第-9章-凸轮机构课件

第九章第九章 凸轮机构凸轮机构1第九章 凸轮机构19-1 概概 述述一一.凸轮机构及其应用凸轮机构及其应用O1凸轮凸轮1 1从动件从动件2机架机架3 31从动件从动件凸轮凸轮滚子滚子机架机架29-1 概 述一.凸轮机构及其应用O1凸轮1从动内燃机凸轮组合机构3内燃机凸轮组合机构3盘形凸轮机构在盘形凸轮机构在印刷机中的应用印刷机中的应用等经凸轮机构在机械等经凸轮机构在机械加工中的应用加工中的应用4盘形凸轮机构在印刷机中的应用等经凸轮机构在机械加工中的应用4利用分度凸轮机构利用分度凸轮机构实现转位实现转位圆柱凸轮机构在机圆柱凸轮机构在机械加工中的应用械加工中的应用5利用分度凸轮机构实现转位圆柱凸轮机构在机械加工中的应用5O1123456789101112O2O3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 1、移动料斗、移动料斗4 4至型腔上方，并使料斗振动，将粉料装入型至型腔上方，并使料斗振动，将粉料装入型腔腔2 2、下冲头、下冲头6 6下沉，以防止上冲头下沉，以防止上冲头1212下压下压 时将型腔内粉料抖出时将型腔内粉料抖出。3 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 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。6O1123456789101112O2O3粉料压片机机构系统二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类（一）按凸轮的形状分：（一）按凸轮的形状分：盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮滚轮凸轮机构移动凸轮副空间凸轮27二、凸轮机构的分类（一）按凸轮的形状分：盘形凸轮移动凸轮圆柱（二）按从动件上高副元素的几何形状分：（二）按从动件上高副元素的几何形状分：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 8（二）按从动件上高副元素的几何形状分：尖顶从动件滚子从动件平（三）按从动件的运动分：（三）按从动件的运动分：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摆杆凸轮尖顶凸轮机构尖顶凸轮机构（偏心）9（三）按从动件的运动分：摆动从动件移动从动件偏置移动从动件对（四）按凸轮与从动件维持接触（锁合）的方式分：（四）按凸轮与从动件维持接触（锁合）的方式分：力锁合力锁合形锁合形锁合沟槽凸轮沟槽凸轮等宽凸轮等宽凸轮等径凸轮等径凸轮强制凸轮等宽凸轮10（四）按凸轮与从动件维持接触（锁合）的方式分：力锁合形锁合沟三、凸轮机构的工作原理三、凸轮机构的工作原理sCDh行程行程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该位置为初始位置该位置为初始位置11三、凸轮机构的工作原理sCDh行程推程运动角远休止角回程运动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12摆动从动件凸轮机构AO1O2B1B从动件摆角推程运动角CD远凸轮机构的基本名词术语凸轮机构的基本名词术语凸轮基圆、基圆半径凸轮基圆、基圆半径偏距圆、偏距偏距圆、偏距从动件行程从动件行程从动件推程从动件推程从动件回程从动件回程推程运动角推程运动角回程运动角回程运动角从动件远从动件远(近近)休休程程远（近）休止角远（近）休止角从动件位移从动件位移13凸轮机构的基本名词术语凸轮基圆、基圆半径偏距圆、偏距从动件行四、凸轮机构的设计任务四、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14四、凸轮机构的设计任务 为满足凸轮机构的输出件提9-2 从动件运动规律的设计从动件运动规律的设计sOsOsO1）升）升-停停-回回-停型停型2）升）升-回回-停型停型3）升）升-停停-回型回型4）升）升-回型回型sO 按照从动件在一个循环中是否需要停歇及停在按照从动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：四种类型：159-2 从动件运动规律的设计sOsOsO1）升-停-回主动件凸轮一般作匀速转动（角速度为主动件凸轮一般作匀速转动（角速度为 ），从），从动件的运动规律的数学方程式为动件的运动规律的数学方程式为位移位移速度速度加速度加速度类速度类速度类加速度类加速度16主动件凸轮一般作匀速转动（角速度为 ），从动件的运动一、基本运动规律一、基本运动规律（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17一、基本运动规律（一）多项式运动规律其位移方程的一般形式为11、等速运动规律等速运动规律（一次多项式（一次多项式 n=1）推程的运动方程：推程的运动方程：hOSvOvOa其推程的边界条件为：其推程的边界条件为：181、等速运动规律（一次多项式 n=1）推程的运动方程：hO回程的运动方程：回程的运动方程：hOSvOvOa 从动件在运动起始位置和终止从动件在运动起始位置和终止两瞬时，速度有突变，推杆在理论两瞬时，速度有突变，推杆在理论上将出现瞬时的无穷大加速度，惯上将出现瞬时的无穷大加速度，惯性力也为无穷大。称为性力也为无穷大。称为刚性冲击刚性冲击。适用于低速场合。适用于低速场合。19回程的运动方程：hOSvOvOa 从动件在运动2、等加速等减速运动规律、等加速等减速运动规律（二次多项式（二次多项式n=2）推程等加速运动的推程等加速运动的边界条件为：边界条件为：推程等加速方程式为：推程等加速方程式为：基本方程为：基本方程为：推程等减速运动的推程等减速运动的边界条件为：边界条件为：推程等减速方程式为：推程等减速方程式为：202、等加速等减速运动规律（二次多项式n=2）推程等加速运动的推程等加速运动：推程等加速运动：149410h1423560s0vvmax0amax-amaxa推程等减速运动：推程等减速运动：21推程等加速运动：149410h1423560s0vvmax0 在运动规律推程的始末点和前后半程的交接在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处，加速度虽为有限值，但加速度有突变，但处，加速度虽为有限值，但加速度有突变，但变化值有限，由此引起的冲击称为变化值有限，由此引起的冲击称为柔性冲击柔性冲击。回程等加速运动：回程等加速运动：回程等减速运动：回程等减速运动：0amax-amaxa适用于中、低速场合。适用于中、低速场合。22 在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处，加3、的高次多项式运动规律的高次多项式运动规律 适当增加多项式的幂次，就有可能获得性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。但幂次越高，要求的加工能良好的运动规律。但幂次越高，要求的加工精度也愈高。精度也愈高。6个系数，个系数，6个边界条件。个边界条件。始点：始点：终点：终点：无冲击无冲击233、的高次多项式运动规律 1、余弦加速度运动规律、余弦加速度运动规律推程运动的边界条件：推程运动的边界条件：当当 时，时，当当 时，时，a1 2 3456amax-amaxvmaxv1 23456（二）三角函数类基本运动规律（二）三角函数类基本运动规律241、余弦加速度运动规律推程运动的边界条件：当 1234560 s1 23456h 如果有远近休止，该运动规律如果有远近休止，该运动规律在推程的开始和终止瞬时，从动在推程的开始和终止瞬时，从动件的加速度仍有突变，存在件的加速度仍有突变，存在柔性柔性冲击冲击。若没有休止行程，并且推程、回若没有休止行程，并且推程、回程均为余弦加速度规律，加速度曲程均为余弦加速度规律，加速度曲线无突变，因而无冲击，可用于高线无突变，因而无冲击，可用于高速凸轮。速凸轮。vmaxa1 2 3456amax-amaxv1 23456因此适用于中、低速场合。因此适用于中、低速场合。251234560 s123456h 如果2 2、正弦加速度运动规律、正弦加速度运动规律推程阶段方程为推程阶段方程为12345678soh12345678ovvmax12345678oaamax-amax 这种运动规律的速度这种运动规律的速度及加速度曲线都是连续及加速度曲线都是连续的，没有任何突变，因的，没有任何突变，因而既没有刚性冲击、又而既没有刚性冲击、又没有柔性冲击，可适用没有柔性冲击，可适用于高速凸轮机构。于高速凸轮机构。262、正弦加速度运动规律推程阶段方程为12345678soh1二、组合运动规律简介二、组合运动规律简介 运动规律组合时应遵循以下原则：运动规律组合时应遵循以下原则：（1）对于中、低速运动的凸轮机构，要求从动）对于中、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，以保证速度曲线的连件的位移曲线在衔接处相切，以保证速度曲线的连续。即要求在衔接处的位移和速度应分别相等。续。即要求在衔接处的位移和速度应分别相等。（2）对于中、高速运动的凸轮机构，要求从动）对于中、高速运动的凸轮机构，要求从动件的速度曲线在衔接处相切，以保证加速度曲线连件的速度曲线在衔接处相切，以保证加速度曲线连续，即要求在衔接处的位移、速度和加速度应分别续，即要求在衔接处的位移、速度和加速度应分别相等。相等。介绍两种典型的组合运动规律介绍两种典型的组合运动规律27二、组合运动规律简介运动规律组合时应遵循以下原则：1、修正梯形组合运动规律、修正梯形组合运动规律a1 2 345 67 8oa0等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律a=10.1250.50.875修正梯形组合运动规律修正梯形组合运动规律281、修正梯形组合运动规律a12345678oa0等加速等减2、改进型等速运动规律、改进型等速运动规律Oa正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律等速运动规律等速运动规律aos12av292、改进型等速运动规律Oa正弦加速度运动规律等速运动规律ao三、从动件运动规律设计应考虑的问题三、从动件运动规律设计应考虑的问题（1）应满足机器工作的要求；）应满足机器工作的要求；（2）对于高速凸轮机构，应使凸轮机构具有良好）对于高速凸轮机构，应使凸轮机构具有良好的运动和动力性能；的运动和动力性能；（3）设计从动件运动规律时，应考虑到凸轮轮廓）设计从动件运动规律时，应考虑到凸轮轮廓的工艺性要好的工艺性要好30三、从动件运动规律设计应考虑的问题（1）应满足机器工作的要求9-3 9-3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计 已知从动件的运动规律已知从动件的运动规律s=s(s=s()、v=v(v=v()、a=a(a=a()及凸轮机构的基本尺寸（如及凸轮机构的基本尺寸（如r r0 0、e e）及转向，求）及转向，求凸轮轮廓曲线上点的坐标值或作出凸轮的轮廓曲线。凸轮轮廓曲线上点的坐标值或作出凸轮的轮廓曲线。r0esB0BosB1S-S-反转法原理反转法原理 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、方向相反的公共角速大小相等、方向相反的公共角速度（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转动的凸轮将处于静止状态；机架（从动件的导路）则以态；机架（从动件的导路）则以（-）的角速度围绕凸轮原来）的角速度围绕凸轮原来的转动轴线转动；而从动件一方的转动轴线转动；而从动件一方面随机架转动，另一方面又按照面随机架转动，另一方面又按照给定的运动规律相对机架作往复给定的运动规律相对机架作往复运动。运动。319-3 凸轮轮廓曲线的设计 已知从动件的运B1B-一、尖顶从动件盘型凸轮机构一、尖顶从动件盘型凸轮机构（一）尖顶移动从动件盘型凸轮机构（一）尖顶移动从动件盘型凸轮机构已知已知:的转向，的转向，r0,e，s=s()，1、解析法、解析法-sxyO（1）建立坐标系）建立坐标系o-x-y；（2）写出点）写出点B1的坐标；的坐标；S0（4）写出凸轮轮廓上点）写出凸轮轮廓上点B的坐标。的坐标。（3）写出平面旋转矩阵）写出平面旋转矩阵 ；eB0r0求求:凸轮轮廓曲线上点的坐标值或作出凸轮的轮廓曲线。凸轮轮廓曲线上点的坐标值或作出凸轮的轮廓曲线。32B1B-一、尖顶从动件盘型凸轮机构（一）尖顶移动从动件盘型1 1）按已设计好的运动规律作出位移线图；）按已设计好的运动规律作出位移线图；2 2、几何法、几何法-2 2）按基本尺寸作出凸轮机构的初始位置；）按基本尺寸作出凸轮机构的初始位置；3 3）按）按-方向划分偏距圆得方向划分偏距圆得 c0 0、c1 1、c2 2等点；并过这等点；并过这 些点作些点作偏距圆的切偏距圆的切线，即为反转导路线；线，即为反转导路线；c1c2c3c4c5c6c7c0er0O180B1B3B4B2B5B84 4）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 1、B2 2、等点，即凸轮轮廓上的点。等点，即凸轮轮廓上的点。oS1801206012 3 4 5 67 8 910hB6c10c8c9B7120B9B1060B0331）按已设计好的运动规律作出位移线图；2、几何法-2）按基（二）尖顶摆动从动件盘型凸轮机构（二）尖顶摆动从动件盘型凸轮机构已知：已知：的转向，的转向，r0,O,O1 1O O2 2中心距中心距a，摆杆长，摆杆长L，1 1、解析法、解析法B1B（1 1）建立坐标系；）建立坐标系；（2 2）写出点）写出点B1的坐标；的坐标；（4 4）写出凸轮轮廓上点）写出凸轮轮廓上点B B的坐标。的坐标。（3 3）写出平面旋转矩阵）写出平面旋转矩阵 ；LB0O1O2ar00 xy-求：凸轮轮廓曲线上点的坐标值或作出凸轮的轮廓曲线。求：凸轮轮廓曲线上点的坐标值或作出凸轮的轮廓曲线。34（二）尖顶摆动从动件盘型凸轮机构已知：的转向，r0,O2、几何法、几何法18012060o12 3 4 5 67 8 910（1）作出角位移线图；）作出角位移线图；（2）作初始位置；）作初始位置；（4）找从动件反转后的一系列位置，得）找从动件反转后的一系列位置，得 C1、C2、等点，即为凸轮轮廓上的点。等点，即为凸轮轮廓上的点。A1A2A3A5A6A7A8A9A10A40000000000（3）按）按-方向划分圆方向划分圆R得得A0、A1、A2等等点；即得机架反转的一点；即得机架反转的一系列位置；系列位置；0r0B0L18060120B1B2B3B4B5B6B7B8B9B101C12C23C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-（二）尖顶摆动从动件盘型凸轮机构（二）尖顶摆动从动件盘型凸轮机构352、几何法18012060o12345678910（1二、滚子从动件盘型凸轮机构二、滚子从动件盘型凸轮机构nnBCxyr0B0轮廓曲线的设计步骤：轮廓曲线的设计步骤：理论轮廓曲线理论轮廓曲线实际轮廓曲线实际轮廓曲线（1）求出滚子中心在固定坐标系）求出滚子中心在固定坐标系oxy中的中的轨迹轨迹（称为理论轮廓）；（称为理论轮廓）；（2）再求滚子从动件凸轮的工作轮廓）再求滚子从动件凸轮的工作轮廓曲线（称为实际轮廓曲线）。曲线（称为实际轮廓曲线）。理论轮廓曲线上点理论轮廓曲线上点B处的法线处的法线n-n的斜率：的斜率：实际轮廓曲线上对应点实际轮廓曲线上对应点C点的坐标点的坐标rr注意：注意：（1）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；xC=xBrrcos yC=yBrrsin（2）凸轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的最小向径。）凸轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的最小向径。36二、滚子从动件盘型凸轮机构nnBCxyr0B0轮廓曲线三、平底移动从动件盘型凸轮机构三、平底移动从动件盘型凸轮机构B12SrbB1P（1）建立坐标系；）建立坐标系；xyOP为构件为构件1、2的瞬心的瞬心（2）写出点）写出点B1的坐标；的坐标；（4）写出凸轮轮廓上点）写出凸轮轮廓上点B的坐标。的坐标。（3）写出平面旋转矩阵）写出平面旋转矩阵 ；v2=op.-平底凸轮机构37三、平底移动从动件盘型凸轮机构B12SrbB1P（1）建 对于平底移动从动件盘型凸轮，只要运动规律对于平底移动从动件盘型凸轮，只要运动规律相同，偏置从动件和对心从动件具有相同的轮廓。相同，偏置从动件和对心从动件具有相同的轮廓。B12138 对于平底移动从动件盘型凸轮，只要运动规律B1213作图法作图法-sO180120601 2 3 4 5 67891021180120平底凸轮机构39作图法-sO18012060123456789102-4 -4 盘型凸轮机构基本尺寸的设计盘型凸轮机构基本尺寸的设计 基本尺寸有：基圆半径基本尺寸有：基圆半径r0、滚子半径、滚子半径rr、偏心距、偏心距e，对于摆动从动件有摆杆长度，对于摆动从动件有摆杆长度L、中心距、中心距a等。等。设计基本尺寸时务必使设计基本尺寸时务必使 max 许用压力角的推荐值：许用压力角的推荐值：工作行程工作行程对于移动从动件，对于移动从动件，=30对于摆动从动件，对于摆动从动件，=3545非工作行程：可在非工作行程：可在7080之间选取之间选取40-4 盘型凸轮机构基本尺寸的设计 基本尺寸一、一、移动从动件盘型凸轮机构基本尺寸的设计移动从动件盘型凸轮机构基本尺寸的设计oe1cpAnnP为构件为构件1、2的瞬心的瞬心v2=op.注意：注意：“+”“+”、“-”“-”1 1、偏置方位与偏距大小、偏置方位与偏距大小1 1）偏置方位选择原则）偏置方位选择原则：2 2）偏距大小：）偏距大小：有利于减小工作行程的有利于减小工作行程的最大压力角。最大压力角。n1tt2pnAcoev2s0sr041一、移动从动件盘型凸轮机构基本尺寸的设计oe1cpAn2 2、基圆半径的确定、基圆半径的确定1 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 2）受力较大，结构尺寸无严格限制）受力较大，结构尺寸无严格限制rsrhrmrh=1.75rs+(710)mmrm=rh+3mm对于铸铁凸轮对于铸铁凸轮422、基圆半径的确定1）受力不大，而要求结构紧凑时，根据解得2二、二、滚子半径的确定滚子半径的确定 minbminmin bmin=min-rrrr minrr min=rrminrr minrr为避免运动失真，为避免运动失真，bmin=min-rr 3mm建议：建议：rr 0.8 min，或，或rr 0.4r043二、滚子半径的确定minbminmin三、平底移动从动件凸轮机构的基圆半径和三、平底移动从动件凸轮机构的基圆半径和 平底长度的确定平底长度的确定 由于由于P为构件为构件1、2的瞬心的瞬心B2rb1P3E（1）平底总长：）平底总长：7）mm2 2）凸轮轮廓的向径不能变化太快）凸轮轮廓的向径不能变化太快加大基圆半径避免运动失真加大基圆半径避免运动失真44三、平底移动从动件凸轮机构的基圆半径和由于P为构件1、2的