凸轮机构课件

1、任务三任务三 凸轮机构凸轮机构一一. （一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类 凸轮机构：凸轮机构：由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构凸轮：凸轮：具有控制从动件运动规律的某种曲线或凹槽的主动件。具有控制从动件运动规律的某种曲线或凹槽的主动件。作等速回转运动或往复移动。作等速回转运动或往复移动。凸轮凸轮1从动件从动件2机架机架3o11（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类1、凸轮机构的应用、凸轮机构的应用(application of cams)推杆凸轮机架1、凸轮机构的应用、凸轮机构的应用当圆柱凸轮匀速转动时，

2、通过凹槽中的滚子驱使从动件当圆柱凸轮匀速转动时，通过凹槽中的滚子驱使从动件往复移动。凸轮每回转一周，从动件即从储料器中推出一个往复移动。凸轮每回转一周，从动件即从储料器中推出一个毛坯，送到加工位置。毛坯，送到加工位置。（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类1、凸轮机构的应用、凸轮机构的应用（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类凸轮机构的优缺点凸轮机构的优缺点凸轮机构的优缺点凸轮机构的优缺点（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类2、凸轮机构的分类、凸轮机构的分类1）按凸轮的形状分：）按凸轮的形状分：盘形

3、凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮(translating cam)平平面面凸凸轮轮平平面面凸凸轮轮2、凸轮机构的分类、凸轮机构的分类1）按凸轮的形状分：）按凸轮的形状分：圆柱凸轮圆柱凸轮 （空间凸轮）（空间凸轮）3-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类2、凸轮机构的分类、凸轮机构的分类2）按从动件的形状分：）按从动件的形状分： 尖顶从动件尖顶从动件 滚子从动件滚子从动件 平底从动件平底从动件2）按从动件的形状分：）按从动件的形状分：（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类3）按从动件的运动形式分：）按从动件的运动形式分：

4、移动从动件移动从动件偏置移动从动件偏置移动从动件对心移动从动件对心移动从动件（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类3）按从动件的运动形式分：）按从动件的运动形式分： 摆动从动件摆动从动件力锁合力锁合4）按凸轮高副的锁合方式分：）按凸轮高副的锁合方式分：（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类沟槽凸轮沟槽凸轮等宽凸轮等宽凸轮4）按凸轮高副的锁合方式分：）按凸轮高副的锁合方式分：形锁合形锁合(profile closure)。等径凸轮等径凸轮机构的命名机构的命名对心直动

5、尖顶从动件对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构盘形凸轮机构偏置直动滚子从动件偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构盘形凸轮机构一般凸轮机构的命名原则一般凸轮机构的命名原则:布置形式布置形式+运动形式运动形式+推杆形状推杆形状+凸轮形凸轮形状状 四）按凸轮与从动件维持接四）按凸轮与从动件维持接 触（锁合）的方式分：触（锁合）的方式分：力锁合力锁合形锁合形锁合尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件二）按从动件上高副元二）按从动件上高副元 素的几何形状分：素的几何形状分：摆动从动件摆动从动件移动从动件移动从动件偏置移动从动件偏置移动从动件对心移动从动件对心移动从动件三）按从动件的运动分三）按

6、从动件的运动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一）按凸轮的形状分：一）按凸轮的形状分：凸凸轮轮机机构构的的分分类类小结：小结：二二.任务分析和计划任务分析和计划1、基圆基圆： 凸轮轮廓上最小向径为半径所画的圆。凸轮轮廓上最小向径为半径所画的圆。2、偏距偏距e： 从动件导路偏离凸轮从动件导路偏离凸轮回转中心的距离回转中心的距离e。（一）平面凸轮机构的工作过程和运动参数（一）平面凸轮机构的工作过程和运动参数3 3、推程推程： 4 4、行程行程： 从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的运动规律由离回转中心最近位置运动规律由离回转中心最近位置a到达到达最远

7、位置最远位置b的过程。的过程。从动件在推程中上升的最大位移从动件在推程中上升的最大位移h。5、推程运动角推程运动角：0= aob与推程相应的凸轮转角与推程相应的凸轮转角0。0 sw wa abbrmino ob bc cd d0sh7、远停程角远停程角： 从动件在最远位置停止从动件在最远位置停止不动所对应的凸轮转角不动所对应的凸轮转角s。s = boc6、远停程远停程：凸轮由凸轮由b转动到转动到c，从动从动件在最远位置停止不动。件在最远位置停止不动。0 sw wa abbrmino ob bc cd d0sh9、近停程角近停程角：8、回程运动角回程运动角：0 =cods =aod7 7、回程回

8、程：从动件在弹簧力或重力作用下，以一从动件在弹簧力或重力作用下，以一定的运动规律回到起始位置的过程。定的运动规律回到起始位置的过程。与回程相应的凸轮转角与回程相应的凸轮转角0 。从动件在最近位置停止不动所从动件在最近位置停止不动所对应的凸轮转角对应的凸轮转角s。hsw wa abbrmino ob bc cd dtsh10、近停程角近停程角：与回程相应的凸轮转角与回程相应的凸轮转角0 。 以纵坐标代表从动件位移以纵坐标代表从动件位移s2 ，横坐标代表凸轮转角，横坐标代表凸轮转角1或时间或时间t，所画出的图形为位移曲线图。，所画出的图形为位移曲线图。11、从动件位移线图从动件位移线图：升升停停降

9、降停停t1s2abcdh2p2p0 s0sa0 sw wa abbrmino ob bc cd d0sh 从动件位移线图决定于从动件位移线图决定于凸轮轮廓曲线的形状。凸轮轮廓曲线的形状。（二）从动件常用的运动规律（二）从动件常用的运动规律n1.等速运动规律n2.等加速-等减速运动规律n3.简谐运动规律作推程运动线图作推程运动线图000, 00)()(常数ahvhsh 0s ov o 0 v0a o 01.等速运动规律等速运动规律从动件在推程（或回程）的运动从动件在推程（或回程）的运动速度为常数的运动规律。速度为常数的运动规律。 刚性冲击刚性冲击因此只适用于低速、轻载的场合。因此只适用于低速、轻

10、载的场合。1.等速运动规律等速运动规律hs o 0 0/2h/2v o 0 0/22h / 0a o 0/24h 2/ 02 0 4h 2/ 021.等加速等加速-等减速运动规律等减速运动规律从动件在一个行程从动件在一个行程h中，前中，前半行程做等加速运动，后半行程做等加速运动，后半行程作等减速运动的运半行程作等减速运动的运动规律。动规律。bac2.等加速等加速-等减速运动规律等减速运动规律等加速等减速运动规律运动特性：等加速等减速运动规律运动特性：从动件在运动起始、中点和终止点存在从动件在运动起始、中点和终止点存在柔性冲击；柔性冲击；适用于适用于中速、中载的中速、中载的场合；场合；柔性冲击柔

11、性冲击s oh 0 0/2pp h /2 0 0 0/2v oa o 0 0/2p p2 2 h /2 02-p p2 2 h /2 02从动件加速度在从动件加速度在起点起点和和终点终点存在存在有限值突变，故有有限值突变，故有柔性冲击柔性冲击;若从动件作无停歇的若从动件作无停歇的升降升升降升连续往复运动，加速度曲线变为连续往复运动，加速度曲线变为连续曲线，可以避免柔性冲击连续曲线，可以避免柔性冲击;可适用于可适用于高速的高速的场合。场合。 作业p48 (1)，(3)三三 任务实施任务实施（一）本任务的学习目标（一）本任务的学习目标 图解法设计凸轮轮廓曲线 根据工作条件要求，根据工作条件要求，确

12、定从动件的运动规律确定从动件的运动规律，选定凸，选定凸轮的轮的转动方向、基圆半径转动方向、基圆半径等，进而对等，进而对凸轮轮廓曲线进行凸轮轮廓曲线进行设计。设计。设计方法设计方法: 1.图解法：图解法：简便易行、直观，但精度较低，可用于设计一简便易行、直观，但精度较低，可用于设计一般精度要求的凸轮机构。般精度要求的凸轮机构。 2.解析法解析法:精度高，但计算量大，多用于设计精度要求较高精度高，但计算量大，多用于设计精度要求较高的凸轮机构。的凸轮机构。凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计esb1b-b0rbs-1、图解法的原理、图解法的原理 假想给整个凸轮机构加上假想给整个凸轮机构加上一个与凸轮

13、角速度一个与凸轮角速度 大小相等大小相等、方向相反的、方向相反的角速度（角速度（- ），凸轮将处于静止状态；机架则凸轮将处于静止状态；机架则以以（ - ）的角速度围绕凸轮的角速度围绕凸轮原来的转动轴线转动；而从动原来的转动轴线转动；而从动件一方面随机架转动，另一方件一方面随机架转动，另一方面又按照给定的运动规律相对面又按照给定的运动规律相对机架作往复运动。机架作往复运动。 反转法反转法1、图解法的原理（、图解法的原理（反转法反转法）凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计原机构原机构转化机构转化机构凸轮凸轮从动件从动件机架机架 - =0v -v00 - = - osp29012012 35 6 7

14、h15048-2. 凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计作图法作图法尖顶移动从动件盘型凸轮机构尖顶移动从动件盘型凸轮机构（1）选取适当的比例尺作出选取适当的比例尺作出 位移线图；位移线图；（2）按基本尺寸作出凸轮机构的按基本尺寸作出凸轮机构的 初始位置；初始位置；（3）按按- 方向划分基圆周得方向划分基圆周得 c0、c1、c2 等等 点；并过这点；并过这 些点些点作射作射线，即为反转后的导路线；线，即为反转后的导路线；（4）在各反转导路线上量取与位移在各反转导路线上量取与位移 图相应的位移，得图相应的位移，得b1、b2 等等 点，即为凸轮轮廓上的点。点，即为凸轮轮廓上的点。rbb0b1b2b4b8b5c1

15、c2c4c5120c8b6b7c6c7c0c315090b3滚子从动件凸轮轮廓曲线的设计步骤：滚子从动件凸轮轮廓曲线的设计步骤：（1）画出滚子中心的轨画出滚子中心的轨迹迹 （称为理论轮廓曲线称为理论轮廓曲线）（2）以以理论轮廓上的点理论轮廓上的点为为圆心，圆心，滚子半径滚子半径rt为半径作为半径作一系列的滚子圆，再画滚子一系列的滚子圆，再画滚子圆的内包络线，则为从动件圆的内包络线，则为从动件凸轮的凸轮的实际轮廓曲线实际轮廓曲线。注意：注意：（1）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；（2）凸轮的基圆是指理论轮廓曲线上的基圆。凸轮的基圆是指理论轮廓曲线上的基圆。nnb

16、cr0rt实际轮廓曲线实际轮廓曲线 理论轮廓曲线理论轮廓曲线对心平底直动从动件盘形凸轮对心平底直动从动件盘形凸轮图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线五五. 任务拓展任务拓展 图解法可以简便地作出凸轮轮廓，但作图误差图解法可以简便地作出凸轮轮廓，但作图误差较大，不够精确，所以只适用于对从动件运动规律较大，不够精确，所以只适用于对从动件运动规律要求不太严格的地方。对于精度要求高的高速凸轮要求不太严格的地方。对于精度要求高的高速凸轮等，必须用解析法精确设计。等，必须用解析法精确设计。下一页1. 解析法设计凸轮轮廓曲线解析法设计凸轮轮廓曲线 用解析法设计凸轮轮廓的实质是建立凸轮轮廓用解析法设计

17、凸轮轮廓的实质是建立凸轮轮廓曲线的数学方程式，进而准确地计算出凸轮轮廓线曲线的数学方程式，进而准确地计算出凸轮轮廓线上各点的坐标值，以便对凸轮进行加工和检验。上各点的坐标值，以便对凸轮进行加工和检验。偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计建立凸轮转轴中心的坐标系xoy根据反转法原理，凸轮以转过角；b点坐标为sincos)(cossin)(00essyessx上式即为凸轮理论廓线方程 实际廓线与理论廓线在法线上相距滚子半径rt，则推出sincosttryyrxx式中取“”号时为内等距曲线，取“”号时为外等距曲线1. 1. 用解析法设计凸轮机构用解析法设计凸轮机构 2. 2. 凸轮机构设计中应注意的

18、几个问题凸轮机构设计中应注意的几个问题 设计滚子从动件时若从强度和耐用性考虑，滚子设计滚子从动件时若从强度和耐用性考虑，滚子的半径应取大些。滚子半径取大时，对凸轮的实际轮的半径应取大些。滚子半径取大时，对凸轮的实际轮廓曲线影响很大，有时甚至使从动件不能完成预期的廓曲线影响很大，有时甚至使从动件不能完成预期的运动规律。运动规律。（1 1）滚子半径的选择）滚子半径的选择滚子半径的选择滚子半径的选择（1 1）滚子半径的选择）滚子半径的选择. .凸轮理论轮廓为内凹时凸轮理论轮廓为内凹时 由图(a)可得 =min+rt 实际轮廓曲线曲率半径总大于理论轮廓曲线曲率实际轮廓曲线曲率半径总大于理论轮廓曲线曲率

19、半径。因此，不论选择多大的滚子，都能作出实际轮半径。因此，不论选择多大的滚子，都能作出实际轮廓曲线。廓曲线。 当理论廓线外凸时当理论廓线外凸时(可分为三种情况可分为三种情况)r = r min- rt1) r min rt时 r 0这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线(如图b)2) r min= rt 时r = 0，实际轮廓线变尖，极易磨损，产生失真(如图c)。3) r min rt 时r 0， 即实际曲线出现交叉会出现严重失真(如图d)。（1 1） 滚子半径的选择滚子半径的选择 一般推荐rt=0.8min。 为了避免出现尖点，一般要求 min35mm。凸轮对从动件的作用力f的方向与从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角a称为压力角。acos1ff asin2ff （2 2）压力角的校核）压力角的校核自锁：自锁：当当增大到一定程度后，以增大到一定程度后，以至于导路的摩擦阻力大于有效分力至于导路的摩擦阻力大于有效分力时，无论凸轮给予从动件多大的力，时，无论凸轮给予从动件多大的力