第三章-凸轮机构及其设计(授课)武汉理工大学ppt课件

第 三 章 凸轮机构及其设计13-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类凸轮机构：凸轮机构：凸轮机构：凸轮机构：由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。凸轮凸轮（cam）：具有某种曲线和凹槽的构件。具有某种曲线和凹槽的构件。凸轮凸轮1从动件从动件2机架机架3O113-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构：由凸轮、推杆和机架三个23-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用(Application of Cams)内燃机内燃机凸轮组合机构凸轮组合机构3-1凸轮机构的应用及分类一、凸轮机构的应用(Applic3一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用盘型凸轮的应用盘型凸轮的应用3-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类一、凸轮机构的应用盘型凸轮的应用3-1凸轮机构的应用及分类4一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用等径凸轮的应用等径凸轮的应用3-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类一、凸轮机构的应用等径凸轮的应用3-1凸轮机构的应用及分类5一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用3-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类圆柱凸轮机构的应用圆柱凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用3-1凸轮机构的应用及分类圆柱凸轮机构的63-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用利用凸轮机构转位利用凸轮机构转位3-1凸轮机构的应用及分类一、凸轮机构的应用利用凸轮机构转7一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用3-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类 靠模靠模一、凸轮机构的应用3-1凸轮机构的应用及分类 靠模8一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用O1123456789101112O2O3粉料压片机机构系统图粉料压片机机构系统图13型腔型腔（料斗料斗）（上冲头）（上冲头）（下冲头）（下冲头）1）移动料斗移动料斗4至型腔上方，并使料斗振至型腔上方，并使料斗振 动，动，将粉料装入型腔。将粉料装入型腔。2）下冲头下冲头6下沉，以防止上冲头下沉，以防止上冲头12下压时将下压时将 型腔内粉料抖出。型腔内粉料抖出。3）上、下冲头对粉料加压，并保压一上、下冲头对粉料加压，并保压一 定时间。定时间。4）上冲头退出，下冲头顶出药片。上冲头退出，下冲头顶出药片。3-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类一、凸轮机构的应用O1123456789101112O2O393-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类(Classification of Cams)1）按凸轮的形状分：）按凸轮的形状分：盘形凸轮盘形凸轮(Disk Cam)移动凸轮移动凸轮(Translating Cam)平平面面凸凸轮轮平平面面凸凸轮轮3-1凸轮机构的应用及分类二、凸轮机构的分类(Class10二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类1）按凸轮的形状分：）按凸轮的形状分：圆柱凸轮圆柱凸轮（空间凸轮）（空间凸轮）(Spatial Cam)3-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类二、凸轮机构的分类1）按凸轮的形状分：圆柱凸轮（空间凸轮）(113-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类2）按从动件的形状分：）按从动件的形状分：尖顶从动件尖顶从动件(Tip Follower)滚子从动件滚子从动件(Roller Follower)平底从动件平底从动件(Flat-faced Follower)。3-1凸轮机构的应用及分类二、凸轮机构的分类2）按从动件的122）按从动件的形状分：）按从动件的形状分：3-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类2）按从动件的形状分：3-1凸轮机构的应用及分类133）按从动件的运动形式分：）按从动件的运动形式分：移动从动件移动从动件(Translating Follower)偏置移动从动件偏置移动从动件对心移动从动件对心移动从动件3-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类3）按从动件的运动形式分：移动从动件偏置移动从动143-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类3）按从动件的运动形式分：）按从动件的运动形式分：摆动从动件摆动从动件(Oscillating Follower)3-1凸轮机构的应用及分类3）按从动件的运动形式分：15力锁合力锁合(Force Closure)4）按凸轮高副的锁合方式分：）按凸轮高副的锁合方式分：3-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类力锁合(Force Closure)4）按凸轮高副的锁合方163-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类沟槽凸轮沟槽凸轮等宽凸轮等宽凸轮4）按凸轮高副的锁合方式分：）按凸轮高副的锁合方式分：形锁合形锁合(Profile Closure)。等径凸轮等径凸轮3-1凸轮机构的应用及分类沟槽凸轮等宽凸轮4）按凸轮高副的17 四）按凸轮与从动件维持接四）按凸轮与从动件维持接 触（锁合）的方式分：触（锁合）的方式分：力锁合力锁合形锁合形锁合尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件二）按从动件上高副元二）按从动件上高副元 素的几何形状分：素的几何形状分：摆动从动件摆动从动件移动从动件移动从动件偏置移动从动件偏置移动从动件对心移动从动件对心移动从动件三）按从动件的运动分三）按从动件的运动分盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮一）按凸轮的形状分：一）按凸轮的形状分：凸凸轮轮机机构构的的分分类类小结：小结：四）按凸轮与从动件维持接力锁合形锁合尖顶从动件滚子从动件18优点：优点：优点：优点：3-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的优缺点三、凸轮机构的优缺点构件少，运动链短，结构简单紧凑；构件少，运动链短，结构简单紧凑；构件少，运动链短，结构简单紧凑；构件少，运动链短，结构简单紧凑；点、线接触，易磨损；点、线接触，易磨损；点、线接触，易磨损；点、线接触，易磨损；易使从动件得到各种预期易使从动件得到各种预期易使从动件得到各种预期易使从动件得到各种预期的运动规律的运动规律的运动规律的运动规律。缺点缺点缺点缺点：所以凸轮机构多用在传递动力不大的所以凸轮机构多用在传递动力不大的所以凸轮机构多用在传递动力不大的所以凸轮机构多用在传递动力不大的场合场合场合场合。优点：3-1凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的优缺点构件少19sCDh推程运动角推程运动角远休止角远休止角回程运动角回程运动角近休止角近休止角BosDrbeABC凸轮的基圆凸轮的基圆初始位置初始位置行程行程凸轮的基圆凸轮的基圆以凸轮理论廓线上以凸轮理论廓线上的最小向径的最小向径r0所作的圆称为基圆。所作的圆称为基圆。推程推程从动件从距离凸轮回转中从动件从距离凸轮回转中心最近位置到距离凸轮回转中心最心最近位置到距离凸轮回转中心最远位置的过程，称为推程。相应移远位置的过程，称为推程。相应移动的距离动的距离h称为称为行程。行程。对应凸轮转对应凸轮转角角 称为推程运动角。称为推程运动角。远休止角远休止角 s推杆在最高位置静推杆在最高位置静止不动，此过程称为远休，凸轮相止不动，此过程称为远休，凸轮相应的转角。应的转角。回程回程 从动件从距离凸轮回转中心从动件从距离凸轮回转中心最远位置到起始位置，从动件移向最远位置到起始位置，从动件移向凸轮回转中心的行程，称为凸轮回转中心的行程，称为回程。回程。对应凸轮转角对应凸轮转角 称为回程运动角称为回程运动角。近休止角近休止角 s 推杆在最低位置静推杆在最低位置静止不动，此过程称为近休，凸轮相止不动，此过程称为近休，凸轮相应的转角。应的转角。3-2 3-2 从动件常用运动规律及其选择从动件常用运动规律及其选择一、凸轮机构的基本名词术语一、凸轮机构的基本名词术语运动规律运动规律sCDh推程运动角远休止角回程运动角近休止角BosDrbeA20摆动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构AO1O2B1B从动件摆角从动件摆角推程运动角推程运动角CD远休止角远休止角回程运动角回程运动角近休止角近休止角oB最大摆角最大摆角最大摆角最大摆角摆角一、凸轮机构的基本名词术语一、凸轮机构的基本名词术语摆动从动件凸轮机构AO1O2B1B从动件摆角推程运动角CD远21凸轮机构的设计任务：凸轮机构的设计任务：为满足凸轮机构的输出件提出的运动要求、动为满足凸轮机构的输出件提出的运动要求、动力要求等，凸轮机构的设计大致可分成以下四步：力要求等，凸轮机构的设计大致可分成以下四步：（1）从动件运动规律的设计）从动件运动规律的设计（2）凸轮机构基本尺寸的设计）凸轮机构基本尺寸的设计（3）凸轮机构轮廓曲线的设计）凸轮机构轮廓曲线的设计（4）绘制凸轮机构工作图）绘制凸轮机构工作图一、凸轮机构的基本名词术语一、凸轮机构的基本名词术语凸轮机构的设计任务：为满足凸轮机构的输出件提出22二、从动件运动规律的设计二、从动件运动规律的设计sOsOsO（1）升）升-停停-回回-停型（停型（RDRD型）型）（2）升）升-回回-停型（停型（RRD型）型）（3）升）升-停停-回型（回型（RDR型）型）（4）升）升-回型（回型（RR型）型）sO按照从动见件在一个循环中是否需要停歇及停在何处等，按照从动见件在一个循环中是否需要停歇及停在何处等，可将凸轮机构从动件的位移曲线分成如下四种类型：可将凸轮机构从动件的位移曲线分成如下四种类型：二、从动件运动规律的设计sOsOsO（1）升-停-回-停型（23三、从动件常用运动规律三、从动件常用运动规律(Law of Motion of Follower)3-2 3-2 从动件常用运动规律及其选择从动件常用运动规律及其选择（一）多项式运动规律（一）多项式运动规律其位移方程的一般形式为：其位移方程的一般形式为：式中，式中，为凸轮的转角（为凸轮的转角（rad)；c0，c1，c2，.cn为为n+1个待定系数。个待定系数。三、从动件常用运动规律(Law of Motion of F241.n=1的运动规律（等速运动规律）的运动规律（等速运动规律）推程的运动方程：推程的运动方程：其推程的边界条件为：其推程的边界条件为：三、从动件常用运动规律三、从动件常用运动规律（一）多项式运动规律（一）多项式运动规律hOSvOvOa则得：则得：C0=0，C1=h/1.n=1的运动规律（等速运动规律）推程的运动方程：其推程25 从动件在运动从动件在运动起始起始位置和终止位置和终止两瞬时的加两瞬时的加速度在理论上由零值突速度在理论上由零值突变为无穷大，惯性力也变为无穷大，惯性力也为无穷大。由此的冲击为无穷大。由此的冲击称为称为刚性冲击刚性冲击。适用于。适用于低速场合。低速场合。1.n=1的运动规律（等速运动规律）的运动规律（等速运动规律）三、从动件常用运动规律三、从动件常用运动规律（一）多项式运动规律（一）多项式运动规律hOSvOvOa 从动件在运动起始1.n=1的运动规26149410h1423560s0vvmax0amax-amaxa2.n=2的运动规律的运动规律（等加速等减速运动规律）（等加速等减速运动规律）推程等加速运动的方程式为：推程等加速运动的方程式为：推程等加速运动的边界条件为：推程等加速运动的边界条件为：三、从动件常用运动规律三、从动件常用运动规律（一）多项式运动规律（一）多项式运动规律得：得：C0=-h，C1=4 h/，C2=-2 h/149410h1423560s0vvmax0amax-ama27 在运动规律推程的在运动规律推程的始末始末点和前后半程的交接处点和前后半程的交接处，加，加速度虽为有限值，但加速度速度虽为有限值，但加速度对时间的变化率理论上为无对时间的变化率理论上为无穷大。由此引起的冲击称为穷大。由此引起的冲击称为柔性冲击。柔性冲击。适当增加多项式的幂次，就有可适当增加多项式的幂次，就有可能获得性能良好的运动规律。但幂次能获得性能良好的运动规律。但幂次越高，要求的加工精度也愈高。越高，要求的加工精度也愈高。3.n3 的高次多项式运动规律的高次多项式运动规律三、从动件常用运动规律三、从动件常用运动规律（一）多项式运动规律（一）多项式运动规律149410h1423560s0vvmax0amax-amaxa 在运动规律推程的始末 适当增加多28149410h142356So t1等加速等减速运动规律从动件位移曲线绘制等加速等减速运动规律从动件位移曲线绘制方法一方法一149410h142356So t1等加速等减速运动规律从29h142356So t1123456等加速等减速运动规律从动件位移曲线绘制等加速等减速运动规律从动件位移曲线绘制方法二方法二h142356So t1123456等加速等减速运动规律从300 s1 23456ha1 2 3456amax-amaxvmaxv1 23456s三、从动件常用运动规律三、从动件常用运动规律（二）三角函数类基本运动规律（二）三角函数类基本运动规律1.余弦加速度运动规律（推程）余弦加速度运动规律（推程）123456h/2 0 s123456ha123456amax-amaxvm31 对对RDRD型运动循环，该运型运动循环，该运动规律在推程的动规律在推程的起、止瞬时起、止瞬时，从，从动件的加速度有突变，故存在柔动件的加速度有突变，故存在柔性冲击。适用于中、低速场合。性冲击。适用于中、低速场合。对对RR型运动，若推程、回程型运动，若推程、回程均为余弦加速度规律，加速度曲线均为余弦加速度规律，加速度曲线无突变，因而无冲击，可用于高速无突变，因而无冲击，可用于高速凸轮。凸轮。（二）三角函数类基本运动规律（二）三角函数类基本运动规律1.余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律0 s1 23456ha1 2 3456amax-amaxvmaxv1 23456s 对RDRD型运动循环，该运 对32三、从动件常用运动规律三、从动件常用运动规律（二）三角函数类基本运动规律（二）三角函数类基本运动规律2.正弦加速度运动规律（推程）正弦加速度运动规律（推程）这种运动规律的速度及这种运动规律的速度及加速度曲线都是连续的，没加速度曲线都是连续的，没有任何突变，因而有任何突变，因而既没有刚既没有刚性冲击、又没有柔性冲击性冲击、又没有柔性冲击，可适用于高速凸轮机构。可适用于高速凸轮机构。12345678sohssS=S-S21346h/257s12345678ovvmax12345678oaamax-amax三、从动件常用运动规律（二）三角函数类基本运动规律2.正弦33esosB1SB-B0rbS-3-3 3-3 平面凸轮轮廓曲线的设计平面凸轮轮廓曲线的设计一、基本原理一、基本原理 假想给正在运动着的整个凸假想给正在运动着的整个凸轮机构加上一个与凸轮角速度轮机构加上一个与凸轮角速度 大小相等、方向相反的大小相等、方向相反的公共角速公共角速度（度（-），这样，各构件的相对，这样，各构件的相对运动关系并不改变，但原来以运动关系并不改变，但原来以角角速度速度 转动的凸轮将处于静止状态；转动的凸轮将处于静止状态；机架（从动件的导路）则以机架（从动件的导路）则以（-）的角速度围绕凸轮原来的转动轴线的角速度围绕凸轮原来的转动轴线转动；而从动件一方面随机架转动，转动；而从动件一方面随机架转动，另一方面又按照给定的运动规律相另一方面又按照给定的运动规律相对机架作往复运动。对机架作往复运动。反转法反转法esosB1SB-B0rbS-3-3 平面凸轮轮廓曲34反转前反转前反转后反转后机架机架凸轮凸轮从动件从动件不动不动不动不动 转动转动-转动转动S移动移动S移动移动-转动转动一、基本原理（一、基本原理（反转法反转法）3-3 3-3 平面凸轮轮廓曲线的设计平面凸轮轮廓曲线的设计反转前反转后机架凸轮从动件不动不动转动-转动S移动S移35（一）直动从动件盘型凸轮机构凸轮廓线的设计（一）直动从动件盘型凸轮机构凸轮廓线的设计1.尖顶从动件尖顶从动件(Tip Follower)已知：基圆半径；凸轮逆时针转动；已知：基圆半径；凸轮逆时针转动；推杆的运动规律为：推杆的运动规律为：凸轮转过推程角凸轮转过推程角900时，推杆等速上升时，推杆等速上升h；凸轮转过推程角凸轮转过推程角1500时，推杆静止不动；时，推杆静止不动；凸轮转过推程角凸轮转过推程角1200时，推杆等加速等减速下降时，推杆等加速等减速下降h。设计此凸轮轮廓曲线。设计此凸轮轮廓曲线。3-3 3-3 平面凸轮轮廓曲线的设计平面凸轮轮廓曲线的设计二、用图解法设计凸轮轮廓曲线二、用图解法设计凸轮轮廓曲线（一）直动从动件盘型凸轮机构凸轮廓线的设计1.尖顶从动件 36c7c6c5c4B3c2c1（1）取）取l，作出推杆运动规律作出推杆运动规律 位移线图；位移线图；（2）取）取l，作出基圆、并标，作出基圆、并标 出凸轮机构的初始位置出凸轮机构的初始位置；步骤：步骤：（3）按）按-方向作出推杆在反方向作出推杆在反转中占据的位置。转中占据的位置。（按横坐标（按横坐标相应的区间和等份，在基圆上相应的区间和等份，在基圆上划分划分 1、2、3等分点；并过等分点；并过这这 些点作射些点作射线，即为反转导路线，即为反转导路线）；线）；（4）作出推杆在反转中按自身）作出推杆在反转中按自身运动规律运动所占据的位置运动规律运动所占据的位置。（在各反转导路线上量取与位在各反转导路线上量取与位移图相应的位移，得移图相应的位移，得B1、B2、）；（5）光滑连接）光滑连接B1、B2、各各点，即为凸轮轮廓曲线。点，即为凸轮轮廓曲线。oS9012012 35 6 7h15048-rbB0B1B2B4B8B5120c8B6B7c0c315090（1）对心直动尖顶从动件）对心直动尖顶从动件3-3 3-3 平面凸轮轮廓曲线的设计平面凸轮轮廓曲线的设计c7c6c5c4B3c2c1（1）取l，作出推杆运动规律37（2）偏置直动尖顶从动件（已知偏距）偏置直动尖顶从动件（已知偏距e）-c1c2c3c4c5c6c7c0erbO180B1B3B4B2B5B8B6c10c8c9B7120B9B1060B0oS1801206012 3 4 5 67 8 910h（1）取）取l，作出推杆运动规律作出推杆运动规律 位移线图；位移线图；（2）取）取l，作出基圆、偏置圆，作出基圆、偏置圆，并标出凸轮机构的初始位置；并标出凸轮机构的初始位置；步骤：步骤：（3）按）按-方向作出推杆在反方向作出推杆在反转中占据的位置。（转中占据的位置。（按横坐标按横坐标相应的区间和等份，在划分偏相应的区间和等份，在划分偏距圆上得距圆上得 c0、c1、c2等点；等点；并过这并过这 些点作些点作 偏距圆的切线，偏距圆的切线，即为反转导路线）；即为反转导路线）；（4）作出推杆在反转中按自身）作出推杆在反转中按自身运动规律运动所占据的位置。运动规律运动所占据的位置。（在各反转导路线上量取与位在各反转导路线上量取与位移图相应的位移，得移图相应的位移，得B1、B2、）；（5）光滑连接）光滑连接B1、B2、各各点，即为凸轮轮廓曲线。点，即为凸轮轮廓曲线。3-3 3-3 平面凸轮轮廓曲线的设计平面凸轮轮廓曲线的设计（2）偏置直动尖顶从动件（已知偏距e）-c1c2c3c4c38理论轮廓曲线理论轮廓曲线实际轮廓曲线实际轮廓曲线rr（）滚子从动件（）滚子从动件(Roller Follower)步骤：步骤：（2）以理论廓线各点为）以理论廓线各点为圆心，滚子半径为半径作圆心，滚子半径为半径作圆族；圆族；（3）作圆族的内包络线，）作圆族的内包络线，既为所求凸轮轮廓曲线。既为所求凸轮轮廓曲线。（1）将滚子中心视为推杆的尖）将滚子中心视为推杆的尖顶，按上述方法作出理论廓线；顶，按上述方法作出理论廓线；B0rb3-3 3-3 平面凸轮轮廓曲线的设计平面凸轮轮廓曲线的设计理论轮廓曲线实际轮廓曲线rr（）滚子从动件(Rol39-21180120（）平底移动从动件（）平底移动从动件(Flat-faced Follower)60（2）作一系列代表推杆）作一系列代表推杆平底的直线族；平底的直线族；（3）作直线族的内包络）作直线族的内包络线，既为所求凸轮轮廓曲线。线，既为所求凸轮轮廓曲线。（1）将推杆导路中心视）将推杆导路中心视为推杆的尖顶，按上述方为推杆的尖顶，按上述方法作出理论廓线；法作出理论廓线；步骤：步骤：3-3 3-3 平面凸轮轮廓曲线的设计平面凸轮轮廓曲线的设计-21180120（）平底移动从动件(Flat-40B121 对于平底移动从动件盘对于平底移动从动件盘型凸轮，只要运动规律相同，型凸轮，只要运动规律相同，偏置从动件和对心从动件具偏置从动件和对心从动件具有相同的轮廓。有相同的轮廓。为了保证在所有位置为了保证在所有位置从动件平底都能与凸轮轮从动件平底都能与凸轮轮廓曲线相切，凸轮廓线必廓曲线相切，凸轮廓线必须是外凸的。须是外凸的。（）平底移动从动件（）平底移动从动件(Flat-faced Follower)3-3 3-3 平面凸轮轮廓曲线的设计平面凸轮轮廓曲线的设计B121 对于平底移动从动件盘型凸轮，只要运41(二）摆动从动件二）摆动从动件(Oscillating)盘型凸轮轮廓曲线的设计盘型凸轮轮廓曲线的设计 已知：已知：的转向，的转向，rb,lOA=a，杆长，杆长L ，设计轮廓曲线。，设计轮廓曲线。18012060o12 3 4 5 67 8 910步骤：步骤：（1）取）取l，作出摆杆运作出摆杆运动规律位移线图；动规律位移线图；（2）取）取l，作出基圆，作出基圆及初始位置，标出凸轮及初始位置，标出凸轮机构的转向；机构的转向；（3）作出摆杆在反转中）作出摆杆在反转中依次占据的位置，（按依次占据的位置，（按-方向划分圆方向划分圆R，得，得A0、A1、A2等点；即等点；即机架反转的一系列位置）机架反转的一系列位置）；（4）作出从动件反转后）作出从动件反转后按自身运动规律运动所占按自身运动规律运动所占据的一系列位置，（在各据的一系列位置，（在各反转导路线上量取与位移反转导路线上量取与位移图相应的位移，得图相应的位移，得 C1、C2、等点），等点），（5）光滑连接各点即为）光滑连接各点即为凸轮轮廓曲线。凸轮轮廓曲线。A1A2A3A5A6A7A8A9A10A400rbB0L18060120B1B2B3B4B5B6B7B8B9B101C12C23C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-(二）摆动从动件(Oscillating)盘型凸轮轮廓曲线的423-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项一、凸轮机构中的压力角和自锁一、凸轮机构中的压力角和自锁 根据力的平衡条件，可得：根据力的平衡条件，可得：经过整理后得经过整理后得：3-4 凸轮机构设计时应注意的事项一、凸轮机构中的压力角和43分析分析：1）在其他条件相同的情况下，压力角）在其他条件相同的情况下，压力角 愈大，则分母愈小，因而凸轮机构中愈大，则分母愈小，因而凸轮机构中 的作用力的作用力 P 将愈大；如果压力角将愈大；如果压力角大大 到使上式中的分母为零，则作用力将到使上式中的分母为零，则作用力将 增至无穷大，此时机构将发生增至无穷大，此时机构将发生自锁，自锁，而此时的压力角称为而此时的压力角称为临界压力角临界压力角C 。3-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项分析：1）在其他条件相同的情况下，压力角3-4 凸轮机构442）为保证凸轮机构能正常运转，设计时应使最大压力）为保证凸轮机构能正常运转，设计时应使最大压力 角角max小于临界压力角小于临界压力角C。即即 max 。工作行程：工作行程：移动从动件，移动从动件，=3038；摆动从动件，摆动从动件，=4045非工作行程：非工作行程：=70803）增大导轨）增大导轨b，减少悬臂减少悬臂l，可以使临界压力角的数值得可以使临界压力角的数值得 以提高，可减少自锁的性能。但临界压力角不能太大，以提高，可减少自锁的性能。但临界压力角不能太大，否则将影响机构的传否则将影响机构的传 动性能。因此，一般规定：动性能。因此，一般规定：3-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项2）为保证凸轮机构能正常运转，设计时应使最大压力工作行程：移45二、压力角和机构尺寸的关系二、压力角和机构尺寸的关系n1tt2PnAcoev2s0srbP 为构件为构件1、2 的瞬心的瞬心 v2=vP=op.；op=v2/；注意：注意：“+”、“-”oe1cpAnn“-”：偏距偏距 e 与瞬心与瞬心 P 在在 O 点同侧；点同侧；“+”：偏距偏距 e 与瞬心与瞬心 P 在在 O 点两侧；点两侧；3-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项二、压力角和机构尺寸的关系n1tt2PnAcoev2s046二、压力角和机构尺寸的关系二、压力角和机构尺寸的关系分析：分析：1）rb，则则；从而改善机构的传力特性。但这时机从而改善机构的传力特性。但这时机 构构 的尺寸将会增大。的尺寸将会增大。2）rb，则则；尺寸减小，结构紧凑。但若尺寸减小，结构紧凑。但若，则则。基圆半径随压力角的增加而减少。若使机构具有良好的传基圆半径随压力角的增加而减少。若使机构具有良好的传力性能，力性能，小好，若使机构结构紧凑，则小好，若使机构结构紧凑，则大好，两者互相制大好，两者互相制约。故在满足约。故在满足max的条件下，合理选择基圆半径。的条件下，合理选择基圆半径。3-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项二、压力角和机构尺寸的关系分析：1）rb，则；从而改47二、压力角和机构尺寸的关系二、压力角和机构尺寸的关系从动件偏置目的：从动件偏置目的：减小推程的压力角。减小推程的压力角。由公式可知：由公式可知：e，则则；e；这取这取决于凸轮的转向和从动件的偏置方向。在设计凸决于凸轮的转向和从动件的偏置方向。在设计凸轮机构时，若轮机构时，若 ，而机械的结构空间又不而机械的结构空间又不允许基圆半径增大，则可以调整偏距允许基圆半径增大，则可以调整偏距 来使来使下降。下降。凸轮逆时针转动，则推杆右偏置；凸轮顺时凸轮逆时针转动，则推杆右偏置；凸轮顺时针转动，则推杆左偏置。针转动，则推杆左偏置。3-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项二、压力角和机构尺寸的关系从动件偏置目的：减小推程的压力角。48ttnnpeA1rboeoA1rbttnn二、压力角和机构尺寸的关系二、压力角和机构尺寸的关系3-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项ttnnpeA1rboeoA1rbttnn二、压49三、基圆半径的确定三、基圆半径的确定1）受力不大，而要求结构紧凑时，）受力不大，而要求结构紧凑时，根据根据解得解得2）经验公式：）经验公式：rb =r（1.6 2）；）；r 凸轮轴半径。凸轮轴半径。3-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项三、基圆半径的确定1）受力不大，而要求结构紧凑时，根据解得2501.内凹凸轮轮廓曲线内凹凸轮轮廓曲线 rr曲率中心曲率中心理论廓线理论廓线 min实际廓实际廓amin amin=min+rr 0 不论滚子半径不论滚子半径大小如何，凸轮的大小如何，凸轮的工作曲线总是能平工作曲线总是能平滑地作出来。滑地作出来。四、滚子半径的选择四、滚子半径的选择3-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项1.内凹凸轮轮廓曲线rr曲率中心理论廓线min实际51 rr2.外凸凸轮轮廓曲线外凸凸轮轮廓曲线四、滚子半径的选择四、滚子半径的选择理论廓线理论廓线 min实际廓实际廓amin 曲率中心曲率中心 amin=min-rr 0=0；min rr；=0；min=rr；0；min rr；3-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项rr2.外凸凸轮轮廓曲线四、滚子半径的选择理论廓线52rr minrr，工作齿廓出，工作齿廓出现交叉现交叉失真现象。失真现象。min min=rr，工作齿廓出，工作齿廓出现尖点现尖点尖顶现象。尖顶现象。2.外凸凸轮轮廓曲线外凸凸轮轮廓曲线四、滚子半径的选择四、滚子半径的选择设计时应注意的事项设计时应注意的事项rrmin minminrr2.外凸凸轮轮廓曲线外凸凸轮轮廓曲线四、滚子半径的选择四、滚子半径的选择3-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项包络线交叉，制造时被切去 rr minminrr2.外凸凸轮轮廓曲线四、滚542.外凸凸轮轮廓曲线外凸凸轮轮廓曲线四、滚子半径的选择四、滚子半径的选择为避免运动失真，则：为避免运动失真，则：amin=min-rr 3mm。建议：建议：rr 0.8 min，或，或rr （0.10.5rb 滚子的尺寸还受其强度、结构的限制，因此也滚子的尺寸还受其强度、结构的限制，因此也不能太小，一般取：不能太小，一般取：3-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项2.外凸凸轮轮廓曲线四、滚子半径的选择为避免运动失真，则：55五、平底宽度的确定五、平底宽度的确定1）由于由于P为构件为构件1、2的瞬心的瞬心B2rb1P3EO3-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项五、平底宽度的确定1）由于P为构件1、2的瞬心B2rb156五、平底宽度的确定五、平底宽度的确定2）由作图法可得平底总长：）由作图法可得平底总长：10）mm-2118012060Lmax 3-4 3-4 凸轮机构设计时应注意的事项凸轮机构设计时应注意的事项五、平底宽度的确定2）由作图法可得平底总长：10）mm-57 谢谢 谢58