及基圆半径基圆及基圆半径 r0 v推程：行程推程：行程h，推

4、程运，推程运 动角动角1 v远停：远休止角远停：远休止角2 v回程：回程运动角回程：回程运动角3 v近停：近休止角近停：近休止角4 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 13 v等速运动规律等速运动规律 v等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律 v余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律 v正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 14 一、等速运动规律一、等速运动规律 0 2 1 22 1 2 a t t h tvs t h v常数 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 15 v刚性冲击：从动件的加速度发生无刚性冲击：从动件的加速度发生无 穷突变时对凸轮机构造成的冲

5、击。穷突变时对凸轮机构造成的冲击。 v匀速运动规律适用于低速轻载的凸 轮机构。 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 16 二、等加速等减速运动规律二、等加速等减速运动规律 v从动件在行程中，先作等加速运动，后从动件在行程中，先作等加速运动，后 作等减速运动。前半行程和后半行程对作等减速运动。前半行程和后半行程对 称，等加速等减速的加速度绝对值相等，称，等加速等减速的加速度绝对值相等， 即行程结束时，速度为零。即行程结束时，速度为零。 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 17 2 02 02 02 1 2 1 )2/t0 tas tav aa 等加速阶段（ 2 102 102 02 11 )(

6、2 1 )( )t2/t ttas ttav aa 等减速阶段（ 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 18 v柔性冲击：从动件的加速度发生有柔性冲击：从动件的加速度发生有 限突变时对凸轮机构造成的冲击。限突变时对凸轮机构造成的冲击。 v等加速等减速运动规律适用于中速、 轻载场合。 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 19 三、余弦加速度运动规律三、余弦加速度运动规律 v即简谐运动规律即简谐运动规律 当一个动点当一个动点M M作等速圆周运动时作等速圆周运动时,M,M在这个在这个 圆的直径上投影点的运动为简谐运动。圆的直径上投影点的运动为简谐运动。 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 20 v从动

7、件作简谐运动，行程从动件作简谐运动，行程h=2R，时，时 间为间为t1，则，则Rh/2，t/t1。 )cos1 (cosRRRs 简谐运动位移方程 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 21 t tt h a t tt h v t t h s 1 2 1 2 2 11 2 1 2 cos 2 sin 2 )cos1 ( 2 加速度方程 速度方程 位移方程 有柔性冲击，用于中速、中载或有柔性冲击，用于中速、中载或 高速场合高速场合 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 22 四、正弦加速度运动规律四、正弦加速度运动规律 v圆在一直线上作匀速纯滚动时，圆上某点 的运动轨迹为正摆线，这点在直线上的投 影

8、点的运动为正弦加速度运动规律。 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 23 v从动件的运动与从动件的运动与m点相同，行程点相同，行程h=2R， 时间为时间为t1，则，则Rh/2，2t/t1。 )sin(sinRRRs m点的位移方程 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 24 v既无刚性冲击，又无柔性冲击。既无刚性冲击，又无柔性冲击。 t tt h a t tt h v t tt t hs 1 2 1 2 11 2 11 2 2 sin 2 ) 2 cos1 ( ) 2 sin 2 1 ( 加速度方程 速度方程 位移方程 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 25 v 刚性冲击刚性冲击 v 柔性冲击

9、柔性冲击 v 最大速度最大速度vmax v 最大加速度最大加速度amax 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 26 v压力角及其许用值压力角及其许用值 v压力角与基圆半径的关系压力角与基圆半径的关系 4-3 凸轮机构的压力角与基圆半径凸轮机构的压力角与基圆半径 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 27 一、压力角及其许用值一、压力角及其许用值 v压力角：从动件所受法向力压力角：从动件所受法向力 方向与从动件运动方向之间方向与从动件运动方向之间 所夹的锐角。所夹的锐角。 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 28 v自锁：从动件仅在驱动力作用下，所引起自锁：从动件仅在驱动力作用下，所引起 的摩擦力

10、使机构不能产生运动的现象。的摩擦力使机构不能产生运动的现象。 压力角与凸轮机构传力性能的关系压力角与凸轮机构传力性能的关系 推程和回程压力角的区别推程和回程压力角的区别 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 29 v极限压力角：机构开始自锁时的压力角。极限压力角：机构开始自锁时的压力角。 v许用压力角：设计凸轮机构时允许采用的许用压力角：设计凸轮机构时允许采用的 最大压力角。最大压力角。 直动从动件：直动从动件：3030 摆动从动件：摆动从动件：35354545 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 30 二、压力角与基圆半径的关系二、压力角与基圆半径的关系 r=r0+s2 第4章凸轮机构及其他间

11、歇运动机 构 31 11 12 sincos rv vv B B tan 1 2 v r 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 32 2 1 2 0 tan s v r 结构紧凑， 0 r 机构自锁 压力角与凸轮尺寸的关系压力角与凸轮尺寸的关系 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 33 为什么为什么r r0 0取决于取决于 ？ （1 1） （2 2） ，否则机构自锁，否则机构自锁 2 1 2 0 tan s v r 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 34 例题例题 已知一对心尖端直动从动件已知一对心尖端直动从动件 盘形凸轮机构如图所示，凸轮是盘形凸轮机构如图所示，凸轮是 以以B B点为中心的圆

12、盘，点为中心的圆盘，A A点为其回点为其回 转中心。试用作图法画出：转中心。试用作图法画出： (1)(1)凸轮的基圆和基圆半径；凸轮的基圆和基圆半径； (2)(2)凸轮机构的从动件尖端在图示凸轮机构的从动件尖端在图示 位置位置C C点与凸轮接触时，从动件点与凸轮接触时，从动件 的位移的位移s s； (3)(3)从动件尖端在图示从动件尖端在图示C C点和点和D D点接点接 触时的压力角。触时的压力角。 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 35 凸 轮 运 动 过 程 有无停歇？有无停歇？ 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 36 4-4 4-4 盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计 v当

13、从动件的运动规律和凸轮的基圆半径当从动件的运动规律和凸轮的基圆半径 确定后，即可设计出凸轮轮廓曲线确定后，即可设计出凸轮轮廓曲线 v设计原理：相对运动的原理设计原理：相对运动的原理 v设计方法：图解法和解析法设计方法：图解法和解析法 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 37 v给整个机构一个角速度给整个机构一个角速度 -1 1。从动件绕。从动件绕O O点转动点转动 的同时，沿导路移动，的同时，沿导路移动， 尖端的运动轨迹为凸轮尖端的运动轨迹为凸轮 的轮廓曲线的轮廓曲线 v反转法反转法 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 38 v对心直动从动件对心直动从动件 v偏置直动从动件偏置直动从动件 v摆

14、动从动件摆动从动件 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 39 一、对心直动从动件盘形凸轮一、对心直动从动件盘形凸轮 1. 1. 尖端从动件尖端从动件 凸轮：等角速度凸轮：等角速度1，逆时针，逆时针，r0； 从动件：推程从动件：推程1150，等速运动，等速运动，h； 远停远停230； 回程回程3120,等加速等减速运动；等加速等减速运动； 近停近停460 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 40 v按一定的比例按一定的比例作出从动件的位移线图作出从动件的位移线图s s2 2 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 41 v以以 同同 样样 的的 比比 例例 画画 出出 凸凸 轮轮 基基 圆圆 第4章

15、凸轮机构及其他间歇运动机 构 42 2. 2. 滚子从动件滚子从动件 理论轮廓曲线理论轮廓曲线 滚子半径滚子半径r rk k 实际轮廓曲线实际轮廓曲线 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 43 v当理论轮廓曲线当理论轮廓曲线内凹时内凹时 r rk k 滚子半径滚子半径r rk k不受不受的限制的限制 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 44 v当理论轮廓曲线当理论轮廓曲线外凸时外凸时 r rk k r rk kmin min时，可画出完整的轮廓曲线 时，可画出完整的轮廓曲线 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 45 rkmin时，时， 0 出现尖点出现尖点 易磨损，从而改变预定的从动件运动规律

16、易磨损，从而改变预定的从动件运动规律 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 46 r rk kmin min时， 时， 00 将出现交叉，在将出现交叉，在 交叉点以上部分的曲交叉点以上部分的曲 线加工时将被切去，线加工时将被切去， 致使从动件不能实现致使从动件不能实现 预期的运动规律而发预期的运动规律而发 生运动失真。生运动失真。 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 47 min min 8 . 0 , k k r r 一般选 外凸时， 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 48 3.3.平底从动件平底从动件 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 49 二、偏置直动从动件二、偏置直动从动件 第4章凸

17、轮机构及其他间歇运动机 构 50 v对心直动从动件在反转过程中所占的对心直动从动件在反转过程中所占的 位置是通过凸轮转动中心的径向线位置是通过凸轮转动中心的径向线 v偏置直动从动件在反转过程中所占的偏置直动从动件在反转过程中所占的 位置是偏置圆的切线位置是偏置圆的切线 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 51 三、摆动从动件三、摆动从动件 v凸轮与摆动从动件的中心距凸轮与摆动从动件的中心距lOD，摆动从动件，摆动从动件 长度长度lBD，凸轮基圆半径，凸轮基圆半径r0； v从动件运动规律从动件运动规律 推程：推程：1，余弦加速度运动，余弦加速度运动,max； 远停：远停：2/6； 回程：回程：3

18、/2，等加速等减速运动；，等加速等减速运动； 近停：近停：4/3。 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 52 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 53 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 54 4-5 常用的间歇运动机构常用的间歇运动机构 原动件作连续运动，从动件作周期原动件作连续运动，从动件作周期 性的间歇运动。性的间歇运动。 棘轮机构棘轮机构 槽轮机构槽轮机构 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 55 一、棘轮机构一、棘轮机构 v组成：棘轮、棘爪、机架组成：棘轮、棘爪、机架 v类型：齿式、摩擦式类型：齿式、摩擦式 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 56 齿式棘轮机构齿式棘轮机构 3-3-

19、棘爪棘爪, ,为原动件为原动件, , 往复摆动往复摆动 4-4-棘轮棘轮, ,为从动件为从动件, , 间歇运动间歇运动 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 57 双向齿式棘轮机构双向齿式棘轮机构 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 58 摩擦式棘轮机构摩擦式棘轮机构 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 59 v十字轮机构、马尔他十字轮机构、马尔他 机构机构 v原动拨盘原动拨盘(带有圆销带有圆销A) 作等速转动，从动槽作等速转动，从动槽 轮作间歇转动轮作间歇转动 vO2AO1A 二、槽轮机构二、槽轮机构 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 60 双双 销销 槽槽 轮轮 机机 构构 第4章凸轮机构

20、及其他间歇运动机 构 61 电影放映机中的槽轮机构电影放映机中的槽轮机构 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 62 刀架的转位机构刀架的转位机构 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 63 特点特点 v结构简单，工作可靠，结构简单，工作可靠， 运动平稳；运动平稳； v每次转过每次转过222/z； v槽轮槽数不能太多；槽轮槽数不能太多； v槽轮槽数不能太少槽轮槽数不能太少 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 64 vza22b 21a21b 12 ,tatb v槽数少槽数少(za)的槽轮以较短的时间的槽轮以较短的时间(ta)转过较大转过较大 的槽间角的槽间角(22a) 槽数多槽数多(zb)的槽轮以

21、较长的时间的槽轮以较长的时间(tb)转过较小转过较小 的槽间角的槽间角(22b) 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 65 槽轮机构的主要参数槽轮机构的主要参数 v周期：槽轮机构完成一个运动循环所用的时间。周期：槽轮机构完成一个运动循环所用的时间。 v运动系数：在一个运动循环内，槽轮运动时间与周运动系数：在一个运动循环内，槽轮运动时间与周 期的比。期的比。 槽轮运动时间与拨盘完成一个循环所用的时间之比槽轮运动时间与拨盘完成一个循环所用的时间之比 当拨盘作等速转动时，也可用转角之比表示。当拨盘作等速转动时，也可用转角之比表示。 j d t t K 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 66 单销拨盘单销拨盘 z z K z K 2 2 2 22 2 2 21 1 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 67 单销拨盘单销拨盘 vK=0时，表示槽轮始终不动时，表示槽轮始终不动,与实际运动不符与实际运动不符 vK必须大于必须大于0，即，即z3，zmin=3 vK1/2，即槽轮每次的运动时间总是小于停，即槽轮每次的运动时间总是小于停 歇时间歇时间 z z K 2 2 第4章凸轮机构及其他间歇运动机 构 68 vn为拨盘