机械设计基础 课件 第4章凸轮机构和间歇运动机构

04凸轮机构和间歇运动机构章节内容凸轮机构的设计32从动件的常用运动规律凸轮机构概述12第4章凸轮机构与间歇运动机构间歇运动机构4学习目标知识目标1.了解凸轮机构的组成、分类、运动特点和一个完整工作周期的运动及从动件运动形式；2.牢记从动件运动规律及特点；3.掌握不同类型凸轮机构的凸轮廓线图解法设计及凸轮机构基本尺寸确定方法；4.了解几种典型间歇运动机构的运动原理和应用。能力目标1.能够判断凸轮机构类型、从动件运动规律及应用场合；2.能够设计不同类型的凸轮机构并合理确定基本尺寸,并在已知凸轮轮廓线的前提下反求凸轮机构的运动参数。情感价值目标通过对现有不同类型凸轮机构的了解，激发创新思维，鼓励结合连杆机构设计新机构以解决实际问题。目标4.1凸轮机构概述组成具有曲线轮廓或凹槽的构件,是主动件,通常等速转动。由凸轮控制按其运动规律作移动或摆动运动的构件。支承活动构件的构件。w1231)凸轮2)从动件3)机架特点：结构简单，工作可靠，高副接触，易磨损，用于传递小功率的场合。4.1凸轮机构概述4.1.1凸轮机构的分类1.按凸轮的形状分移动凸轮盘形凸轮具有变化向径的盘形构件。有曲线轮廓作往复移动的构件。圆柱凸轮在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件。4.1凸轮机构概述4.1.1凸轮机构的分类2.按从动件的形状分将从动件与凸轮的接触由滑动摩擦变为滚动摩擦,磨损较小,可用于传递较大的动力,应用较广。这种从动件结构简单,但易磨损,适用于传力不大速度较低的场合。尖顶从动件滚子从动件平底从动件凸轮对这种从动件的作用力始终垂直于从动件的平底,受力平稳且接触面间易形成油膜,润滑好,可用于高速。4.1凸轮机构概述4.1.1凸轮机构的分类3.按从动件的导路是否过凸轮的转动中心分对心偏置4.1凸轮机构概述4.1.1凸轮机构的分类4.按从动件的运动形式分直动摆动4.1凸轮机构概述4.1.1凸轮机构的分类5.按凸轮与从动件的封闭方式分形封闭力封闭4.1凸轮机构概述对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构4.1.2凸轮机构的工作周期

以凸轮廓线上最小向径为半径所画的圆即为基圆，其半径用r0表示。r0ABCDw1.基圆4.1凸轮机构概述对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构4.1.2凸轮机构的工作周期ABCD

从动件从最低位置上升到最高位置的过程称为推程。从动件上升的高度叫位移，用s表示，其最大值即最大位移称为升程，用h表示，对应凸轮的转角称为推程运动角，用d1表示。2.推程whd14.1凸轮机构概述对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构4.1.2凸轮机构的工作周期ABCD3.远休止wd2

从动件在最高位置静止不动的过程称为远休止，对应凸轮的转角称为远休止角，用d2表示。4.1凸轮机构概述对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构4.1.2凸轮机构的工作周期ABCD从动件从最高位置降到最低位置的过程称为回程，对应凸轮的转角称为回程运动角,用d3表示。4.回程wd34.1凸轮机构概述对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构4.1.2凸轮机构的工作周期ABCD从动件在最低位置静止不动的过程称为近休止，对应凸轮的转角称为近休止角，用d4表示。5.近休止wd44.1凸轮机构概述4.1.2凸轮机构的工作周期从动件运动形式a)升-停-降-停0b)升-停-降0d)升-降0c)升-降-停0d3d3d3d3d1d1d1d1d2d2d4d44.2从动件的常用运动规律4.2.1从动件的运动表达

从动件的运动规律是指在推程或回程中，从动件的位移s、速度v、加速度a随时间t的变化规律。因为凸轮一般为等速转动，所以从动件运动规律通常表示成凸轮转角d

的函数。ds/dd--类速度d2s/dd2--类加速度4.2从动件的常用运动规律4.2.2从动件的常用运动规律（以推程段为例）1.等速运动规律边界条件推程段4.2从动件的常用运动规律4.2.2从动件的常用运动规律（以推程段为例）

等速运动规律方程和运动曲线推程段h000va

88存在刚性冲击，适用于低速、轻载的场合。4.2从动件的常用运动规律2.等加速等减速运动规律推程前半段边界条件推程段前半段4.2从动件的常用运动规律2.等加速等减速运动规律推程段前半段推程段后半段4.2从动件的常用运动规律等加速等减速运动规律方程和运动曲线推程始末和中点位置加速度存在有限值的突变,会导致柔性冲击。h0004.2从动件的常用运动规律3.余弦加速度运动规律(简谐运动规律)这种运动规律的加速度方程是半个周期的余弦曲线,根据质点在圆周上作简谐运动如下图所示:hs从动件运动最高点从动件运动最低点边界条件位移方程4.2从动件的常用运动规律3.余弦加速度运动规律(简谐运动规律)推程段4.2从动件的常用运动规律sh01′2′3′4′5′6′214563推程段余弦加速度运动方程和曲线4.2从动件的常用运动规律

推程始末存在有限值的突变,所以也有柔性冲击,但可避免。sh01′2′3′4′5′6′21456300余弦加速度运动方程和曲线4.3凸轮机构的设计4.3.1凸轮机构的压力角和半径从动件受力方向(接触点法线)与速度方向所夹的锐角

。1B2wnttna压力角FnFxFyFy=Fncosα，Fx=Fnsinαα越小，机构的传力性能越好α过大时，Fy<Ff，机构发生自锁分析{要求αmax≤[α],直动从动件盘形凸轮机构许用压力角[α]=30°FQFf4.3凸轮机构的设计4.3.1凸轮机构的压力角和半径1B2wnttnars2v2vvB1αs2=r-r0v2=

vB1tanα=rω1tanα

在满足αmax≤[α]条件下，减小基圆半径。

压力角和基圆半径的关系r0=(0.8~1)d+rkrk=(0.1~0.15)r0或4.3凸轮机构的设计4.3.2凸轮廓线的设计反转法w-w将整个机构加上一个公共角速度(-w)原则相对运动不变凸轮

从动件绕凸轮轴转动(-w)按运动规律在导路中移动从动件尖顶位置凸轮轮廓线前提固定4.3凸轮机构的设计1.对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓线的绘制【设计】一对心尖顶直动从动件盘形凸轮廓线，基圆半径为r0,凸轮以等角速度逆时针转动，从动件的推程段采用等速运动规律，推程运动角为180°，远休止角为60°，回程段采用等加速等减速运动规律，回程运动角为120°，升程为h。sOh360°180°240°（1）选定比例尺，作位移图4.3凸轮机构的设计δ1δ3δ2B1B6B2B7B8B4B3B5C1C5C4C3C2C7C8C6-wr0sO（3）分段等分圆周和位移图（2）画出基圆，设计方向（-w）12345678123678549（4）沿导路量取对应位移（5）连Bi点成光滑曲线，

得凸轮廓线1.对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓线的绘制4.3凸轮机构的设计2.对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓线的绘制B1B6B2B7B8B4B3B5C1C5C4C3C2C7C8C6理论廓线ρ实际廓线ρ’rkr’r

4.3凸轮机构的设计外凸型凸轮廓线内凹型变尖

失真ρ=rk，ρ’=0ρ<rk

，ρ’<0措施：减小rk或增大r0，保证ρ’min

>0

4.3凸轮机构的设计

3.平底直动从动件盘形凸轮轮廓线的绘制δ1δ3δ2B1B6B2B7B8B4B3B5B0C1C5C4C3C2C7C8C6sO12345678123678549讨论：是否会出现运动失真？措施：增大r04.3凸轮机构的设计【例1】图示为对心滚子直动从动件盘形凸轮机构。试用图解法作出：(1)凸轮的基圆；(2)图示位置的压力角a；(3)位移s和凸轮转角d；(4)从动件的升程h；(5)凸轮的推程运动角d1。r0asdhw1d14.3凸轮机构的设计【例2】在图示平底从动件盘形凸轮机构中，在图上标出:(1)凸轮的基圆半径r0；

(2)图示位置的位移s及凸轮转角d；

(3)从动件的压力角a；(4)凸轮相对图示位置转

过450角后，从动件的

位移s’及凸轮转角d’。wr0sa=0°Fvs'd'd4.4间歇运动机构4.4.1棘轮机构1234561构件---摇杆2构件---主动棘爪3构件---棘轮4构件---止动爪5构件---弹簧6构件---机架组成、原理思考：摇杆的往复摆动可

由什么机构实现？4.4间歇运动机构4.4.1棘轮机构棘轮机构棘条机构特点：棘轮机构结构简单，运动可靠。棘轮的转角是相邻两齿所夹圆心角的倍数，通过调整摇杆的摆角，可以实现有级的改变。棘轮机构工作时有噪声，适用于低速和轻载的场合。组成、原理1构件---拨盘，主动件匀速转动2构件---槽轮,从动件

间歇转动3构件---机架4.4间歇运动机构4.4