凸輪機構課件

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1、任務三任務三 凸輪機構凸輪機構 一一. （一）（一）凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類 凸輪機構：凸輪機構：由凸輪、推桿和機架三個主要構件所組成的高副機構由凸輪、推桿和機架三個主要構件所組成的高副機構。 凸輪：凸輪：具有控制從動件運動規(guī)律的某種曲線或凹槽的主動件。具有控制從動件運動規(guī)律的某種曲線或凹槽的主動件。作等速回轉運動或往復移動。作等速回轉運動或往復移動。 凸輪凸輪1 從動件從動件2 機架機架3 O1 1 （一）（一）凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類 1、凸輪機構的應用、凸輪機構的應用(Application of Cams) 推桿 凸輪 機架 1、凸輪機構的應用、凸輪機構

2、的應用 當圓柱凸輪勻速轉動時，通過凹槽中的滾子驅使從動件當圓柱凸輪勻速轉動時，通過凹槽中的滾子驅使從動件往復移動。凸輪每回轉一周，從動件即從儲料器中推出一個往復移動。凸輪每回轉一周，從動件即從儲料器中推出一個毛坯，送到加工位置。毛坯，送到加工位置。 （一）（一）凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類 1、凸輪機構的應用、凸輪機構的應用 （一）（一）凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類 優(yōu)點：優(yōu)點： （一）（一）凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類 凸輪機構的優(yōu)缺點凸輪機構的優(yōu)缺點 構件少，運動鏈短，結構簡單緊湊，構件少，運動鏈短，結構簡單緊湊，易于設計；易于設計； 可使從動件得到各種

3、預期可使從動件得到各種預期的運動規(guī)律的運動規(guī)律。 凸輪機構的優(yōu)缺點凸輪機構的優(yōu)缺點 高副為點、線接觸，易磨損；高副為點、線接觸，易磨損； 缺點缺點： 所以凸輪機構多用在傳遞動力不大的所以凸輪機構多用在傳遞動力不大的 場合場合。 （一）（一）凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類 2、凸輪機構的分類、凸輪機構的分類 1）按凸輪的形狀分：）按凸輪的形狀分： 盤形凸輪盤形凸輪 移動凸輪移動凸輪(Translating Cam) 平平面面凸凸輪輪 平平面面凸凸輪輪 2、凸輪機構的分類、凸輪機構的分類 1）按凸輪的形狀分：）按凸輪的形狀分： 圓柱凸輪圓柱凸輪 （空間凸輪）（空間凸輪） 3 3- -1

4、1凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類 （一）（一）凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類 2、凸輪機構的分類、凸輪機構的分類 2）按從動件的形狀分：）按從動件的形狀分： 尖頂從動件尖頂從動件 滾子從動件滾子從動件 平底從動件平底從動件 2）按從動件的形狀分：）按從動件的形狀分： （一）（一）凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類 3）按從動件的運動形式分：）按從動件的運動形式分： 移動從動件移動從動件 偏置移動從動件偏置移動從動件 對心移動從動件對心移動從動件 （一）（一）凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類 （一）（一）凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類 3）按從動件的運

5、動形式分：）按從動件的運動形式分： 擺動從動件擺動從動件 力鎖合力鎖合 4）按凸輪高副的鎖合方式分：）按凸輪高副的鎖合方式分： （一）（一）凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類 （一）（一）凸輪機構的應用及分類凸輪機構的應用及分類 溝槽凸輪溝槽凸輪 等寬凸輪等寬凸輪 4）按凸輪高副的鎖合方式分：）按凸輪高副的鎖合方式分： 形鎖合形鎖合(Profile Closure)。 等徑凸輪等徑凸輪 機構的命名機構的命名 對心直動尖頂從動件對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構盤形凸輪機構 偏置直動滾子從動件偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構盤形凸輪機構 一般凸輪機構的命名原則一般凸輪機構的命名原則: 布置形式布

6、置形式+運動形式運動形式+推桿形狀推桿形狀+凸輪形凸輪形狀狀 四）按凸輪與從動件維持接四）按凸輪與從動件維持接 觸（鎖合）的方式分：觸（鎖合）的方式分： 力鎖合力鎖合 形鎖合形鎖合 尖頂從動件尖頂從動件 滾子從動件滾子從動件 平底從動件平底從動件 二）按從動件上高副元二）按從動件上高副元 素的幾何形狀分：素的幾何形狀分： 擺動從動件擺動從動件 移動從動件移動從動件 偏置移動從動件偏置移動從動件 對心移動從動件對心移動從動件 三）按從動件的運動分三）按從動件的運動分 盤形凸輪盤形凸輪 移動凸輪移動凸輪 圓柱凸輪圓柱凸輪 一）按凸輪的形狀分：一）按凸輪的形狀分： 凸凸輪輪機機構構的的分分類類 小結

7、：小結： 二二.任務分析和計劃任務分析和計劃 1、基圓基圓： 凸輪輪廓上最小向徑為半徑所畫的圓。凸輪輪廓上最小向徑為半徑所畫的圓。 2、偏距偏距e： 從動件導路偏離凸輪從動件導路偏離凸輪回轉中心的距離回轉中心的距離e。 （一）平面凸輪機構的工作過程和運動參數(shù)（一）平面凸輪機構的工作過程和運動參數(shù) 3 3、推程推程： 4 4、行程行程： 從動件尖頂被凸輪輪廓推動，以一定的從動件尖頂被凸輪輪廓推動，以一定的 運動規(guī)律由離回轉中心最近位置運動規(guī)律由離回轉中心最近位置A到達到達 最遠位置最遠位置B的過程。的過程。 從動件在推程中上升的最大位移從動件在推程中上升的最大位移h。 5、推程運動角推程運動角：

8、 0= AOB 與推程相應的凸輪轉角與推程相應的凸輪轉角0。 0 s w w A A BB O O B B C C D D 0 s h 7、遠停程角遠停程角： 從動件在最遠位置停止從動件在最遠位置停止不動所對應的凸輪轉角不動所對應的凸輪轉角s。 S = BOC 6、遠停程遠停程： 凸輪由凸輪由B轉動到轉動到C，從動從動件在最遠位置停止不動。件在最遠位置停止不動。 0 s w w A A BB O O B B C C D D 0 s h 9、近停程角近停程角： 8、回程運動角回程運動角： 0 =COD s =AOD 7 7、回程回程： 從動件在彈簧力或重力作用下，以一從動件在彈簧力或重力作用下，

9、以一 定的運動規(guī)律回到起始位置的過程。定的運動規(guī)律回到起始位置的過程。 與回程相應的凸輪轉角與回程相應的凸輪轉角0 。 從動件在最近位置停止不動所從動件在最近位置停止不動所對應的凸輪轉角對應的凸輪轉角s。 h s w w A A BB O O B B C C D D t s h 10、近停程角近停程角： 與回程相應的凸輪轉角與回程相應的凸輪轉角0 。 以縱坐標代表從動件位移以縱坐標代表從動件位移s2 ，橫坐標代表凸輪轉角橫坐標代表凸輪轉角1或時間或時間t，所畫出的圖形為位移曲線圖所畫出的圖形為位移曲線圖。 11、從動件位移線圖從動件位移線圖： 升升停停降降停停 t 1 s2 A B C D h

10、 2p2p 0 s 0 s A 0 s w w A A BB O O B B C C D D 0 s h 從動件位移線圖決定于從動件位移線圖決定于凸輪輪廓曲線的形狀。凸輪輪廓曲線的形狀。 （二）從動件常用的運動規(guī)律（二）從動件常用的運動規(guī)律 1.等速運動規(guī)律 2.等加速-等減速運動規(guī)律 3.簡諧運動規(guī)律 作推程運動線圖作推程運動線圖 000, 00)()(常數(shù)ahvhsh 0 s O v O 0 v0 a O 0 1.等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律 從動件在推程（或回程）的運動從動件在推程（或回程）的運動速度為常數(shù)的運動規(guī)律。速度為常數(shù)的運動規(guī)律。 從動件在起始和終止點速度有突變從動件在起始和終止點

11、速度有突變，使瞬時加使瞬時加速度趨于無窮大速度趨于無窮大，從而產(chǎn)生無限值慣性力從而產(chǎn)生無限值慣性力，并并由此對凸輪產(chǎn)生沖擊由此對凸輪產(chǎn)生沖擊 剛性沖擊剛性沖擊 因此只適用于低速、輕載的場合。因此只適用于低速、輕載的場合。 1.等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律 h s O 0 0/2 h/2 v O 0 0/2 2h / 0 a O 0/2 4h 2/ 02 0 4h 2/ 02 1.等加速等加速-等減速運動規(guī)律等減速運動規(guī)律 從動件在一個行程從動件在一個行程h中，前中，前半行程做等加速運動，后半行程做等加速運動，后半行程作等減速運動的運半行程作等減速運動的運動規(guī)律。動規(guī)律。 B A C 2.等加速等加

12、速-等減速運動規(guī)律等減速運動規(guī)律 等加速等減速運動規(guī)律運動特性：等加速等減速運動規(guī)律運動特性： 從動件在運動起始、中點和終止點存在從動件在運動起始、中點和終止點存在柔性沖擊；柔性沖擊； 適用于適用于中速、中載的中速、中載的場合；場合； 從動件在起點從動件在起點、中點和終點中點和終點，因加速度有有限值因加速度有有限值突變而引起推桿慣性力的有限值突變突變而引起推桿慣性力的有限值突變，并由此對并由此對凸輪產(chǎn)生有限的沖擊凸輪產(chǎn)生有限的沖擊 柔性沖擊柔性沖擊 s O h 0 0/2 pp h /2 0 0 0/2 v O a O 0 0/2 p p2 2 h /2 02 -p p2 2 h /2 02

13、3 3. .余弦加速度運動規(guī)律：余弦加速度運動規(guī)律： 從動件加速度在從動件加速度在起點起點和和終點終點存在存在有限值突變有限值突變，故有故有柔性沖擊柔性沖擊; 若從動件作無停歇的若從動件作無停歇的升降升升降升連續(xù)往復運動連續(xù)往復運動，加速度曲線變?yōu)榧铀俣惹€變?yōu)檫B續(xù)曲線連續(xù)曲線，可以避免柔性沖擊可以避免柔性沖擊; 可適用于可適用于高速的高速的場合場合。 作業(yè) P48 (1)，(3) 三三 任務實施任務實施 （一）本任務的學習目標（一）本任務的學習目標 圖解法設計凸輪輪廓曲線 根據(jù)工作條件要求，根據(jù)工作條件要求，確定從動件的運動規(guī)律確定從動件的運動規(guī)律，選定凸，選定凸輪的輪的轉動方向、基圓半徑轉

14、動方向、基圓半徑等，進而對等，進而對凸輪輪廓曲線進行凸輪輪廓曲線進行設計。設計。 設計方法設計方法: 1.圖解法：圖解法：簡便易行、直觀，但精度較低，可用于設計一簡便易行、直觀，但精度較低，可用于設計一般精度要求的凸輪機構。般精度要求的凸輪機構。 2.解析法解析法:精度高，但計算量大，多用于設計精度要求較高精度高，但計算量大，多用于設計精度要求較高的凸輪機構。的凸輪機構。 凸輪輪廓曲線的設計凸輪輪廓曲線的設計 e s B1 B - B0 rb - 1、圖解法的原理、圖解法的原理 假想給整個凸輪機構加上假想給整個凸輪機構加上一個與凸輪角速度一個與凸輪角速度 大小相等大小相等、方向相反的、方向相反

15、的角速度（角速度（- ），凸輪將處于靜止狀態(tài)；機架則凸輪將處于靜止狀態(tài)；機架則以以（ - ）的角速度圍繞凸輪的角速度圍繞凸輪原來的轉動軸線轉動；而從動原來的轉動軸線轉動；而從動件一方面隨機架轉動，另一方件一方面隨機架轉動，另一方面又按照給定的運動規(guī)律相對面又按照給定的運動規(guī)律相對機架作往復運動。機架作往復運動。 反轉法反轉法 1、圖解法的原理（、圖解法的原理（反轉法反轉法） 凸輪輪廓曲線的設計凸輪輪廓曲線的設計 原機構原機構 轉化機構轉化機構 凸輪凸輪 從動件從動件 機架機架 - =0 V -V0 0 - = - o S p290 120 1 2 3 5 6 7 h 150 4 8 2. 凸輪

16、輪廓設計凸輪輪廓設計作圖法作圖法 尖頂移動從動件盤型凸輪機構尖頂移動從動件盤型凸輪機構 （1）選取適當?shù)谋壤咦鞒鲞x取適當?shù)谋壤咦鞒?位移線圖；位移線圖； （2）按基本尺寸作出凸輪機構的按基本尺寸作出凸輪機構的 初始位置；初始位置； （3）按按- 方向劃分基圓周得方向劃分基圓周得 c0、c1、c2 等等 點；并過這點；并過這 些點些點作射作射線，即為反轉后的導路線；線，即為反轉后的導路線； （4）在各反轉導路線上量取與位移在各反轉導路線上量取與位移 圖相應的位移，得圖相應的位移，得B1、B2 等等 點，即為凸輪輪廓上的點。點，即為凸輪輪廓上的點。 rb B0 B1 B2 B4 B8 B5 c

17、1 c2 c4 c5 c8 B6 B7 c6 c7 c0 c3 90 B3 滾子從動件凸輪輪廓曲線的設計步驟：滾子從動件凸輪輪廓曲線的設計步驟： （1）畫出滾子中心的軌畫出滾子中心的軌 跡跡 （稱為理論輪廓曲線稱為理論輪廓曲線） （2）以以理論輪廓上的點理論輪廓上的點為為圓心，圓心，滾子半徑滾子半徑rT為半徑作為半徑作一系列的滾子圓，再畫滾子一系列的滾子圓，再畫滾子圓的內(nèi)包絡線，則為從動件圓的內(nèi)包絡線，則為從動件凸輪的凸輪的實際輪廓曲線實際輪廓曲線。 注意：注意： （1）理論輪廓與實際輪廓互為等距曲線；）理論輪廓與實際輪廓互為等距曲線； （2）凸輪的基圓是指理論輪廓曲線上的基圓。凸輪的基圓是指

18、理論輪廓曲線上的基圓。 n n B C r0 rT 實際輪廓曲線實際輪廓曲線 理論輪廓曲線理論輪廓曲線 對心平底直動從動件盤形凸輪對心平底直動從動件盤形凸輪 圖解法設計凸輪輪廓曲線圖解法設計凸輪輪廓曲線 五五. 任務拓展任務拓展 圖解法可以簡便地作出凸輪輪廓，但作圖誤差圖解法可以簡便地作出凸輪輪廓，但作圖誤差較大，不夠精確，所以只適用于對從動件運動規(guī)律較大，不夠精確，所以只適用于對從動件運動規(guī)律要求不太嚴格的地方。對于精度要求高的高速凸輪要求不太嚴格的地方。對于精度要求高的高速凸輪等，必須用解析法精確設計。等，必須用解析法精確設計。 下一頁 1. 解析法設計凸輪輪廓曲線解析法設計凸輪輪廓曲線

19、用解析法設計凸輪輪廓的實質(zhì)是建立凸輪輪廓用解析法設計凸輪輪廓的實質(zhì)是建立凸輪輪廓曲線的數(shù)學方程式，進而準確地計算出凸輪輪廓線曲線的數(shù)學方程式，進而準確地計算出凸輪輪廓線上各點的坐標值，以便對凸輪進行加工和檢驗。上各點的坐標值，以便對凸輪進行加工和檢驗。 偏置直動滾子從動件盤形凸輪輪廓的設計 建立凸輪轉軸中心的坐標系xOy 根據(jù)反轉法原理，凸輪以轉過角； B點坐標為 sincos)(cossin)(00essyessx上式即為凸輪理論廓線方程 實際廓線與理論廓線在法線上相距滾子半徑rT，則推出 sincosTTryyrxx式中取“”號時為內(nèi)等距曲線，取“”號時為外等距曲線 1. 1. 用解析法設

20、計凸輪機構用解析法設計凸輪機構 2. 2. 凸輪機構設計中應注意的幾個問題凸輪機構設計中應注意的幾個問題 設計滾子從動件時若從強度和耐用性考慮，滾子設計滾子從動件時若從強度和耐用性考慮，滾子的半徑應取大些。滾子半徑取大時，對凸輪的實際輪的半徑應取大些。滾子半徑取大時，對凸輪的實際輪廓曲線影響很大，有時甚至使從動件不能完成預期的廓曲線影響很大，有時甚至使從動件不能完成預期的運動規(guī)律。運動規(guī)律。 （1 1）滾子半徑的選擇）滾子半徑的選擇 滾子半徑的選擇滾子半徑的選擇 （1 1）滾子半徑的選擇）滾子半徑的選擇 . .凸輪理論輪廓為內(nèi)凹時凸輪理論輪廓為內(nèi)凹時 由圖(a)可得 =min+rT 實際輪廓曲

21、線曲率半徑總大于理論輪廓曲線曲率實際輪廓曲線曲率半徑總大于理論輪廓曲線曲率半徑。因此，不論選擇多大的滾子，都能作出實際輪半徑。因此，不論選擇多大的滾子，都能作出實際輪廓曲線。廓曲線。 當理論廓線外凸時當理論廓線外凸時(可分為三種情況可分為三種情況) r = r min- rT 1) r min rT時 r 0這時所得的凸輪實際輪廓為光滑的曲線(如圖b) 2) r min= rT 時r = 0，實際輪廓線變尖，極易磨損，產(chǎn)生失真(如圖c)。 3) r min rT 時r 0， 即實際曲線出現(xiàn)交叉會出現(xiàn)嚴重失真(如圖d)。 （1 1） 滾子半徑的選擇滾子半徑的選擇 一般推薦rT=0.8min。 為

22、了避免出現(xiàn)尖點，一般要求 min35mm。 凸輪對從動件的作用力F的方向與從動件上力作用點的速度方向之間所夾的銳角a稱為壓力角。 acos1FFasin2FF（2 2）壓力角的校核）壓力角的校核 自鎖：自鎖：當當增大到一定程度后，以增大到一定程度后，以至于導路的摩擦阻力大于有效分力至于導路的摩擦阻力大于有效分力時，無論凸輪給予從動件多大的力，時，無論凸輪給予從動件多大的力，從動件都不能運動。從動件都不能運動。 推薦壓力角數(shù)值推薦壓力角數(shù)值 移動從動件a=30 擺動從動件a=45 回程中，一般不會有自鎖現(xiàn)象，壓力角取值為 4.4.2 4.4.2 壓力角的校核壓力角的校核 a=7080 (3) 基

23、圓半徑的確定基圓半徑的確定 根據(jù)凸輪的結構確定根據(jù)凸輪的結構確定r rb b： 在設計凸輪時，先根據(jù)條件確定在設計凸輪時，先根據(jù)條件確定基圓半徑基圓半徑rb。 制成凸輪軸時，制成凸輪軸時， rb=r+rT+(25)mm； 單獨制造凸輪時，單獨制造凸輪時，rb= rh+ rT+(25)mm。 根據(jù)壓力角確定根據(jù)壓力角確定rb 諾模圖 設：凸輪升程角設：凸輪升程角45o,max=30o,行程行程h=30mm,簡諧運動，求基圓半徑簡諧運動，求基圓半徑rb。 解：過升程角解：過升程角45o和和max=30o畫直線相交于直徑線上得畫直線相交于直徑線上得h/rb=0.35 所以，所以， rb=h/0.35=30/0.35=86mm 下一頁 凸凸 輪輪 機機 構構 總總 結結 凸輪機構的應用凸輪機構的應用 凸輪機構的分類凸輪機構的分類 推桿的常用運動規(guī)律推桿的常用運動規(guī)律 凸輪輪廓曲線的設計凸輪輪廓曲線的設計 設計方法所依據(jù)的基本原理設計方法所依據(jù)的基本原理反轉法反轉法 設計方法：設計方法：圖解法圖解法、解析法、解析法 凸輪機構基本尺寸的確定凸輪機構基本尺寸的確定 滾子半徑、滾子半徑、基圓半徑、壓力角、基圓半徑、壓力角、 等速運動等速運動 等加速等減速運動等加速等減速運動 簡諧（余弦）運動規(guī)律簡諧（余弦）運動規(guī)律 作業(yè) P49 （7） （8）