《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)A》PPT電子課件教案第三章 凸輪機(jī)構(gòu)

第三章第三章凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)1 12 23 31 12 23 31 12 23 3 具有曲線輪廓具有曲線輪廓 或凹槽的構(gòu)件或凹槽的構(gòu)件, , 是是 主動(dòng)件主動(dòng)件, , 通常等速通常等速 轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)。 由凸輪控制按其運(yùn)動(dòng)規(guī)由凸輪控制按其運(yùn)動(dòng)規(guī) 律作移動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。律作移動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件。支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件。 可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由于是高副運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由于是高副接觸接觸, , 常用于傳遞動(dòng)力常用于傳遞動(dòng)力不大的場(chǎng)合。不大的場(chǎng)合。1 12 23 32 23 31 11 12 23 3a)b)c)具有變化向徑的盤(pán)形構(gòu)件具有變化向徑的盤(pán)形構(gòu)件有曲線輪廓作往復(fù)移動(dòng)的構(gòu)件。有曲線輪廓作往復(fù)移動(dòng)的構(gòu)件。在圓柱面上開(kāi)有曲線凹槽或在圓在圓柱面上開(kāi)有曲線凹槽或在圓 柱端面上作出曲線輪廓的構(gòu)件。柱端面上作出曲線輪廓的構(gòu)件。這種從動(dòng)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單這種從動(dòng)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, , 但但易磨損易磨損, ,適用于傳力不大速度較低的場(chǎng)合適用于傳力不大速度較低的場(chǎng)合. .將從動(dòng)件與凸輪的接觸由將從動(dòng)件與凸輪的接觸由 滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦, ,磨損較小磨損較小, ,可用于可用于 傳遞較大的動(dòng)力傳遞較大的動(dòng)力, ,應(yīng)用較廣應(yīng)用較廣. .a)a)b)b)c)c)凸輪對(duì)于這種從動(dòng)件的作凸輪對(duì)于這種從動(dòng)件的作 用力始終垂直于從動(dòng)件的平底用力始終垂直于從動(dòng)件的平底, , 受力平穩(wěn)受力平穩(wěn) 且接觸面間易形成油膜且接觸面間易形成油膜, ,潤(rùn)滑好潤(rùn)滑好, ,可用高速可用高速. . c)c)a)a)b)b)利用彈簧力或自重保利用彈簧力或自重保持從動(dòng)件與凸輪始終接觸持從動(dòng)件與凸輪始終接觸. .靠從動(dòng)件幾靠從動(dòng)件幾何形狀或利用凸輪上的凹槽使從動(dòng)件與何形狀或利用凸輪上的凹槽使從動(dòng)件與凸輪始終接觸凸輪始終接觸. . 以理論理論廓線上最小向徑廓線上最小向徑為半徑所畫(huà)的圓為半徑所畫(huà)的圓即為基圓即為基圓. .半徑用半徑用rmin表示。表示。從動(dòng)件從最低位置到從動(dòng)件從最低位置到最高位置沿導(dǎo)路方向最高位置沿導(dǎo)路方向的距離稱為升程的距離稱為升程, ,用用h h表示。擺動(dòng)從動(dòng)件即表示。擺動(dòng)從動(dòng)件即為最大擺角用為最大擺角用 表表示。示。max 從動(dòng)件從最低從動(dòng)件從最低位置移到最高位置位置移到最高位置時(shí)時(shí), , 對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角。角。 從動(dòng)件在最高位從動(dòng)件在最高位置靜止不動(dòng)置靜止不動(dòng), , 對(duì)應(yīng)凸對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角。輪的轉(zhuǎn)角。 從動(dòng)件從最高從動(dòng)件從最高位置移到最低位置位置移到最低位置時(shí)時(shí), , 對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角。角。 從動(dòng)件在最低從動(dòng)件在最低位置靜止不動(dòng)時(shí)位置靜止不動(dòng)時(shí), ,凸輪的轉(zhuǎn)角。凸輪的轉(zhuǎn)角。 t th拻拻s ssrminh h 1 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式：a)a)升升- -停停- -降降- -停停s t s h 1 2S0b)b)升升- -停停- -降降0s t h 1 2Sc)c)升升- -降降- -停停0t s h 1 2Sd)d)升升- -降降0t h 1 2S邊界條件邊界條件: :.h=s ,t=t;0=s ,0=ttt1th=c,0=cct+c=vdt=s0=dtdv=ac=v1ttttt00=a;th=v; tth=s等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線: :升程段升程段)0(0=dsdh=ddsh=st12122t121t2 此種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和終了點(diǎn)速度有突此種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和終了點(diǎn)速度有突變，存在剛性沖擊。變，存在剛性沖擊。2S12dds 2122dsd h h1 1 1 0 00 00 0t 8 88 8th 回程段回程段()+(0=dsdh=dds11h=s hst1st2122 h12st1 h2 c21+c+c=d)c+c(=sc+c=cd=ddsc=dsd2121122 升程前半段邊界條件升程前半段邊界條件: :2h=s,2=;0=dds,0=s,0=2t11221 2t12h4=c,0=c,0=c 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線：等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線：升程等加速段方程為：升程等加速段方程為：20h4=dsdh4=ddsh2=st12t212212t12212t2 這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)的始末和中點(diǎn)位置加這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)的始末和中點(diǎn)位置加速度存在有限值的突變速度存在有限值的突變, ,會(huì)導(dǎo)致柔性沖擊會(huì)導(dǎo)致柔性沖擊. . 2s12dds 2122dsd 1 h ht 1 1 升程等減速段方程為：升程等減速段方程為：()()2h4=dsdh4=ddsh2h=st1t2t21222t1t122t21t2 回程段方程如下：回程段方程如下：回程前半段：回程前半段：()()2+s+h4=dsdh4=dds21h=s ht1st2 h2122st12 h122st12 h2 回程段方程如下：回程段方程如下：回程后半段：回程后半段：()()+2+h4=dsd+h4=dds+h2=s hst1 hst2 h21221hs t2 h1221 hst2 h2 這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度方程是半個(gè)周這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度方程是半個(gè)周期的余弦曲線期的余弦曲線, , 根據(jù)質(zhì)點(diǎn)在圓周上作簡(jiǎn)諧根據(jù)質(zhì)點(diǎn)在圓周上作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)如下圖所示運(yùn)動(dòng)如下圖所示: :h hS2從動(dòng)件運(yùn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)動(dòng)最高點(diǎn)從動(dòng)件運(yùn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)動(dòng)最低點(diǎn)()1tt1112=,=;=,=cos12h=s 余弦加速度運(yùn)動(dòng)方程和運(yùn)動(dòng)曲線余弦加速度運(yùn)動(dòng)方程和運(yùn)動(dòng)曲線: :升程段方程升程段方程: :()t11t2t221221tt121t20cos2h=dsdsin2h=ddscos12h=s 回程段方程回程段方程: :()()()() hst1stst1 h2 h22122st1 h h12st1 h2+cos2h=dsdsin2h=ddscos+12h=s 位移曲線位移曲線S S2 21 0 01 12 23 34 45 56 6t h h2 21 14 45 56 63 3S S2 2t h h0 01 12 23 34 45 56 61 2 21 14 45 56 63 3 12dds 2122dsd 此種運(yùn)動(dòng)規(guī)此種運(yùn)動(dòng)規(guī)律由于加速度在律由于加速度在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和終了運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和終了存在有限值的突存在有限值的突變變, , 所以也有柔所以也有柔性沖擊性沖擊, , 但可避但可避免。免。 這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度方程是整周這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度方程是整周期的正弦曲線。期的正弦曲線。h hS S從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng) 最高點(diǎn)最高點(diǎn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng) 最低點(diǎn)最低點(diǎn)d sdccdsdd sddccsdsddccc22110221002102202322242sinsincossin邊界條件邊界條件:0000,;,sdsdshchchc10220320,正弦加速度運(yùn)動(dòng)方程和運(yùn)動(dòng)曲線正弦加速度運(yùn)動(dòng)方程和運(yùn)動(dòng)曲線: :升程段方程升程段方程: :shdsdhd sdh000022020012212220sincossin() 000002 02200 000 00+)(2sin2=1)(2cos=)(2sin21+)(1= sssssshdsdhddshs-回程段方程回程段方程: :位移曲線位移曲線0 0sh h0 0h1 12 23 34 45 56 67 78 81 12 23 34 45 56 67 78 81 12 23 34 45 56 67 78 8 此種運(yùn)動(dòng)此種運(yùn)動(dòng)規(guī)律加速度曲規(guī)律加速度曲線沒(méi)有突變線沒(méi)有突變, , 因而無(wú)沖擊。因而無(wú)沖擊。0 0sh h0 0dsdd sd22 1 1( ) 反轉(zhuǎn)法：反轉(zhuǎn)法：將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)個(gè) ，保證各，保證各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變。不變。 1（ ）相當(dāng)于將凸輪固定相當(dāng)于將凸輪固定在紙面上；從動(dòng)件在紙面上；從動(dòng)件一方面繞凸輪軸以一方面繞凸輪軸以 角速度轉(zhuǎn)動(dòng)角速度轉(zhuǎn)動(dòng), ,另一方面按運(yùn)動(dòng)規(guī)另一方面按運(yùn)動(dòng)規(guī)律在導(dǎo)路中移動(dòng)；律在導(dǎo)路中移動(dòng)； 1( )導(dǎo)路也以導(dǎo)路也以 角角速度繞凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度繞凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng), , 從動(dòng)件在各位置從動(dòng)件在各位置上端點(diǎn)的連線便是上端點(diǎn)的連線便是凸輪廓線。凸輪廓線。 1( ) 反轉(zhuǎn)法：反轉(zhuǎn)法： 將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè) ，保證各，保證各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變。相當(dāng)于將凸輪固構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變。相當(dāng)于將凸輪固定在紙面上；從動(dòng)件與導(dǎo)路一方面繞凸輪定在紙面上；從動(dòng)件與導(dǎo)路一方面繞凸輪軸以軸以 角速度轉(zhuǎn)動(dòng)角速度轉(zhuǎn)動(dòng), ,另一方面從動(dòng)件另一方面從動(dòng)件按運(yùn)動(dòng)規(guī)律在導(dǎo)路中移動(dòng)；從動(dòng)件在各位按運(yùn)動(dòng)規(guī)律在導(dǎo)路中移動(dòng)；從動(dòng)件在各位置端點(diǎn)的連線便是凸輪廓線。置端點(diǎn)的連線便是凸輪廓線。1 ( ) ( )1 已知：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律（如圖示），基已知：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律（如圖示），基圓半徑圓半徑rmin, ,滾子半徑滾子半徑r rT T, , 偏距偏距e (e (導(dǎo)路偏導(dǎo)路偏在轉(zhuǎn)軸左側(cè)），在轉(zhuǎn)軸左側(cè)）， 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。求：滿足順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。求：滿足上述要求的凸輪廓線。上述要求的凸輪廓線。1120 1502703600ooooohSero130解：選解：選 畫(huà)出從動(dòng)畫(huà)出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。律。lS設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟： 1 1）畫(huà)出基圓，）畫(huà)出基圓，偏心圓及導(dǎo)路偏心圓及導(dǎo)路線線, ,B B0 0(C(C0 0) )為從為從動(dòng)件尖頂?shù)钠饎?dòng)件尖頂?shù)钠鹗键c(diǎn)。始點(diǎn)。0KB0(C0)1( )120o30o120o90o2)2)將位移線將位移線圖與基圓分圖與基圓分別等分成相別等分成相對(duì)應(yīng)的若干對(duì)應(yīng)的若干等份，等份，1 1，2 2，3.93.9；C C1 1,C,C2 2, ,C C3 3.C.C9 9. .C5C4C3C2C1C9C8C7C61 2 36 7 85493)3)過(guò)過(guò)C C1 1,C,C2 2,C,C3 3.C.C9 9各點(diǎn)作偏各點(diǎn)作偏心圓的切線，心圓的切線，沿各切線自基沿各切線自基圓起量取從動(dòng)圓起量取從動(dòng)件位移量即：件位移量即：CiBiCiBi=ii,=ii,得反得反轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)后的BiBi點(diǎn)（點(diǎn)（i 1,2,3.9) i 1,2,3.9) 12345678(B9)B8B7B6B5B4B3B2B14 4）將）將B B0 0,B,B1 1,B,B2 2.B.B9 9各點(diǎn)連成各點(diǎn)連成光滑曲線，便光滑曲線，便得到所求的凸得到所求的凸輪的理論廓線輪的理論廓線；再以；再以r rr r為半為半徑，以理論廓徑，以理論廓線上各點(diǎn)為圓線上各點(diǎn)為圓心畫(huà)圓包絡(luò)實(shí)心畫(huà)圓包絡(luò)實(shí)際廓線。際廓線。 已知已知: :從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律, ,凸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)凸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針針, ,基圓半徑基圓半徑rmin。求求: :凸輪廓線。凸輪廓線。 1rmin1803600oooS21 解解: : 選選 , ,畫(huà)畫(huà)出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪的規(guī)律和凸輪的起始位置起始位置. .以以下步驟同上下步驟同上. . l 1rmin() 11803600oooS21 已知已知: :從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律, ,rmin, ,凸輪與從動(dòng)件凸輪與從動(dòng)件的中心距的中心距O O1 1O O2 2=a,=a,從動(dòng)件桿長(zhǎng)從動(dòng)件桿長(zhǎng)O O2 2B B0 0=L,=L,滾子半徑滾子半徑為為r rT T, ,凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng), ,從動(dòng)件擺動(dòng)方向如圖從動(dòng)件擺動(dòng)方向如圖. .求求: :凸輪廓線。凸輪廓線。0180360ooo1 max2 aLO1O2B0 130minr 1/ mm解解: : 選比例選比例畫(huà)出從動(dòng)件畫(huà)出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪的起始凸輪的起始位置位置. . 以下以下步驟同上步驟同上. . max 300B0O1O2 1() 1701 234 5 68 9 10O2(1)O2 2( )O2 3( )O2 4( )O2 5( )O2 6( )O2 7( )O2 8( )O2 9( )B1B2B3B4B5B6B7B8B9滾子中心的軌跡線滾子中心的軌跡線. .凸輪的可見(jiàn)輪廓線凸輪的可見(jiàn)輪廓線. .理論廓線與實(shí)際廓線重合。理論廓線與實(shí)際廓線重合。理論廓線與實(shí)際廓線在法理論廓線與實(shí)際廓線在法 線方向上互為等距曲線線方向上互為等距曲線. . 1 1、滾子半徑選擇、滾子半徑選擇rT理論廓線理論廓線實(shí)際廓線實(shí)際廓線2 2、基圓半徑對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的影響、基圓半徑對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的影響 例題：例題： 圖示為滾子從動(dòng)圖示為滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。試件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。試用圖解法作出：用圖解法作出：1 1）凸）凸輪的基圓；輪的基圓；2 2）圖示位）圖示位置的壓力角置的壓力角a a、位移位移s s（y y）和和凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角d d；3 3）從動(dòng)件）從動(dòng)件的升程的升程 h h（y ymaxmax）和和凸輪的推凸輪的推程運(yùn)動(dòng)程運(yùn)動(dòng)角角d d。r0 1 1a as h 0 0a) 1 1r0 max 0 0ab)例例2：已知圖示凸輪機(jī)構(gòu)，在圖上標(biāo)出以下各項(xiàng)：已知圖示凸輪機(jī)構(gòu)，在圖上標(biāo)出以下各項(xiàng)：1 1）標(biāo)出基圓半徑）標(biāo)出基圓半徑r rmin；2)2)標(biāo)出從動(dòng)件從起始位置標(biāo)出從動(dòng)件從起始位置上升位移上升位移s2=20mm時(shí)凸輪的轉(zhuǎn)角時(shí)凸輪的轉(zhuǎn)角 1 1；3 3）標(biāo)出）標(biāo)出從動(dòng)從動(dòng)件的升程件的升程h h和推程運(yùn)動(dòng)角和推程運(yùn)動(dòng)角 t；4 4）標(biāo)出圖示位置的標(biāo)出圖示位置的壓力角壓力角a a。 1 1rminS2=20mm 1 1 tha a