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1、第九章第九章凸轮机构凸轮机构及其设计及其设计第一节第一节凸轮机构凸轮机构的应用和分类的应用和分类2、作用：、作用：将凸轮的连续回转转变为从动件直线移动将凸轮的连续回转转变为从动件直线移动或或摆动摆动。3、优点：、优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。可精确实现任意运动规律，简单紧凑。4、缺点：、缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。高副，线接触，易磨损，传力不大。1、结构特点：、结构特点：三个构件、三个构件、盘盘（柱柱）状曲线轮廓、从动件呈杆状）状曲线轮廓、从动件呈杆状。点击下划线的文字可观看动画点击下划线的文字可观看动画内燃机气门机构内燃机气门机构靠弹簧力封闭靠弹簧力封闭机床进给机构机床进
2、给机构几何形状封闭几何形状封闭12刀架o5、应用、应用：内燃机内燃机、机床机床、补鞋机等、补鞋机等第三章第三章凸轮机构凸轮机构第一节第一节凸轮机构凸轮机构的应用和分类的应用和分类2、作用：、作用：将凸轮的连续回转转变为从动件直线将凸轮的连续回转转变为从动件直线移动移动或或摆动摆动。3、优点：、优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。可精确实现任意运动规律，简单紧凑。4、缺点：、缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。高副，线接触，易磨损，传力不大。5、应用、应用：内燃机内燃机、补鞋机、机床等。、补鞋机、机床等。1、结构特点：、结构特点：三个构件、三个构件、盘（柱盘（柱）状曲线轮廓、从动件呈杆状）
3、状曲线轮廓、从动件呈杆状。6、分类、分类：1)按凸轮形状分按凸轮形状分：盘形盘形、移动移动、圆柱凸轮圆柱凸轮(端面端面) 。2)按推杆形状按推杆形状分：分：尖顶尖顶、滚子滚子6、分类：、分类：、平底平底从动件。从动件。3).按推杆运动分：按推杆运动分：直动直动(对心对心、偏置偏置)、摆动摆动特点：尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；特点：尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；滚子滚子磨损小，应用广；磨损小，应用广；平底平底受力好、润滑好，用于高速传动。受力好、润滑好，用于高速传动。4).按保持接触方式分按保持接触方式分：力封闭力封闭（重力重力、弹簧弹簧等）等）几何形状封闭几何形状封闭(凹槽、等宽
4、、等径、主回凸轮凹槽、等宽、等径、主回凸轮)r1r2r1+r2 =constW凹槽凹槽 凸轮凸轮主主回回凸凸轮轮等宽凸轮等宽凸轮等等径径凸凸轮轮第二节第二节推杆的运动规律推杆的运动规律凸轮机构设计的基本任务是根据工作要求选定凸轮机构的凸轮机构设计的基本任务是根据工作要求选定凸轮机构的形式、推杆运动规律、合理确 定结构尺寸、设计轮廓曲线。而形式、推杆运动规律、合理确 定结构尺寸、设计轮廓曲线。而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。名词术语：名词术语：一、一、推杆的常用运动规律推杆的常用运动规律基圆、基圆、推程运动角、远休
5、止角、推程运动角、基圆半径、基圆半径、推程、推程、远休止角、回程运动角、回程运动角、回程、回程、近休止角、近休止角、行程。行程。r0hBots s ss s00 0 0ADCB对心凸轮：向径角处处等于转角。对心凸轮：向径角处处等于转角。向径角向径角几何学；几何学；转角转角运动学。运动学。偏置凸轮：向径角一般不等于转角。偏置凸轮：向径角一般不等于转角。向径角等于凸轮上两接触向径角等于凸轮上两接触点与铰链中心所形成的角度。点与铰链中心所形成的角度。转角等于从动件反转过的角度。转角等于从动件反转过的角度。其中：其中：凸轮转角 ，d/dt=凸轮角速度凸轮角速度1)等速运动运动规律等速运动运动规律在推程
6、起始点：在推程起始点：=0 s=0推程运动方程：推程运动方程：sh/0 vh/0a=0s0vah在推程终止点：在推程终止点：=0s=h+ 刚性冲击刚性冲击运动规律：运动规律：推杆在推程或回程时，其位移推杆在推程或回程时，其位移S、速度速度V、和加速和加速度度a 随转角随转角的变化规律。的变化规律。S=S()V=V()a=a()一、一、推杆的常用运动规律推杆的常用运动规律同理得回程运动方程：同理得回程运动方程：sh(1-/0 )v-h/0a02)等加等减速运动规律等加等减速运动规律位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。加速段推程运动方程为：加速段推程运动方程
7、为：s 2h2/02减速段推程运动方程为：减速段推程运动方程为：s h-2h(-0)2/021svav 4h/02a 4h2/02v -4h(-0)/02a -4h2/022 3 54 6h/20h/22h/0柔性冲击柔性冲击4h2/023) 简谐运动规律简谐运动规律推程：推程：sh1-cos(/0)/2v=hsin(/0)/（20）a=2h2cos(/0)/（202）a=-2h2cos(/0)/（202）回程：回程：sh1cos(/0)/2v=-hsin(/0)/（20）12345 6avsh0123456Vmax=1.57h /0在起始和终止处理论上在起始和终止处理论上a为为有限值，产生柔
8、性冲击。有限值，产生柔性冲击。s4) 摆线运动规律摆线运动规律推程：推程：sh/0-sin(2/0)/2v=h1-cos(2/0)/0a=2h2sin(2/0)/02回程：回程：sh1-/0+sin(2/0)/2v =hcos(2/0)-1/0a =-2h2sin(2/0)/02123456vah0r=h/2vmax=2h /0amax=6.28h2/02无冲击，但无冲击，但amax较大。较大。 =2/0hvsaooo0+-5) 改改进进型型运动规律运动规律将几种运动规律组合，将几种运动规律组合，以改善运动特性。以改善运动特性。正弦改进等速正弦改进等速二、选择运动规律的原则二、选择运动规律的原
9、则1.机器的工作过程只要求凸轮转过一角度机器的工作过程只要求凸轮转过一角度0时，推杆完成一时，推杆完成一行程行程h（直动推杆）或直动推杆）或（摆动推杆）。对运动规律并无严摆动推杆）。对运动规律并无严格要求，格要求，则应选择则应选择直线或圆弧直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。如如夹紧凸轮夹紧凸轮。二、选择运动规律的原则二、选择运动规律的原则1. 对运动规律并无严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工对运动规律并无严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。如曲线作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸轮夹紧凸轮。2. 机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严
10、格按工作要求机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工作要求的运动规律来设计凸轮廓线。如的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮刀架进给凸轮。二、选择运动规律的原则二、选择运动规律的原则1. 对运动规律并无严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工对运动规律并无严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。如曲线作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸轮夹紧凸轮。2. 机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工作要求机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工作要求的运动规律来设计凸轮廓线。如的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮刀架进给凸轮。3. 对高速凸轮，要求有较好的动力特性，除了避免
11、出现刚性对高速凸轮，要求有较好的动力特性，除了避免出现刚性或柔性冲击外，还应当考虑或柔性冲击外，还应当考虑Vmax和和amax。高速重载凸轮要选高速重载凸轮要选Vmax和和amax比较小的理由：比较小的理由：amax动量动量mv,若机构突然被卡住，则冲击力将很大若机构突然被卡住，则冲击力将很大（F=mv/t）。）。对重载凸轮，则适合选用对重载凸轮，则适合选用Vmax较小的运动规律。较小的运动规律。惯性力惯性力F=-ma对高速凸轮，希望对高速凸轮，希望amax愈小愈好。愈小愈好。Vmax等加等减速等加等减速 2.0 4.0 柔性柔性 中速轻载中速轻载余弦加速度余弦加速度 1.57 4.93 柔性
12、柔性 中速中载中速中载正弦加速度正弦加速度 2.0 6.28 无无 高速轻载高速轻载改进正弦加速度改进正弦加速度 1.76 5.53 无无 高速重载高速重载运动规律运动规律Vmax amax 冲击冲击推荐应用范围推荐应用范围等等速速 1.0 刚性刚性低速轻载低速轻载从动件常用运动规律特性比较从动件常用运动规律特性比较1、凸轮廓线设计方法的基本原理、凸轮廓线设计方法的基本原理第三节第三节凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计反转原理：反转原理：依据此原理可以用几何作图的方依据此原理可以用几何作图的方法法设计凸轮的轮廓曲线。设计凸轮的轮廓曲线。-给整个凸轮机构施以给整个凸轮机构施以-时，不时，不影响
13、各构件之间的相对运动，此时，影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线的轨迹即凸轮的轮廓曲线。Ar0609090120-s1234567891011121314对心直动尖顶推杆凸轮机构中，已知对心直动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径r0，角速度角速度和推杆的运和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。动规律，设计该凸轮轮廓曲线。1)对心直动尖顶推杆盘形凸轮对心直动尖顶推杆盘形凸轮60120 90 90135781 35 7 8911 13 1591113121418765432141312111092、
14、用作图法设计凸轮廓线、用作图法设计凸轮廓线Ar0609090120-1234567891011121314设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r0。反向等分各运动角。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。各等份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1)对心直动尖顶推杆盘形凸轮对心直动尖顶推杆盘形凸轮18765432141312111092、用作图法设计凸轮廓线、用作图法设计凸轮廓线r0609090120-1234567891011121314对心直动滚子推杆凸轮对心直动滚子推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半机构中，已知凸轮的基圆半径径r0，角速度角速度和推杆的运和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲动规律，设计该凸轮轮廓曲线。线。A2)对心直动滚子推杆盘形凸轮对心直动滚子推杆盘形凸轮s60120 90 90135781 35 7 8911 13 15911131214理论轮廓理论轮廓实际
