机械原理教程-凸轮

第3章凸轮机构3-1

凸轮机构的应用及分类3-2

推杆的运动规律3-3

凸轮轮廓曲线的设计3-4

凸轮机构基本尺寸的确定基本要求:了解凸轮机构的类型及特点掌握从动件常用运动规律的特点掌握凸轮机构基本尺寸确定的原则熟练掌握反转法原理并进行凸轮机构设计机械设计基础——凸轮机构3-1

凸轮机构的组成及分类一、组成二、特点三、分类四、应用机械设计基础——凸轮机构一、组成动画１、动画2由三个构件组成的一种高副机构凸轮cam：具有曲线轮廓或凹槽的构件推杆/从动件follower，运动规律由凸轮廓线和运动尺寸决定机架frame推杆凸轮机械设计基础——凸轮机构二、特点优点：实现各种复杂的运动要求结构简单、紧凑设计方便缺点：点、线接触，易磨损，不适合高速、重载推杆凸轮机械设计基础——凸轮机构三、分类1按凸轮的形状分2按从动件的形状分3按从动件的运动形式分4按从动件的布置形式分5小结推杆凸轮机械设计基础——凸轮机构1按凸轮的形状分盘形凸轮,实例凸轮呈向径变化的盘形结构简单,应用最广泛移动凸轮,实例凸轮呈板型,直线移动圆柱凸轮,实例空间凸轮机构凸轮轮廓做在圆柱体上空间运动推杆凸轮凸轮推杆推杆凸轮机械设计基础——凸轮机构2按从动件的形状分尖顶推杆

尖顶始终能够与凸轮轮廓保持接触，可实现复杂的运动规律易磨损，只宜用于轻载、低速滚子推杆耐磨、承载大，较常用平底推杆接触面易形成油膜，利于润滑，常用于高速运动配合的凸轮轮廓必须全部外凸尖顶推杆滚子推杆平底推杆平底推杆机械设计基础——凸轮机构3按从动件的运动形式分直动推杆往复移动轨迹为直线摆动推杆往复摆动轨迹为圆弧尖顶推杆滚子推杆平底推杆直动推杆摆动推杆机械设计基础——凸轮机构4按从动件的布置形式分对心直动推杆偏置直动推杆尖顶推杆滚子推杆机械设计基础——凸轮机构5

小结一般凸轮机构的命名原则:布置形式+运动形式+推杆形状+凸轮形状对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构摆动平底推杆盘形凸轮机构机械设计基础——凸轮机构四、应应用1实现无无特定定运动动规律律要求求的工工作行行程例：车床床床头箱箱中利利用凸凸轮机机构实实现变变速操操纵2实现无无特定定运动动规律律要求求的工工作行行程例：自动机机床中中利用用凸轮轮机构构实现现进刀刀、退退刀3实现对对运动动和动动力特特性有有特殊殊要求求的工工作行行程例：船用柴柴油机机中利利用凸凸轮机机构控控制阀阀门的的启闭闭4实现复复杂的的运动动轨迹迹例：印刷机机中利利用凸凸轮机机构适适当组组合实实现吸吸纸吸吸头的的复杂杂运动动轨迹迹机械设设计基基础——凸轮机机构3-2推杆的的运动动规律律一、凸轮机机构的的运动动过程程二、推杆常常用运运动规规律三、选择运运动规规律应应注意意的问问题机械设设计基基础——凸轮机机构A一、凸凸轮机机构的的运动动过程程从动件件的运运动规规律是是指从从动件件的位位移、、速度度、加加速度度等随随时间间t或凸轮轮转角角j变化的的规律律基圆(以凸轮轮轮廓廓最小小向径径所组组成的的圆)，基圆圆半径径r0推程，推程程运动动角0远休止止，远休休止角角01回程，回程程运动动角0’近休止止，近休休止角角02行程（（升程程），h运动线线图:从动件件的位位移、、速度度、加加速度度等随随时间间t或凸轮轮转角角j变化关关系图图0010’02r00推程01远休止0’回程02近休止ts0BCDhA’机械设设计基基础——凸轮机机构二、推推杆常常用运运动规规律1等速运运动2等加速速等减减速运运动3摆线运运动注意：：为便于于理解解各种种运动动规律律特性性,本章将将运动动规律律单独独应用用于推推程或或回程程机械设设计基基础——凸轮机机构1等速运运动———一一次多多项式式运动动规律律推程(00)运动方方程：：位移方方程：：速度方方程：：加速度度方程程：运动线线图冲击特特性：：始点、、末点点刚性性冲击击适用场场合：：低速轻轻载hs00v0a0-DisplacementVelocityAcceleration+机械设设计基基础——凸轮机机构等速运运动（续））回程(0’0)运动方方程：：位移方方程：：速度方方程：：加速度度方程程：运动线线图冲击特特性：：始点、、末点点刚性性冲击击适用场场合：：低速轻轻载s0v0a00’-++-0hDisplacement

VelocityAcceleration机械设设计基基础——凸轮机机构2等加速速等减减速运运动——二次次多项项式运运动规规律推程运动方方程:运动线线图冲击特特性：：起、中中、末末点柔柔性冲冲击适用场场合：：低速轻载s00v0a0h/2h/20/20/2h(00/2)(0/20)加速段减速段位移方程速度方程加速度方程机械设计基基础——凸轮机构3摆线运动———正弦加加速度运动动推程运动方程：：运动线图冲击特性：：无冲击适用场合：：高速轻载advd00012345678sdhA2ph0机械设计基基础——凸轮机构三、选择运运动规律应应注意的问问题实际使用时时,推程或回程程的运动规规律可采用用单一运动动规律,也可以将几几种运动规规律复合使使用1.当机械的工工作过程只只要求推杆杆实现一定定的工作行行程，而对对运动规律律无特殊要要求时，主主要考虑动动力特性和和便于加工工低速轻载时时，便于加加工优先；；速度较高时时，动力特特性优先。。2.当机械的工工作过程对对推杆运动动规律有特特殊要求时时：转速较低时时，首先满满足运动规规律，其次次再考虑动动力特性和和加工转速较高时时，兼顾运运动规律和和动力特性性，采用组组合运动机械设计基基础——凸轮机构3-3凸轮轮廓曲曲线的设计计一、凸轮廓线设设计的基本本原理二、作图法设计计凸轮廓线线机械设计基基础——凸轮机构AAAAAAAAAAAAA一、凸轮廓廓线设计的的基本原理理解析法、作作图法相对运动原原理法:(也称反转法法):对整个系统统施加-w运动此时，凸轮轮保持不动动推杆作复合合运动=反转运动(-)+预期期运运动动(s)AAr0-r0机械械设设计计基基础础———凸轮轮机机构构二、、作作图图法法设设计计凸凸轮轮廓廓线线作图图步步骤骤：：1根据据从从动动件件的的运运动动规规律律：：作作出出位位移移线线图图S2-δδ1，并并等等分分角角度度2定基基圆圆3作出出推推杆杆在在反反转转运运动动中中依依次次占占据据的的位位置置4据运运动动规规律律，，求求出出从从动动件件在在预预期期运运动动中中依依次次占占据据的的位位置置5将两两种种运运动动复复合合，，就就求求出出了了从从动动件件尖尖端端在在复复合合运运动动中中依依次次占占据据的的位位置置点点6将各各位位置置点点联联接接成成光光滑滑的的曲曲线线7在理理论论轮轮廓廓上上再再作作出出凸凸轮轮的的实实际际轮轮廓廓1对心心直直动动尖尖顶顶推推杆杆盘盘形形凸凸轮轮机机构构2对心心直直动动滚滚子子推推杆杆盘盘形形凸凸轮轮机机构构3对心心直直动动平平底底推推杆杆盘盘形形凸凸轮轮机机构构4偏置置直直动动尖尖顶顶推推杆杆盘盘形形凸凸轮轮机机构构5摆动动推推杆杆盘盘形形凸凸轮轮机机构构6小结结机械械设设计计基基础础———凸轮轮机机构构1对心心直直动动尖尖顶顶推推杆杆盘盘形形凸凸轮轮机机构构已知知：：r0，推推杆杆运运动动规规律律，，凸凸轮轮逆逆时时针针方方向向转转动动设计计：：凸轮轮廓廓线线解：：1.定比比例例尺尺l2.初始始位位置置及及推推杆杆位位移移曲曲线线3.确定定推推杆杆反转转运运动动占据据的的各各位位置置4.确定定推推杆杆预期期运运动动占据据的的各各位位置置5.推杆杆高高副副元元素素族族6.推杆杆高高副副元元素素的的包包络络线线s0h机械械设设计计基基础础———凸轮轮机机构构2对心心直直动动滚滚子子推推杆杆盘盘形形凸凸轮轮机机构构已知知：：r0，推推杆杆运运动动规规律律，，滚滚子子半半径径rr,凸轮轮逆逆时时针针方方向向转转动动设计计：：凸轮轮廓廓线线解：：1.定比比例例尺尺l2.初始始位位置置及及推推杆杆位位移移曲曲线线注：：两两条条廓廓线线，，理理论论／／实际际廓廓线线实际际廓廓线线基基圆圆rmin理论论廓廓线线基基圆圆r03.确定定推推杆杆反转转运运动动占据据的的各各位位置置4.确定定推推杆杆预期期运运动动占据据的的各各位位置置5.推杆杆高高副副元元素素族族6.推杆杆高高副副元元素素的的包包络络线线s0h理论轮廓实际轮廓机械械设设计计基基础础———凸轮轮机机构构s0h3对心心直直动动平平底底推推杆杆盘盘形形凸凸轮轮机机构构已知知：：r0，推推杆杆运运动动规规律律，，凸凸轮轮逆逆时时针针方方向向转转动动设计计：：凸轮轮廓廓线线解：：1.定比比例例尺尺l2.初始始位位置置及及推推杆杆位位移移曲曲线线3.确定定推推杆杆反转转运运动动占据据的的各各位位置置4.确定定推杆杆预预期期运动动占占据据的的各各位位置置5.推杆杆高高副副元元素素族族6.推杆杆高高副副元元素素的的包包络络线线机械械设设计计基基础础———凸轮轮机机构构了解解实际轮廓s0h4偏置置直直动动尖尖顶顶推推杆杆盘盘形形凸凸轮轮机机构构已知知：：r0，偏偏置置圆圆半半径径e，推推杆杆运运动动规规律律，，凸凸轮轮逆逆时时针针方方向向转转动动设计计：：凸轮轮廓廓线线解：：1.定比比例例尺尺l2.初始始位位置置及及推推杆杆位位移移曲曲线线偏距距圆圆、、基基圆圆3.确定定推推杆杆反转转运运动动占据据的的各各位位置置4.确定定推推杆杆预期期运运动动占据据的的各各位位置置5.推杆杆高高副副元元素素族族6.推杆杆高高副副元元素素的的包包络络线线机械械设设计计基基础础———凸轮轮机机构构了解解5摆动动推推杆杆盘盘形形凸凸轮轮机机构构r0r0分析析：：-w机械械设设计计基基础础———凸轮轮机机构构摆动动推推杆杆盘盘形形凸凸轮轮机机构构设计计已知知：：r0，机机架架长长度度，，推推杆杆运运动动规规律律，，凸凸轮轮逆逆时时针针方方向向转转动动设计计：：凸轮轮廓廓线线解：：1.定比比例例尺尺l2.初始始位位置置及及推推杆杆位位移移曲曲线线3.确定推杆杆反转运动动占据的各各位置4.确定推杆杆预期运动动占据的各各位置5.推杆高副副元素族族6.推杆高副副元素的的包络线线f210Ff21f22f23f24f25f26f27f28f29f210f211f212机械设计计基础——凸轮机构构6小结应用反转法法时应注意意：要能正确理理解凸轮实际廓线和理论廓线的关系要正确确定定推杆的反反转方向正确确定推推杆在反转转运动中占占据的位置置直动推杆：：推杆在反转转前后两位位置线的夹夹角应等于于凸轮的转转角摆动推杆：：反转前后推推杆摆动中中心和凸轮轮轴心的两两连线之间间的夹角应应等于凸轮轮的转角正确确定推推杆的位移移或摆角直动推杆：：位移等于推推杆所在位位置与理论论廓线的交交点和与基基圆交点之之间的距离离摆动推杆：：角位移等于于推杆所在在位置与推推杆起始位位置之间的的夹角机械设计基基础——凸轮机构3-4凸轮机构基基本尺寸的的确定一、滚子半径的的选择二、基圆半径的的确定机械设计基基础——凸轮机构实际廓线曲曲率半径：：a理论廓线曲曲率半径：：滚子半径：：rr1内凹凸轮廓廓线a=+rr理论廓线最最小结论：无论滚子半半径多大，，总能由理理论廓线得得到实际廓线一、滚子半半径的选择择2外凸凸轮廓廓线a=-rr>rr，a>0，实际廓线线平滑=rr，a=0，实际廓线线变尖<rr