华科机械原理课件凸轮机构

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1、机械原理第三章 凸轮机构华中科技大学 机械学院 刘伦洪目录3-1 凸轮机构的应用及分类 3-2 从动件常用运动规律 3-3 盘形凸轮机构基本尺寸的确定 3-4 根据预定运动规律设计盘形凸轮轮廓曲线 3-5 空间凸轮机构凸轮凸轮是一个具有曲线 轮廓的构件。含有凸 轮的机构称为凸轮机凸轮机 构构。它由凸轮、从动 件和机架组成。一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用3.1 凸轮机构的应用及分类内燃机配气凸轮机构凸轮机构的应用打标机进刀凸轮机构内燃机配气凸轮机构多缸内燃机-配气机构冲压机凸轮机构的优缺点 优点优点: : 只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实 现从动件复杂的运动规律复杂的运动规律； 结构简单

2、，运动可靠。 缺点：缺点： 从动件与凸轮接触应力大接触应力大,易磨损 用途：用途： 载荷较小的运动控制一）按凸轮的形状分二、凸轮机构的分类1、盘形凸轮2、移动凸轮3、圆柱凸轮4、圆锥凸轮1、尖顶从动件二）按从动件上高副元素的几何形状分2、滚子从动件3、平底从动件三）按凸轮与从动件的锁合方式分1 1、力锁合的凸轮机构、力锁合的凸轮机构 力锁合的凸轮机构 形锁合的凸轮机构2、形锁合的凸轮机构 沟槽凸轮机沟槽凸轮机 构构 - - 等宽凸轮机等宽凸轮机 构构 - - 等径凸轮机等径凸轮机 构构 - - 主回凸轮机主回凸轮机 构构1）沟槽沟槽凸轮机构2）等径等径凸轮机构3）等宽等宽凸轮机构4）主回主回凸

3、轮机构(平底)摆动摆动从动件从动件 凸轮机构（对心、偏置） 移动移动从动件从动件凸轮机构四）根据从动件的运动形式分sh偏心距s (从动件位移位移)02e回程运动角推程运动角远休止角近休止角AD( ,s)CBOrb三、凸轮机构的工作原理基圆行程ABCDB hss?推程角推程角为什么是为什么是BOBBOB ？ 而不是而不是BOA BOA ？图中推程运动角图中推程运动角是是. . ABCDABCDABCDO推程运动角推程运动角ABCDB 问问1 1：导致BOA的原因 是什么？ 或：什么条件下=BOA？问问2 2：考虑到： 推程运动角 =BOB 近休止角s =DOA ？ 远休止角s =COB ？ 回程

4、运动角 =DOC ？ 那么凸轮旋转一周，4个角 的和岂不是360 ？DABCD O回程角回程角回程运动角回程运动角 现象: 只要偏心距e不为0, 即使AB与CD形状相同, 回回 程速度程速度比推程速度推程速度快。如果从动件偏向O点左侧, 问1：回程速度回程速度和推程速度推程速度 哪个快？问2：这样布置是否合理？rba摆动从动件凸轮机构中心距a杆长l摆杆初始位置角0角位移摆幅maxABCDO1O2 max0B基圆l2）凸轮机构基本尺寸的设计 移动从动件：基圆半径rb，偏心距e; 摆动从动件：基圆半径rb，凸轮转动中心到从动件摆 动中心的距离a及摆杆的长度l; 滚子从动件：除上述外，还有滚子半径r

5、r。 平底从动件：除上述外，平底长度L。Sh()(max)3）凸轮机构曲线轮廓的设计 4）绘制凸轮机构工作图1）从动件运动规律的设计O1O2a lO1erbrb四、凸轮机构的设计任务3-2 从动件常用运动规律 一、基本运动规律基本运动规律二、组合运动规律组合运动规律简介三、从动件运动规律设计 升-停-回-停型 (RDRD)升-回-停型 (RRD)升-停-回型 (RDR)升-回型 (RR)S()S()S()S()运动循环的类型从动件运动规律的数学方程式类速度类加速度类跃动度位移速度加速度跃动度一、基本运动规律a=2(2c2 + 6c3 +12c42 + +n(n-1)cnn-2)（一）（一） 多

6、项式运动规律多项式运动规律 s=c0 + c1 + c22 + c33 + + cnnv=( c1 + 2c2 + 3c32 + +ncnn-1)式中，为凸轮的转角（rad）； c0，c1，c2， ，为n+1个待定系数。j=3(6c3 + 24c4 + +n(n-1)(n-2)cnn-3)1 1、n n=1=1的运动规律的运动规律等速运动规律 0aa=00sh0vv刚性冲击=0，s=0; =，s=h问问：回程：回程的方程式呢？0j0vvmax0shamax 0a-amax等加速等减速运动规律柔性冲击柔性冲击增加多项式的幂次，可获得性 能良好的运动规律2、 n n=2的运动规律（二）余弦加速度规

7、律（二）余弦加速度规律sovoaojoh（三）正弦加速度规律（三）正弦加速度规律sovoaojoh正弦正弦/ /余弦余弦 对比对比二、组合运动规律简介运动规律组合应遵循的原则： 1、对于中、低速中、低速运动的 凸轮机构，要求 从动件的 位移曲线在衔接处相切，以保证保证 速度曲线的连续速度曲线的连续。 2、对于中、高速运动中、高速运动的凸轮机构，则还 要求从动件的 速度曲线在衔接处相切，以 保证加速度曲线的连续加速度曲线的连续。aOABCDEFO梯形加速度运动规律a改进型等速运动规律0 0aa=0v0sh三、从动件运动规律设计1、从动件的 最大速度最大速度v vmaxmax 要尽量小；2、从动件

8、的 最大加速度最大加速度a amaxmax要尽量小；3、从动件的 最大跃动度最大跃动度j jmaxmax 要尽量小 。运动规动规 律Vmax(h /) amax (h 2/2) 冲击击特性适用范围围等速1.0刚刚性低速轻载轻载等加速等减速2.04.00柔性中速轻载轻载余弦加速度1.574.93柔性中速中载载正弦加速度2.006.28无高速轻载轻载从动件常用基本运动规律特性33 盘形凸轮机构基本尺寸的确定 一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 tt一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸设计11 1es0srbP13 COP23nnP2 23 3Av2tt1 1

9、eCO nnP2 23 3A对于对心对心移动从动件盘形凸 轮机构，e=0，则有：1、偏距e的大小和偏置方位的选择原则 应有利于减小从动件工作行程时的最大压 力角。 为此应使从动件在工作行程中，点点C C和点和点 P P位于凸轮回转中心O的同侧同侧，此时凸轮 上C点的线速度指向与从动件工作行程的 线速度指向相同。 偏距不宜取得太大，可近似取为：2、凸轮基圆半径的确定加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力; 不足是：同时加大了机构尺寸。 因此，原则如下：1）若机构受力不大，要求机构紧凑时； 取较小的基圆半径，按许用压力角(30度)求这时，若从动件运动规律已知，即s=s()已知，代入上式 ，可求得一

10、系列rb,取最大者为基圆半径根据实际轮廓的最小向径rm 确定基圆半径rb，校核压力角根据结构和强度确定基圆半径，如考虑到安装在轴上，必须有大的轮毂rs rh rm2）若机构受力较大，对其尺寸又没有严 格的限制二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸整理后，得：情况1：凸轮的转向1 与从动件的转向2反向反向其中：nn12rbKv2la 0+BP O1O2情况2：1 与2同向同向与反向反向时的 情况对比：nn12rbKv2la0+BO1O2P整理后,得：一般性原则一般性原则 摆动从动件盘形凸轮机构的压力角压力角与从动 件的运动规律、摆杆长度、基圆半径及中 心距有关。 在运动规律和 基本尺寸相同的情况下

11、， 1 1与与 2 2异向异向，可减小减小摆动从动件盘形凸轮机 构的压力角压力角。一、图解法设计盘形凸轮机构二、解析法设计盘形凸轮机构3-4 根据预定运动规律设计盘形 凸轮轮廓曲线一、盘形凸轮机构的设计图解法1、尖顶移动尖顶移动从动件盘形凸轮机构2、滚子移动滚子移动从动件盘形凸轮机构3、平底移动平底移动从动件盘形凸轮机构4、尖顶摆动尖顶摆动从动件盘形凸轮机构2S1123s1s2hOrb-11s111s12 s2s23hh32凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）ss113h-rbe1、偏置尖顶移动偏置尖顶移动从动件凸轮轮廓设计O311hs1s1131思考：思考：找出图中所有夹角夹角 为为 1 1

12、的线对？12已知：已知：s = ss = s( ( ) ) ，r rb b，e e， 作图要点：作图要点： 1）在偏距圆上旋转转角转角 2）以基圆为基点量位移位移s s12S1123s1s2h-111 1s1Orbes22h3F v s11已知：S=S（），rb，e，偏置尖顶移动偏置尖顶移动从动件凸轮轮廓设计作图过程作图过程2S1123s1s2h-111 1s1Orbes22h3已知：S=S(), rb, e, , rr理论轮廓实际轮廓F v2、偏置滚子移动从动件凸轮轮廓设计3、平底移动从动件凸轮轮廓设计 与滚子移动从动件盘形凸轮机构的设计基本相似。 先以B0点为基准作出理论轮廓线； 而后画出

13、平底； 作平底的包络线。OALmaxP SS91 12233445566778 83-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3 C8 C710已知：= f()，rb，L(杆长)，a(中心距)，A0B00OSSA1A2A3A4A5A9A8A7A6B11C9B9F v34、尖顶摆动尖顶摆动从动件盘形凸轮机构1二、盘形凸轮机构的设计解析法1、尖顶移动尖顶移动从动件盘形凸轮机构2、尖顶摆动尖顶摆动从动件盘形凸轮机构3、滚子移动滚子移动从动件盘形凸轮机构4、平底移动平底移动从动件盘形凸轮机构坐标旋转公式坐标旋转公式- -推导推导yx O(x1, y1)(x1, y1)(x, y)(x,

14、y)于是:坐标顺时针顺时针转动 ？坐标逆时针逆时针转动1、尖顶移动尖顶移动从动件盘形凸轮机构的设计yes s0 0s srbxC0OB1B0BC-2ssB平面旋转矩阵平面旋转矩阵尖顶移动尖顶移动从动件盘形凸轮机构yes s0 0s srbxC0OB1B0BC-e e与与 的符号的符号 若从动件导路导路相对于凸轮回转中心的偏置 方向与x方向同向，则e0, 反之e0，反之 0，反之 0rr=minminbmin = min - rr= 0rr 当r rr rmin时，实际轮廓将出 现交叉现象，会引起运动失 真。rrbminmin bmin = min + rr 0内凹的轮廓曲线不 存在失真。min

15、rrrrmin bmin = min - rr 0bmin = min rr3mm rrmin - 3 mmrr 0.8 min rr 0.4rb 或一般4、平底移动平底移动从动件盘形凸轮机构的设计1、轮廓曲线的设计v223O PB1SS0rrb1B-yx考虑到轮廓曲线完全相同，平考虑到轮廓曲线完全相同，平 底凸轮机构只考虑对心。底凸轮机构只考虑对心。(1) 基本尺寸的确定 L = Lmax+ Lmax+(410)mmLmax=(OP) max=(ds/d) maxL为平底总长， L max和L max为平 底与凸轮接触点到从动件导路中 心线的左、右两侧 的最远距离。5432112345rbrb（2） 凸轮轮廓的向径 不能变化太快。OALmaxP2.平底长度的确定凸轮