哈工程机械原理凸轮机构

第4章凸轮机构§4－1

凸轮机构的应用和类型§4－2

从动件的常用运动规律§4－3

凸轮机构的压力角§4－4图解法设计凸轮的轮廓§4－1

凸轮机构的应用和类型结构：三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。作用：将连续回转=>

从动件直线移动或摆动。优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。缺点：高副，点线接触，易磨损，传力不大。应用：配钥匙机、绕线机构、内燃机气门机构、录音机卷带机构、送料机构、进刀机构、自动机床等。实例内燃机气门机构绕线机构设计：潘存云3皮带轮5卷带轮录音机卷带机构1放音键2摩擦轮413245放音键卷带轮皮带轮摩擦轮录音机卷带机构设计：潘存云132送料机构自动机床进刀机构分类：1)按凸轮形状分：盘形、移动、圆柱凸轮(端面

)。盘形移动圆柱2)按从动杆运动形式分：

移动（直动）、摆动移动（直动）摆动尖顶滚子平底3)按从动杆形状分：滚子、尖顶、平底12刀架o4).按保持接触方式分：力封闭（重力、弹簧等）－－力锁合机床进给机构几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮)－－形锁合内燃机气门机构r1r2r1+r2=constW凹槽凸轮等宽凸轮等径凸轮优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：点接触或线接触，容易磨损;凸轮廓线较难加工。作者：潘存云教授主回凸轮设计：潘存云δhδhotδ1s2§4－2从动件的常用运动规律凸轮机构设计的基本任务:1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;名词术语：一、推杆的常用运动规律基圆、推程运动角、基圆半径、推程、远休止角、回程运动角、回程、近休止角、行程。rminh

ω1A2)推杆运动规律;3)合理确定结构尺寸;4)设计轮廓曲线。δsδsδ’sδ’sDBCB’δtδt推杆的运动规律位移线图设计：潘存云δhδhotδ1s2rminhω1Aδsδsδ’sδ’sDBCB’δtδt运动规律：推杆在推程或回程时，其位移S2、速度V2、和加速度a2

随时间t的变化规律。形式：多项式、三角函数。S2=S2(t)V2=V2(t)a2=a2(t)位移曲线边界条件：凸轮转过推程运动角δt－从动件上升h一、多项式运动规律一般表达式：s2=C0+C1δ1+C2δ21+…+Cnδn1

(1)求一阶导数得速度方程：

v2

=ds2/dt求二阶导数得加速度方程：

a2

=dv2/dt=2C2ω21+6C3ω21δ1…+n(n-1)Cnω21δn-21其中：δ1－凸轮转角，dδ1/dt=ω1－凸轮角速度,

Ci－待定系数。=C1ω1+2C2ω1δ1+…+nCnω1δn-11凸轮转过回程运动角δh－从动件下降h在推程起始点：δ1=0，s2=0代入得：C0＝0，C1＝h/δt推程运动方程：

s2

＝hδ1/δt

v2

＝

hω1/δts2δ1δtv2δ1a2δ1h在推程终止点：δ1=δt，s2=h+∞－∞s2=C0+C1δ1+C2δ21+…+Cnδn1v2=C1ω1+2C2ω1δ1+…+nCnω1δn-11a2=2C2ω21+6C3ω21δ1…+n(n-1)Cnω21δn-21a2

＝01.等速运动（一次多项式）运动规律特点：设计简单、匀速进给。始点、末点加速度及惯性力为理论无穷大，存在刚性冲击。适于低速、轻载、从动杆质量不大，以及要求匀速的情况。2.等加等减速（二次多项式）运动规律位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。推程加速上升段边界条件：起始点：δ1=0，s2=0，v2＝0中间点：δ1=δt/2，s2=h/2求得：C0＝0，C1＝0，C2＝2h/δ2t加速段推程运动方程为：s2

＝2hδ21/δ2tv2

＝4hω1δ1/δ2ta2

＝4hω21

/δ2t设计：潘存云δ1a2h/2δth/21δ1s2235462hω/δt4hω2/δ2t3δ1v2特点：起、中、末点加速度及惯性力存在有限值突变，具有柔性冲击。适于中低速、中轻载。3.五次多项式运动规律位移方程：

s2=10h(δ1/δt)3－15h(δ1/δt)4+6h(δ1/δt)5δ1s2v2a2hδt特点：无冲击，适用于高速凸轮。设计：潘存云hδtδ1s2δ1a2二、三角函数运动规律1.余弦加速度(简谐)运动规律推程：

s2＝h[1-cos(πδ1/δt)]/2v2

＝πhω1sin(πδ1/δt)δ1/2δta2

＝π2hω21cos(πδ1/δt)/2δ2t

回程：

s2＝h[1＋cos(πδ1/δh)]/2

v2＝-πhω1sin(πδ1/δh)δ1/2δha2＝-π2hω21cos(πδ1/δh)/2δ2h123456δ1v2Vmax=1.57hω/2δ0特点：速度变化连续平缓。在起始和终止处理论上a2为有限值，产生柔性冲击。适于中低速、中轻载。123456s2δ1δ1a2δ1v2hδt2.正弦加速度（摆线）运动规律推程：s2＝h[δ1/δt-sin(2πδ1/δt)/2π]

v2＝hω1[1-cos(2πδ1/δt)]/δta2＝2πhω21sin(2πδ1/δt)/δ2t

回程：

s2＝h[1-δ1/δh+sin(2πδ1/δh)/2π]v2＝hω1[cos(2πδ1/δh)-1]/δha2＝-2πhω21sin(2πδ1/δh)/δh2特点：加速度变化连续平缓。无冲击。适于中高速、轻载。设计：潘存云v2s2a2δ1δ1δ1hoooδt正弦改进等速三、改进型运动规律将几种运动规律组合，以改善运动特性。+∞-∞v2s2a2δ1δ1δ1hoooδt四、常用牺运动规律桑的选择1.没有任斗何要求乳、轻载漠、小行糊程、手卵动，可苦用圆弧垂或偏心息圆。2.低速、遍轻载，教要求等胡速、等位移呆，可用火等速运输动规律挤。3.中低速留、中轻洗载，可心用等加闲减速或储余弦加鞠速度运质动规律反。4.较高速陕、轻载勺，可用商正弦加农速度运们动规律趣。5.组合型卷。6.多项式遍运动规岁律。adad练习：如图为茫一偏置松直动凸窄轮机构盒。已知AB段为凸轮膨的推程廓盏线，试在菠图上标注毯推程运动先角δt设计：扰潘存云OBω1定义：正压力施与推杆久上力作弃用点B速度方向昨间的夹角α→F”↑，若α大到一揪定程度携时，会梅有：→机构发生佛自锁。§4－3凸轮机构三的压力角αnn一、压应力角与四作用力感的关系不考虑摩练擦时，作甘用力沿法恶线方向。FF’F”F’--杂--有用分茫力,沿导路方中向F”--鸣--有害分力让，垂直于愁导路F”=找F’大tgαF’一定时，α↑Ff>F’Ff为了保证路凸轮机构版正常工作章，要求：α<[α]设计：潘鹅存云OBω1二、压力晨角与凸轮侨机构尺寸腹之间的关暗系P点为速福度瞬心贷，于吃是有：v2=lOPω1rmin↑[α]=3兆0˚----直动从动渗件；[α]=3拍5°～45°---籍-摆动从梁动件；[α]=蒙70°～80°----回程。nnP→lOP=v2/ω1eαds2/dδ1=ds2/dδ1=lOC+lCPlCP=lOC=elCP=d醒s2/dδ1-etgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1-e→α↓C(S2+S0)tgαS0=r2min-e2若发现孟设计结萍果α〉[α]，可增大rmins0s2Dv2v2rmin设计：潘薯存云OBω1αds2/dδ1

得：

tgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1

+enn同理，当踩导路位于浅中心左侧蛮时，有：lOP=lCP-lOC→lCP=ds2/dδ1+e

于是：

tgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1

±ee“+”用于导孩路和瞬术心位于他中心两爪侧；“-”用于导叮路和瞬眨心位于谣中心同较侧；显然，温导路和范瞬心位谦于中心份同侧时言，压力技角将减相小。注意：用偏置帐法可减崖小推程魂压力角慨，但同氧时增大格了回程压力角义，故偏距e不能太大贼。PClCP=(S2+S0)tgαS0=r2min-e2rmins0s2D正确偏冬置：导路位于尸与凸轮旋端转方向ω1相反的位糠置。设计：双潘存云nn提问：对佛于平底推废杆凸轮机垃构：α＝？0v2Oω1rmin练习：如图为一椒偏置直动过凸轮机构惊。已知凸道轮是一个醋以C为圆心岂的圆盘胁，试求诵轮廓上D点与尖屑顶接触虑时的压旧力角，活作图表钥示。1.凸轮廓遥线设计渗方法的营基本原要理§4－4图解法设受计凸轮轮龙廓2.用作图法释设计凸轮弦廓线1)对心直动吧尖顶从动精件盘形凸仁轮3)滚子直动框从动件盘盼形凸轮4)对心直沃动平底配从动件按盘形凸唯轮2)偏置直日动尖顶立从动件书盘形凸倍轮5)摆动尖顶校从动件盘雷形凸轮机堡构设计：鞋潘存云一、凸轮警廓线设计乖方法的基梢本原理反转原理：依据此原激理可以用乒几何作图俭的方法设计凸健轮的轮伙廓曲线仗，例如哪：给整个泰凸轮机瘦构施以-ω1时，不影升响各构件嘉之间的相当对运动，肺此时，凸狼轮将静止格，而从动长件尖顶复泡合运动的北轨迹即凸怖轮的轮廓疼曲线。O-ω13’1’2’331122ω1设计：无潘存云60°rmin120°-ω1ω11’对心直动威尖顶从动件凸轮机构怎中，已知存凸轮的基微圆半径rmin，角速度ω1和从动温件的运妹动规律泪，设计焦该凸轮兆轮廓曲湾线。设计步核骤小结琴：①选比例街尺μl作基圆rmin。②反向等分所各运动角舱。原则是贵：陡密缓党疏。③确定反转葱后，从动经件尖顶在歪各等份点加的位置。④将各尖戴顶点连薄接成一尘条光滑修曲线。1.对心直动帝尖顶从动件盘形凸轮1’3’5’7’8’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’90°90°A1876543214131211109二、直动评从动件盘滴形凸轮轮孝廓的绘制60°120°90°90°135789111315s2δ19’11’13’12’14’10’设计：防潘存云911131513578OeA偏置直银动尖顶从动件凸轮机沿构中，旬已知凸附轮的基逆圆半径rmin，角速度ω1和从动件甘的运动规冲律和偏心滥距e，设计该平凸轮轮兽廓曲线眠。2.偏置直动申尖顶从动件盘形凸楼轮1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’-ω1ω16’1’2’3’4’5’7’8’15’14’13’12’11’10’9’设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rmin;②反向等分各运动角;③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置;④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k860°120°90°90°s2δ1设计：潘熔存云s2δ1911131513578rminA120°-ω11’设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rmin。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’60°90°90°1876543214131211109理论轮超廓实际轮廓⑤作各位置辈滚子圆的舒内(外)包络线豪。3.滚子直粗动从动肯件盘形猫凸轮滚子直动浊从动件凸促轮机构中饼，已知凸思轮的基圆勤半径rmin，角速度ω1和从动件义的运动规般律，设计之该凸轮轮闭廓曲线。60°120°90°90°ω1已知:凸轮逆色时针转材动,求:凸轮的像基圆半师径,转动90之后的压让力角解：基圆速度方向？理论轮廓基圆设计：潘涛存云ρa－工作悲轮廓的您曲率半搭径，ρ－理论轮允廓的曲率捎半径，rT－滚子半切径ρ<rTρa＝ρ－rT<0对于外燃凸轮廓车，要保敌证正常客工作，励应使：ρmin>rT轮廓失真滚子半径培的确定ρa＝ρ＋rTρ＝rTρa＝ρ－rT＝0轮廓正常轮廓变尖ρ内凹ρarTrTρrTρρ>rTρa＝ρ－rT轮廓正楼常外凸rTρaρ设计：潘惑存云s2δ1911131513578rmin对心直动莫平底从动件凸轮机执构中，沫已知凸存轮的基煌圆半径rmin，角速度ω1和从动召件的运北动规律技，设计柳该凸轮喘轮廓曲滋线。设计步骤：①选比例尺μl作基圆rmin。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。④作平底直补线族的内限包络线。4.对心直动景平底从动件盘形凸轮8’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’-ω1ω1A1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’12345678151413121110960°120°90°90°设计：暮潘存云对平底登推杆凸狮轮机构含，也有杀失真现躺象。Ormin可