第4章凸輪機構(jīgòu)及其設計§4-1凸輪機構(jīgòu)的應用及分類§4-2從動件運動規(guī)律及其選擇§4-3按預定運動規(guī)律用作圖法設計盤形凸輪廓線§4-4盤形凸輪機構基本尺寸的確定§4-5空間凸輪機構簡介精品資料凸輪(tūlún)是一個具有曲線輪廓的構件。含有凸輪(tūlún)的機構稱為凸輪(tūlún)機構。一、凸輪(tūlún)機構的應用§3.1凸輪機構的應用及分類精品資料內(nèi)燃機配氣凸輪(tūlún)機構精品資料多缸內(nèi)燃機-配氣機構(jīgòu)精品資料打標機精品資料進刀凸輪(tūlún)機構精品資料沖壓機精品資料精品資料(avi)機架從動件凸輪凸輪是一個具有曲線(qūxiàn)輪廓的構件。凸輪機構由凸輪、從動件和機架組成。凸輪作等速運動、從動件可獲得(huòdé)一定規(guī)律的運動精品資料凸輪機構的優(yōu)缺點：優(yōu)點：只要設計出適當(shìdàng)的凸輪輪廓，即可使從動件實現(xiàn)預期的運動規(guī)律；結構簡單、緊湊、工作可靠。缺點：凸輪為高副接觸（點或線），壓強較大，容易磨損，凸輪輪廓加工比較困難，費用較高。用途：載荷較小的運動控制精品資料二、凸輪(tūlún)機構的分類凸輪(tūlún)機構分類1.按兩活動構件之間相對運動特性分類2.按從動件運動副元素形狀分類3.按凸輪高副的鎖合方式分類平面凸輪機構空間凸輪機構盤形凸輪移動凸輪

尖頂從動件滾子從動件平底從動件力鎖合形鎖合圓柱凸輪圓錐凸輪精品資料一）按凸輪(tūlún)的形狀分1、盤形凸輪(tūlún)2、移動凸輪平面凸輪機構精品資料3、圓柱(yuánzhù)凸輪4、圓錐(yuánzhuī)凸輪空間凸輪機構精品資料1、尖頂(jiāndǐng)從動件二）按從動件上高副元素的幾何(jǐhé)形狀分P902、滾子從動件3、平底從動件精品資料三）、按凸輪(tūlún)與從動件的鎖合方式分1、力鎖合的凸輪(tūlún)機構精品資料2、形鎖合的凸輪(tūlún)機構1）溝槽(ɡōucáo)凸輪機構精品資料2）等徑凸輪(tūlún)機構精品資料3）等寬凸輪(tūlún)機構精品資料4）主回凸輪(tūlún)機構精品資料四）、根據(jù)(gēnjù)從動件的運動形式分擺動(bǎidòng)從動件凸輪機構

（對心、偏置）移動從動件凸輪機構精品資料1.凸輪機構(jīgòu)的基本名詞術語以尖頂從動件為對象予以介紹凸輪(tūlún)基圓、基圓半徑rb從動件行程(h，亦稱升距)φSφrb推程及推程運動角φφs遠休止及遠休止角hω對心式尖頂從動件盤形凸輪機構基圓基圓三、凸輪機構的工作原理：回程及回程運動角φ′近休止及近休止角φs

′φs

′φ′BACD精品資料從動件運動(yùndòng)線圖：從動件位移S或φmax與凸輪轉角φ之間的對應關系曲線。φSφrbhωφs

′φ′Sh()(max)精品資料2.凸輪機構(jīgòu)的設計任務1）從動件運動規(guī)律的設計2）凸輪機構基本尺寸的設計移動從動件：基圓半徑(bànjìng)rb，偏心距e;擺動從動件：基圓半徑(bànjìng)rb，凸輪轉動中心到從動件擺動中心的距離a及擺桿的長度l;滾子從動件：除上述外，還有滾子半徑(bànjìng)rr。平底從動件：除上述外，平底長度L。3）凸輪機構輪廓曲線的設計---重要環(huán)節(jié)4）繪制凸輪機構的工作圖精品資料三、從動件常用的運動(yùndòng)規(guī)律升—?！亍Ｐ?RDRD)升—回—停型(RRD)升—?！匦?RDR)升—回型(RR)運動(yùndòng)循環(huán)的類型S()S()S()S()精品資料位移(wèiyí)速度(sùdù)加速度躍動度類速度類加速度類躍動度從動件的運動規(guī)律的數(shù)學方程式為:精品資料1.從動件的基本運動(yùndòng)規(guī)律a=2(2c2+6c3

+12c42

+……+n(n-1)cnn-2)j=3(6c3+24c4

+……+n(n-1)(n-2)cnn-3)，（一）多項式運動(yùndòng)規(guī)律s=c0+c1

+c22

+c33

+……+cnnv=(c1+2c2

+3c32

+……+ncnn-1)位移方程為：式中，為凸輪的轉角（rad）；c0，c1，c2，…，為n+1個待定系數(shù)。精品資料=0,s=0;

=,s=h.s=c0+c1v=c1a=0-∞∞v0vδ,taδ,thsδ,tδ從動件運動速度(sùdù)為常數(shù)特點：存在剛性沖擊(chōngjī)位置：發(fā)生在運動的起始點和終止點1）n=1的運動規(guī)律（等速運動規(guī)律）精品資料2）n=2的運動(yùndòng)規(guī)律（等加等減速運動(yùndòng)規(guī)律）從動件加速度常數(shù)精品資料a0ABCvδhδδs-a0aδδdadt-∞∞∞特點：存在柔性沖擊位置：發(fā)生(fāshēng)在運動的起始點、中間點和終止點從動件加速度常數(shù)從動件前半推程速度從動件的位移增加多項式的冪次，可獲得性能良好的運動規(guī)律(guīlǜ)。冪次越高，要求的加工精度就越高。精品資料（二）三角函數(shù)式的基本(jīběn)運動規(guī)律1、余弦加速度運動規(guī)律(guīlǜ)（簡諧運動）柔性沖擊精品資料2.正弦加速度（擺線）運動(yùndòng)規(guī)律δa3457O1268v8621O7543δδδsh3457O12682741653h/π8特點：無柔性更無剛性(ɡānɡxìnɡ)沖擊擺線精品資料 運動規(guī)律組合應遵循(zūnxún)的原則： 1、對于中、低速運動的凸輪機構，要求從動件的位移曲線在銜接處相切，以保證速度曲線的連續(xù)。 2、對于中、高速運動的凸輪機構，則還要求從動件的速度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線的連續(xù)。二、組合運動規(guī)律(guīlǜ)簡介精品資料aOABCDEFO梯形(tīxíng)加速度運動規(guī)律a

改進型等速運動規(guī)律00aa=0v0sh精品資料四、從動件運動規(guī)律(guīlǜ)的設計在選擇從動件的運動規(guī)律時，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應該考慮各種運動規(guī)律的速度(sùdù)幅值vmax、加速度(sùdù)幅值amax及其影響加以分析和比較。從動件動量mvmax從動件慣性力mamax對于重載凸輪機構，應選擇vmax值較小的運動規(guī)律；對于高速凸輪機構，宜選擇amax值較小的運動規(guī)律。vmaxamaxjmax慣性力的變化率Jmax影響機構的運動平穩(wěn)性，應盡量小。精品資料低速輕負荷中速輕負荷中低速中負荷中高速輕負荷高速中負荷低速重負荷中高速重負荷高速輕負荷若干種從動件運動規(guī)律特性比較運動規(guī)律δ)/(0maxwhvδ)/(202maxwha沖

擊應用場合等速等加速等減速余弦加速度正弦加速度3-4-5多項式改進型等速改進型正弦加速度改進型梯形加速度剛性柔性柔性∞4.004.936.285.778.385.534.891.002.001.572.001.881.331.762.00精品資料凸輪輪廓(lúnkuò)曲線設計的基本原理（反轉法）2S1123s1s2hOrb-11s11'1s12s2s23hh3'2'§3.4盤形凸輪(tūlún)輪廓曲線設計精品資料一、對心式凸輪機構凸輪廓線的設計1.尖頂(jiāndǐng)從動件1)凸輪機構相對運動分析凸輪(tūlún)上的觀察結果機架上的觀察結果2)反轉法設計原理(avi)(avi)精品資料rbωrbωA1A2A3A4S2rbωA2A3A1A4S3S4rbωA2A3A1A4rbωA1A2A3A4rbωA1A2A3A4-ωrbωA1A2A3A4-ω-ω-ωA1A2A3A4精品資料3)設計(shèjì)步驟123456789101′2′10′3′4′5′6′7′8′9′δS0δSδ0′δS′δ0h已知條件：從動件運動規(guī)律、凸輪轉向(zhuǎnxiàng)基圓半徑設計步驟：a.標出－ω方向，并按此方向分割出、、δ0′δS′δ0δS和；c.過凸輪基圓的中心與過基圓上等分點作射線；即代表機構反轉時各個相應位置的導路。反轉中導路線d.在射線上度量出相應推桿的位移，得尖頂軌跡點i；′f.光滑連接i得凸輪廓線。′b.在基圓與位移線圖共同將和進行n等分，并標注等分點；δoδo′-ω475813269101′2′3′δ0δS4′7′8′9′6′5′10′rbω精品資料ωωω2.滾子(ɡǔnzǐ)從動件1)分析精品資料rb-ωωδ0794581326101′2′3′4′7′8′9′5′10′6′rb-ωωδ0794581326101′2′3′4′7′8′9′5′10′6′實際(shíjì)廓線理論(lǐlùn)廓線2)設計注意：1.基圓半徑為理論廓線最小向徑；

2.先求理論廓線，后作包絡線，得實際廓線。包絡線精品資料2.平底從動件1)分析(fēnxī)ωω尖頂(jiāndǐng)軌跡線精品資料2)設計(shèjì)δ0′δ0a.將基圓沿-ω方向將和與位移線圖進行對應等分；c.光滑連接i得凸輪理論廓線；′′b.過等分點作射線；在射線上度量出相應推桿的位移，得尖頂軌跡點i；設計(shèjì)步驟：d.作平底線的其包絡線——實際廓線。1′2′3′4′7′8′9′5′10′6′理論廓線79458132610rb-ωωδ0精品資料′1123′3′2ωrb-ω結論：a.偏置式凸輪機構中從動件導路線始終(shǐzhōng)切于偏置圓；b.導路線與基圓交點為推桿尖頂最低點——起始點。e二、偏置式凸輪廓線的設計1.尖頂(jiāndǐng)從動件1)相對運動分析偏置圓精品資料2S1123s1s2h精品資料′22)設計(shèjì)已知條件：凸輪轉向、基圓半徑偏置圓半徑。ωrbe-ω1o23導路線(lùxiàn)′3δ0′δ0a.連接回轉中心與推桿其始點，將基圓沿-ω方向將和與位移線圖進行對應等分；c.光滑連接i得凸輪廓線?！洹鋌.過等分點作偏置圓切線；并在其上度量出相應推桿的位移，得尖頂軌跡點i；設計步驟：1'2'3'2S1234s1s2h1精品資料2.偏置滾子從動件凸輪(tūlún)輪廓曲線設計（反轉法）2S1123s1s2h-1111's1Orbes22h3已知：S=S（），rb，e，，rr理論(lǐlùn)輪廓實際輪廓Fv精品資料2S1123s1s2h已知：S=S（），rb，e，，rr精品資料三、擺動(bǎidòng)從動件盤形凸輪機構SS''911223344556677883-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C710已知：=

（），rb，L，a，A0B00OS''SA1A2A3A4A5A9A8A7A6B11C9B9Fv3精品資料四、盤形凸輪機構(jīgòu)的設計——解析法（1）尖頂(jiāndǐng)移動從動件盤形凸輪機構的設計x2SSOB1eSS0rby-BC0CB0精品資料尖頂移動從動件盤形凸輪(tūlún)機構xOB1eSS0rby-BC0CB0平面旋轉(xuánzhuǎn)矩陣精品資料注意：1）若從動件導路相對于凸輪回轉中心的偏置(piānzhì)方向與x方向同向，則e>0,反之e<0。2）若凸輪逆時針方向轉動，則>0，反之<0。精品資料2、尖頂擺動(bǎidòng)從動件盤形凸輪機構若凸輪(tūlún)逆時針方向轉動，則>0，反之<0aLyrbx-AB0B1BO0精品資料3、滾子移動從動件盤形凸輪(tūlún)機構的設計θ是過接觸點的法線(fǎxiàn)夾角。而切線斜率與法線(fǎxiàn)斜率互為負倒數(shù)(高等數(shù)學)，所以：OnnB0Brb’’’yxrrC’C’’C’BC’’rrrrrm（a）理論輪廓曲線的設計（b）實際輪廓精品資料4、平底移動從動件盤形凸輪機構(jīgòu)的設計1、輪廓(lúnkuò)曲線的設計v223OPB1SS0rrb1B-yx考慮到輪廓曲線完全相同，平底凸輪機構只考慮對心。精品資料3.3盤形凸輪機構(jīgòu)基本尺寸的確定

在工程實際中，為保證較高的機械效率，改善受力狀況，通常規(guī)定凸輪機構的最大壓力角應小于或等于某一許用壓力角。maxa][a[a]maxa￡即：根據(jù)實踐經(jīng)驗，推薦(tuījiàn)的許用壓力角取值為:推程：直動從動件取[a]=30°~40°；擺動從動件取[a]=35°~45°；回程：直動和擺動從動件薦取[a]=70°~80°。精品資料在點P(升程)12V2=ω1*OP12OP12=V2ω1tanα==ds/dj-eS0+SS0+SOP12-eS0=√rb-e22式中：v2P12F12αSOωerb12v2P12′v2F12α在點P′(回程)12tanα==ds/dj+eS0+SS0+SOP12+e同理可推得：綜合可得：tanα==ds/dj

eS0+SS0+SOP12e+-+-P12與導路線(lùxiàn)同側取“-”；異側取“+”。S0=ds/djnn一、移動(yídòng)從動件盤形凸輪機構的基本尺寸的設計精品資料影響凸輪壓力(yālì)角的因素：tanα==dS/dj

eS0+S+SOP12e+-+-√rb-e22在設計凸輪時，如何選取凸輪基本(jīběn)尺寸(rb，e)保證凸輪機構的最大壓力角amax小于或等于許用壓力角[a]是工作中一個應注意的問題。dS/dj，S——從動件運動規(guī)律rb

，e——凸輪基本尺寸v2P12F12αSOωerb12v2P12′v2F12αS0nn精品資料1、偏距e的大小和偏置方位的選擇(xuǎnzé)原則P12與導路線(lùxiàn)同側取“-”；異側取“+”。應有利于減小從動件工作行程時的最大壓力角。為此應使從動件在工作行程中，點C和點P位于凸輪回轉中心O的同側，此時凸輪上C點的線速度指向與從動件工作行程的線速度指向相同。偏距不宜取得太大，一般可近似取為：tanα==dS/dj

eS0+S+SOP12e+-+-√rb-e22精品資料2、凸輪基圓半徑(bànjìng)的確定加大基圓半徑，可減小壓力角，有利于傳力，但也加大了總體(zǒngtǐ)尺寸tanα==dS/dj

eS0+S+SOP12e+-+-√rb-e221）機構受力不大，要求機構緊湊2）從動件運動規(guī)律以被選定，及s=s（φ）已知，則dS/dφ求出，帶入上式求的對應的φ值的rb的一系列的值，取最大值做為基圓即可精品資料3）機構受力較大(jiàodà)，對其尺寸又沒有嚴格的限制根據(jù)結構和強度確定(quèdìng)基圓半徑根據(jù)實際輪廓的最小向徑rm確定基圓半徑rb，校核壓力角安裝在軸上，必須大于輪轂，rm必須大于輪轂的半徑rhrsrhrm鑄鐵凸輪精品資料二、擺動(bǎidòng)從動件盤形凸輪機構的基本尺寸nO1PKO2rb12Bn0+v2Lanv2O1PKO2rb21BttanL0+整理(zhěnglǐ)得，1

與2同向凸輪的轉向1

與從動件的轉向2相反精品資料1、擺動從動件盤形凸輪機構的壓力(yālì)角與從動件的運動規(guī)律、擺桿長度、基圓半徑及中心距有關。2、在運動規(guī)律和基本尺寸相同的情況下，1與2異向，會減小擺動(bǎidòng)從動件盤形凸輪機構的壓力角。結論：精品資料例3-1一移動滾子從動件盤形凸輪機構(jīgòu)，已知逆時針方向等速轉動，當凸輪從初始位置轉過900時，從動件正弦加速運動上升20mm，凸輪再轉過900時，