机械设计基础4-凸轮机构

1、第4章 凸轮机构,4-1 凸轮机构的应用及分类 4-2 推杆的运动规律 4-3 凸轮轮廓曲线的设计 4-4 凸轮机构基本尺寸的确定,机械设计基础凸轮机构,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,4-1 凸轮机构的组成及分类,机械设计基础凸轮机构,一、组成,动画、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,二、特点,优点： 实现各种复杂的运动要求 结构简单、紧凑

2、设计方便 缺点： 点、线接触，易磨损，不适合高速、重载,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,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,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,机械设计基础凸轮机构,移动凸轮, 实例 凸轮呈板型, 直线移动,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，

3、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,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,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、应用,1 实现无特定运动规律要求的工作行程 例：车床床头箱中利用凸轮机构实现变速操纵 2

4、 实现无特定运动规律要求的工作行程 例：自动机床中利用凸轮机构实现进刀、退刀 3 实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程 例：船用柴油机中利用凸轮机构控制阀门的启闭 4 实现复杂的运动轨迹 例：印刷机中利用凸轮机构适当组合实现吸纸吸头的复杂运动轨迹,机械设计基础凸轮机构,4-2 推杆的运动规律,一、凸轮机构的运动过程 二、推杆常用运动规律 三、选择运动规律应注意的问题,机械设计基础凸轮机构,一、凸轮机构的运动过程,从动件的运动规律是指从动件的位移、速度、加速度等随时间t或凸轮转角j变化的规律 基圆(以凸轮轮廓最小向径所组成的圆)，基圆半径r0 推程，推程运动角0 远休止，远休止角01,回程，

5、回程运动角0 近休止，近休止角02 行程（升程），h 运动线图: 从动件的位移、速度、加速度等随时间t或凸轮转角j变化关系图,B,C,D,A,机械设计基础凸轮机构,二、推杆常用运动规律,1 等速运动 2 等加速等减速运动 3 摆线运动,注意： 为便于理解各种运动规律特性, 本章将运动规律单独应用于推程或回程,机械设计基础凸轮机构,1 等速运动一次多项式运动规律,推程(00) 运动方程： 位移方程： 速度方程： 加速度方程：,运动线图 冲击特性：始点、末点刚性冲击 适用场合：低速轻载,Displacement,Velocity,Acceleration,机械设计基础凸轮机构,等速运动（续）,回程

6、(00) 运动方程： 位移方程： 速度方程： 加速度方程：,运动线图 冲击特性：始点、末点刚性冲击 适用场合：低速轻载,Acceleration,机械设计基础凸轮机构,2 等加速等减速运动二次多项式运动规律,推程 运动方程:,运动线图 冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载,机械设计基础凸轮机构,3 摆线运动正弦加速度运动,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,a,d,v,d,0,0,0 1 2 3 4 5 6 7 8,s,d,h,0,机械设计基础凸轮机构,三、选择运动规律应注意的问题,实际使用时, 推程或回程的运动规律可采用单一运动规律,也可以将几种运

7、动规律复合使用 1. 当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程，而对运动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时，便于加工优先； 速度较高时，动力特性优先。 2. 当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时： 转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工 转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动,机械设计基础凸轮机构,4-3 凸轮轮廓曲线的设计,一、凸轮廓线设计的基本原理 二、作图法设计凸轮廓线,机械设计基础凸轮机构,一、凸轮廓线设计的基本原理,解析法、作图法 相对运动原理法:(也称反转法): 对整个系统施加-w运动,此时，凸轮保持不动 推杆作复合运动=反

8、转运动(-) +预期运动(s),机械设计基础凸轮机构,1 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构,已知：r0，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动 设计：凸轮廓线,解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推杆位移曲线 3. 确定推杆反转运动占据的各位置 4. 确定推杆预期运动占据的各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线,机械设计基础凸轮机构,2 对心直动滚子推杆盘形凸轮机构,已知：r0，推杆运动规律，滚子半径rr，凸轮逆时针方向转动 设计：凸轮廓线,解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推杆位移曲线 注：两条廓线，理论实际廓线 实际廓线基圆rmin 理论廓线基圆r0 3. 确定推杆反转运

9、动占据的各位置 4. 确定推杆预期运动占据的各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线,机械设计基础凸轮机构,3 对心直动平底推杆盘形凸轮机构,已知：r0，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动 设计：凸轮廓线,解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推杆位移曲线 3. 确定推杆反转运动占据的各位置 4. 确定推杆预期运动占据的各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线,机械设计基础凸轮机构,了解,4 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构,已知：r0，偏置圆半径e，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动 设计：凸轮廓线,解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推杆位移曲线 偏距圆、基圆

10、 3. 确定推杆反转运动占据的各位置 4. 确定推杆预期运动占据的各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线,机械设计基础凸轮机构,了解,5 摆动推杆盘形凸轮机构,分析：,机械设计基础凸轮机构,摆动推杆盘形凸轮机构设计,已知：r0，机架长度，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动 设计：凸轮廓线,解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推杆位移曲线 3. 确定推杆反转运动占据的各位置 4. 确定推杆预期运动占据的各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线,机械设计基础凸轮机构,6 小结,应用反转法时应注意： 要能正确理解凸轮实际廓线和理论廓线的关系 要正确确定推杆的反转方向 正确确定推杆在反转运动中占据