《动力传动基础》第一章绪论

1、TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础动力传动基础第六讲凸轮机构和间歇运动机构主讲：沈润杰电子与信息工程学院TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础主要内容：主要内容：一、凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用和分类二、从动件的运动规律二、从动件的运动规律三、凸轮轮廓曲线的设计三、凸轮轮廓曲线的设计四、凸轮机构基本尺寸的确定四、凸轮机构基本尺寸的确定五、间歇运动机构五、间歇运动机构TONGJI UNIVERSITYEl

2、ectonic&Information Engineering College动力传动基础1凸轮机构的应用凸轮机构的应用（1）实例）实例（2）特点）特点 适当的设计凸轮廓线可实现各种运动规律，结构简单，紧凑；适当的设计凸轮廓线可实现各种运动规律，结构简单，紧凑；但易磨损，传力不大。但易磨损，传力不大。TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础凸轮凸轮从动件从动件机架机架高副机构高副机构 凸轮：凸轮：具有特定曲线轮廓或沟槽的构件，通常在具有特定曲线轮廓或沟槽的构件，通常在 机构运动中作主动件。机构运动中作主动件

3、。从动件：从动件：与凸轮接触并被直接推动的构件。与凸轮接触并被直接推动的构件。机架：机架：支撑凸轮和从动件的构件。支撑凸轮和从动件的构件。TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础2凸轮机构的分类凸轮机构的分类1）盘形凸轮（移动凸轮）盘形凸轮（移动凸轮）2）圆柱凸轮）圆柱凸轮1）尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆）尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆2）对心直动推杆、偏置直动推杆和摆动推杆）对心直动推杆、偏置直动推杆和摆动推杆1）力封闭的凸轮机构）力封闭的凸轮机构2）几何封闭的凸轮机构）几何封闭的凸轮机构TONGJI UN

4、IVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础主要内容：主要内容：一、凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用和分类二、从动件的运动规律二、从动件的运动规律三、凸轮轮廓曲线的设计三、凸轮轮廓曲线的设计四、凸轮机构基本尺寸的确定四、凸轮机构基本尺寸的确定五、间歇运动机构五、间歇运动机构TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础基圆基圆 基圆半径基圆半径 r0推程推程 推程运动角推程运动角 0远休远休 远休止角远休止角 01回程回程 回程运动角回程运动

5、角 0近休近休 近休止角近休止角 02行程行程 h推杆运动规律：推杆运动规律：s s(t) s( )v v(t) v( )a a(t) a( )TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础推杆的多项式运动规律的一般表达式为：推杆的多项式运动规律的一般表达式为：s = C0+C1+C2 2+Cn n式中式中 为凸轮转角；为凸轮转角；s为推杆位移；为推杆位移；C0、C1、C2、为待定系数，为待定系数， 可利用边界条件等来确定。可利用边界条件等来确定。2推杆常用的运动规律推杆常用的运动规律TONGJI UNIVERS

6、ITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础（1）多项式运动规律）多项式运动规律推程时：推程时：s = h /0在始末两瞬时有在始末两瞬时有刚性冲击刚性冲击。s = C0+C1 =0 S=0 C0=0 ; = 0 S=h C1= h/0 TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础推杆等加速推程段：推杆等加速推程段： s = 2h 2/02推杆等减速推程段：推杆等减速推程段： s = h2h(0 )2/02在始、中、末三瞬时有在始、中、末三瞬时有柔性冲击柔

7、性冲击。2）（等加速等减速等加速等减速或或抛物线运动规律抛物线运动规律）s = C0+C1+C2 2TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础 对于多项式运动规律，其多项式中待定系数的数目应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，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。故通常不宜采用太高次数

8、的多项式。说明说明s10h 3/0315h 4/046h 5/05既无刚性冲击，又无柔性冲击。既无刚性冲击，又无柔性冲击。3）（3-4-5多项式运动规律多项式运动规律）TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础（2）三角函数运动规律）三角函数运动规律推程时：推程时：sh( /0)sin(2 /0) /(2)推程时：推程时：sh1cos( /0)/2在始、末两瞬时有柔性冲击。在始、末两瞬时有柔性冲击。1）（简谐运动规律简谐运动规律）2）（摆线运动规律摆线运动规律）既无刚性冲击，又无柔性冲击。既无刚性冲击，又无柔

9、性冲击。 组合原则组合原则 要保证在衔接点上运动参数保持连续；在运动的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。始末处满足边界条件。TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础3推杆的运动规律的选择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）机器的工作过程只要求凸轮转过角度0时，推杆完成一时，推杆完成一个行程个行程 h或角行程或角行程，而对其运动规律并未作严格要求。，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在此情况下，可考虑采用圆弧

10、、直线或其他简单曲线为凸轮廓线。廓线。2）机器的工作过程对推杆的运动规律有完全确定的要求。）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。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）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度最大值vmax、加速度最大值、加速度最大值amax和跃度的最大值和跃度的最大值 jmax等。等。TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础最大速度最大速度vmax(h /0)最大加

11、速度最大加速度amax(h2/02)最大跃度最大跃度jmax(h2/02)运动规律运动规律等速运动等速运动等加速运动等加速运动余弦加速度余弦加速度正弦加速度正弦加速度5次多项式次多项式1.002.001.572.001.88适用场合适用场合39.560.04.004.936.285.77中速轻载中速轻载低速轻载低速轻载中低速重载中低速重载中高速轻载中高速轻载高速中载高速中载表表 9-1TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础主要内容：主要内容：一、凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用和分类二、从动件的运动

12、规律二、从动件的运动规律三、凸轮轮廓曲线的设计三、凸轮轮廓曲线的设计四、凸轮机构基本尺寸的确定四、凸轮机构基本尺寸的确定五、间歇运动机构五、间歇运动机构TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础 当根据凸轮机构的工作要求和结构条件选定了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其机构的型式、基本尺寸、基本尺寸、推杆的运动规律和凸轮、推杆的运动规律和凸轮的转向之后，就可以进行的转向之后，就可以进行凸轮轮廓凸轮轮廓曲线的设计了。曲线的设计了。凸轮廓线设计的方法：凸轮廓线设计的方法：作图法和解析法作图法和

13、解析法TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础 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原理都是反转法原理反转法原理。例例 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构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凸轮廓线设计的基本原理 当给整个凸轮机构加一个当给整个凸轮机构加一个公共角速度公共角速度，使其绕凸轮轴心，使其绕凸轮轴心转动时，转动时， 凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其导轨作反转凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其导轨作反转运动运动

14、另一方面又沿导轨作预期的往复运动。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，推杆在这种复合运动中，其尖顶的运动轨迹即为其尖顶的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线凸轮的轮廓曲线。（1）TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础 在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而其推杆相对凸在设计凸轮廓线时，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，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复合运

15、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。线。 这就是凸轮廓线设计方法的这就是凸轮廓线设计方法的反转法原理反转法原理。TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础2用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线 （1）直动推杆盘形凸轮廓线的设计）直动推杆盘形凸轮廓线的设计 结论结论 尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计是滚子推杆和平底推盘尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计是滚子推杆和平底推盘形凸轮廓线设计的基本问题及方法。形凸轮廓线设计的基本问题及方法。TONGJI UNIVERSITYElectonic&Informat

16、ion Engineering College动力传动基础（2）摆动推杆盘形凸轮廓线的设计）摆动推杆盘形凸轮廓线的设计 总总结结 对于滚子推杆（或平底推杆）的盘形凸轮廓线的设对于滚子推杆（或平底推杆）的盘形凸轮廓线的设计，只要先将其计，只要先将其滚子中心点滚子中心点（或（或推杆平底与其导路中心线的交推杆平底与其导路中心线的交点点）视为尖顶推杆的尖顶视为尖顶推杆的尖顶，就可用尖顶推杆盘形凸轮廓线的设，就可用尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计方法来确定出凸轮计方法来确定出凸轮理论廓线理论廓线上各上各点的位置点的位置；然后再以这些点然后再以这些点为圆心作出一系列滚子圆（或过这些点作一系列平底推杆的平为圆心作

17、出一系列滚子圆（或过这些点作一系列平底推杆的平底线），再作出此圆族（或直线族）的包络线。即得所设计凸底线），再作出此圆族（或直线族）的包络线。即得所设计凸轮的轮的工作廓线工作廓线。TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础3用解析法设计凸轮的轮廓曲线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，律和已知的机构参数，求凸轮廓线的方程式， 并精确地计算出凸并精确地计算出凸轮廓线上各点的坐标

18、值。轮廓线上各点的坐标值。 结论结论 摆动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计方法与直动尖顶推摆动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计方法与直动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计方法基本类似，所不同的是推杆的预期运杆盘形凸轮廓线的设计方法基本类似，所不同的是推杆的预期运动规律及作图设计中都要用到推杆的角位移动规律及作图设计中都要用到推杆的角位移 表示，即将直动推表示，即将直动推杆的各位移方程中的杆的各位移方程中的位移位移s改为角位移改为角位移 , 行程行程h改为角行程改为角行程，就，就可用来求摆动推杆的角位移了。可用来求摆动推杆的角位移了。TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information En

19、gineering College动力传动基础主要内容：主要内容：一、凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用和分类二、从动件的运动规律二、从动件的运动规律三、凸轮轮廓曲线的设计三、凸轮轮廓曲线的设计四、凸轮机构基本尺寸的确定四、凸轮机构基本尺寸的确定五、间歇运动机构五、间歇运动机构TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础1凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角（2）凸轮机构的压力角）凸轮机构的压力角F G/cos( +1)(1+ 2b/l)sin( +1)tan2 若若 大至使大至使F增增至无穷大时，机构将发生自

20、锁。至无穷大时，机构将发生自锁。 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角是指推杆所受正压力的方向与推杆上点是指推杆所受正压力的方向与推杆上点 B的速度方向之间所夹的锐角，的速度方向之间所夹的锐角， 它是影响凸轮机构受它是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。力情况的一个重要参数。常以常以表示。表示。在其他情况不变的情况下，在其他情况不变的情况下， 愈大，愈大，F愈大，愈大， 此时机构的压力角称为此时机构的压力角称为临界压力临界压力角角c， 即即 carctan1/(12b/l )tan21TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering Colleg

21、e动力传动基础 为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角max小于临小于临界压力角界压力角c，增大增大l，减小减小b，可以使可以使c值提高。值提高。 通常通常规定：凸轮机构的最大压力角规定：凸轮机构的最大压力角max应小于某一应小于某一许用压力角许用压力角，生产实际中，为了提高机构的效率，改善其受力情况，生产实际中，为了提高机构的效率，改善其受力情况，即即max (c)许用压力角许用压力角的一般取值为的一般取值为推程时：推程时： 直动推杆直动推杆30摆动推杆摆动推杆35 45回程时：回程时：70 80TONGJI UNIVERSITYElectoni

22、c&Information Engineering College动力传动基础2凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定tan(ds/d )e/（r02e2)1/2s在偏距一定，推杆的运动规律已知的条件下，在偏距一定，推杆的运动规律已知的条件下，可减小压力角可减小压力角，加大基圆半径加大基圆半径r0，从而改善机构的传力特性，从而改善机构的传力特性， 但机构的尺寸会增大。但机构的尺寸会增大。（2）凸轮基圆半径的确定）凸轮基圆半径的确定 凸轮基圆半径的确定的原则是：凸轮基圆半径的确定的原则是：应在满足应在满足max的条件下，的条件下，合理地确定凸轮的基圆半径，使凸轮机构的尺寸不至过大。合理地确定凸轮的

23、基圆半径，使凸轮机构的尺寸不至过大。先按满足推程压力角先按满足推程压力角的条件来确定基圆半径的条件来确定基圆半径r0， 即即r0(ds/d e)/tan s2+e21/2 用上式计算得用上式计算得 r0随凸轮廓线上各点的随凸轮廓线上各点的ds/d、s值的不同而不值的不同而不同，同， 故需确定故需确定 r0 的极大值，即为凸轮基圆半径的最小半径值。的极大值，即为凸轮基圆半径的最小半径值。TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础还要考虑满足凸轮的结构及强度的要求：还要考虑满足凸轮的结构及强度的要求： 当凸轮和轴

24、做成一体时，凸轮工作廓线的最小半径应略大于当凸轮和轴做成一体时，凸轮工作廓线的最小半径应略大于轴的半径。轴的半径。 当凸轮和轴单独制作时，凸轮上要作出轮毂，此时凸轮工作当凸轮和轴单独制作时，凸轮上要作出轮毂，此时凸轮工作廓线的最小半径应略大于轮毂的外径。可取凸轮工作廓线的最小廓线的最小半径应略大于轮毂的外径。可取凸轮工作廓线的最小直径等于或大于轴径的（直径等于或大于轴径的（1.62）倍。）倍。TONGJI UNIVERSITYElectonic&Information Engineering College动力传动基础3滚子推杆滚子半径的选择滚子推杆滚子半径的选择 采用滚子推杆时，滚子半径的选择，要考虑滚子的