s第3章凸轮机构

1、第三章第三章 凸轮机构及其设计31 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型32 从动件常用运动规律从动件常用运动规律33 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角34 图解法设计凸轮机构图解法设计凸轮机构35 解析法设计凸轮机构解析法设计凸轮机构e1132e在设计机械时，常要求其中某些从动件的位移、速度、加速度按照预定的规律变化。此时，通常多采用凸轮机构。1132e1132e1132e1132e132e132e132e132e132e132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh3机架2从动件eh1凸轮高副eh凸轮机构凸轮机构 由凸轮，从动件由凸

2、轮，从动件和机架构成的三杆高副机构和机架构成的三杆高副机构。eh弹簧力锁合弹簧力锁合力封闭的凸轮机构力封闭的凸轮机构eh凸凸轮轮机机构构的的优优点点：只要适当地设计凸轮的轮廓曲线，便可使从动件获得任意预定的运动规律，且机构简单紧凑。凸凸轮轮机机构构的的缺缺点点：凸轮与从动件是高副接触，比压较大，易于磨损，故这种机构一般仅用于传递动力不大的场合。h凸轮机构的分类e 图 3-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示例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按凸轮的形状分类移

3、动（板状）凸轮机构按凸轮的形状分类移动（板状）凸轮机构圆柱凸轮机构 示例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LL等宽等宽凸轮dd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等宽凸轮机构

4、等径凸轮机构形封闭凸轮机构的型式主回凸轮机构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作者：潘存云教授绕线机构绕线机构3作者：潘存云教授12A线线应用实例：应用实例：作者：潘存云教授3皮带轮皮带轮5卷带轮卷带轮录音机卷带机构录音机卷带机构1放音键放音键2摩擦轮摩擦轮413245放音键放音键卷带轮卷带轮皮带轮皮带轮摩擦轮摩擦轮录音机卷带机构录音机卷带机构作者：潘存云教授作者：潘存云教授132送料机构送料机构作者：潘存云教授ot s凸轮机构设计的基本任务凸轮机构设计的基本任务: : 1) 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式根据工作要求选定凸轮机构的形式; ;名词术语：名词术

5、语：基圆、基圆、推程运动角、推程运动角、基圆半径、基圆半径、推程、推程、远休止角、远休止角、回程运动角、回程运动角、回程、回程、近休止角、近休止角、行程。行程。一个循环r0h A而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。2)2)推杆运动规律推杆运动规律; ;3)3)合理确定结构尺寸合理确定结构尺寸; ;4)4)设计轮廓曲线。设计轮廓曲线。ss,s,sDBCB运动规律：运动规律：推杆在推程或回程时，其位移推杆在推程或回程时，其位移S S、速度、速度V、 和加速度和加速度a 随时间随时间t 的变化规律。的变化规律。形式：形式：多项式、三角函数。多项式、三角函数。S=S(t)S=S(

6、t)V= =V(t)(t)a= =a(t)(t)t shAs,sB作者：潘存云教授or0 s,sDBC位移曲线位移曲线设计：潘存云设计：潘存云一、凸轮廓线设计方法的基本原理一、凸轮廓线设计方法的基本原理反转原理：反转原理：依据此原理可以用几何作图的方法依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：设计凸轮的轮廓曲线，例如： 给整个凸轮机构施以给整个凸轮机构施以- -时，不影响各构件之间时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。尖顶凸轮绘制动画尖顶凸轮绘制动画滚子

7、凸轮绘制动画滚子凸轮绘制动画O O - -3311223 33 32 22 21 11 1作者：潘存云教授作者：潘存云教授60r0120-1已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r0，角速度，角速度和和从动件的运动规律，设计该凸轮轮从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。廓曲线。设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r r0 0。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1.1.对心直动尖顶对心直动尖顶从动件从

8、动件盘形凸轮盘形凸轮135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 6012090901 3 5 7 8911 13 15s 91113121410A作者：潘存云教授作者：潘存云教授2)2)对心直动滚子推杆盘形凸轮对心直动滚子推杆盘形凸轮设计：潘存云设计：潘存云s 911 13 151 3 5 7 8r0120-1设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r r0 0。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在

9、各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。135789111312142345 67 8910111213146090901876543214131211109理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓作各位置滚子圆的内作各位置滚子圆的内( (外外) )包络线。包络线。已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r0，角速度，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。轮廓曲线。 601209090作者：潘存云教授作者：潘存云教授3)3)对心直动平底推杆盘形凸轮对心直动平底推杆盘形凸轮设计：潘存云设计：潘存

10、云s 911 13 151 3 5 7 8r0已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r0，角速度，角速度和从动件的运动规律，设计和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。该凸轮轮廓曲线。设计步骤：设计步骤：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r r0 0。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。作平底直线族的内包络线。作平底直线族的内包络线。8765432191011121314-A13578911131214123456781514131211109 601209090作者：潘存云教

11、授设计：潘存云911 13 151 3 5 7 8O OeA A已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r0，角速度，角速度和从动件的运动规律和偏心距和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。4)4)偏置直动尖顶偏置直动尖顶从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮13578911131214-612345781514131211109设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r r0 0; ; 反向等分各运动角反向等分各运动角; ; 确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置; ; 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条

12、光滑曲线。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8 601209090s2 作者：潘存云教授在推程起始点：在推程起始点： =0=0， s=0推程运动方程：推程运动方程： s h/ v h / svah在推程终止点：在推程终止点： = = ，s=h+刚性冲击刚性冲击a 01.1.（等速运动）运动规律（等速运动）运动规律2.2.等加速等减速运动等加速等减速运动S- S- 曲线曲线h12345630s314941012作者：潘存云教授ah/2h/2s柔性冲击柔性冲击v3.简谐运动（余弦加速度余弦加速度运动规律）运动规律）hsh

13、shs作者：潘存云教授等加等减速等加等减速 2.0 4.02.0 4.0 柔性柔性 中速轻载中速轻载余弦加速度余弦加速度 1.57 4.931.57 4.93 柔性柔性 中速中载中速中载 从动件常用运动规律特性比较从动件常用运动规律特性比较运动规律运动规律 V Vmax max amax max 冲击冲击 推荐应用范围推荐应用范围 (h/(h/0 0) ) (h/(h/2 20 0) )等等 速速 1.0 1.0 刚性刚性 低速轻载低速轻载一一. .压力角及其与作用力的关系压力角及其与作用力的关系1.1.压力角压力角 :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。33 凸轮机构的

14、压力角凸轮机构的压力角2.2.压力角压力角与作用力的关系与作用力的关系rminoB0eK01rminoB0eK01rminABeK1ss0nnPB点的法线rminABeK1ss0nnPF凸轮对推杆的力沿法线传递rminABeK1ss0nn PFV2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压力角 rminABeK1ss0nn PFFF”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。工程上要求：工程上要求：max 直动推杆：直动推杆：30摆动推杆：摆动推杆：354545回程：回程：708080提问：平底推杆提问：平底推杆？ 0 0Or r0 0rminABeK

15、1ss0nnPF若从动件左偏置，受力情况如何？rminAeK1ss0nP若从动件为左偏置，受力情况如何？BBBBBrminABeK1ss0nnPFrminABeK1nnPFV2V2由上文可知由上文可知, ,凸轮廓线上各点的压力角是变化的凸轮廓线上各点的压力角是变化的, ,而且而且小了好小了好, ,所以应使所以应使maxmax 。由图可知，欲使机构紧凑由图可知，欲使机构紧凑, ,就应使基圆半径就应使基圆半径r rminmin小。小。二二. .压力角与凸轮机构尺寸的关系压力角与凸轮机构尺寸的关系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

16、证min的前提下,缩小凸轮的尺寸。1.1.凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理34 图解法设计图解法设计凸轮轮廓凸轮轮廓2.2.用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线1)1)对心直动尖顶推杆盘形凸轮对心直动尖顶推杆盘形凸轮2)2)对心直动滚子推杆盘形凸轮对心直动滚子推杆盘形凸轮3)3)偏置直动尖顶推杆盘形凸轮偏置直动尖顶推杆盘形凸轮作者：潘存云教授作者：潘存云教授设计：潘存云a工作轮廓的曲率半径，工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径， rT滚子半径滚子半径rT arT rT 轮廓失真轮廓失真3. 滚子半径的确定滚子半径的确定arT rT arT0轮廓正常轮廓正常轮廓变尖轮廓变尖内凹内凹arTrTrT rT arT 轮廓正常轮廓正常外凸外凸rTa小结：小结：为了使所设计的凸轮机构能实现预期的运动为了使所设计的凸轮机构能实现预期的运动规律