《【重慶大學(xué)機(jī)械原理本科生教學(xué)課件】第三章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《【重慶大學(xué)機(jī)械原理本科生教學(xué)課件】第三章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)（66頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第三章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 第一節(jié) 概述 內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu) 自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu) 沖床凸輪機(jī)構(gòu) 繞線機(jī)凸輪機(jī)構(gòu) 自動(dòng)車床凸輪機(jī)構(gòu) 圓柱凸輪輸送機(jī) 凸輪機(jī)構(gòu)的組成 凸輪 、 從動(dòng)件和機(jī)架 。 凸輪機(jī)構(gòu)的適用場(chǎng)合 廣泛用于各種機(jī)械 ， 特別是自動(dòng)機(jī)械 、 自動(dòng)控制裝置和 裝配生產(chǎn)線 。 凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠，可以使從動(dòng)件準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)各 種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還易于實(shí)現(xiàn)多個(gè)運(yùn)動(dòng)的相互協(xié)調(diào)配合。 凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn) 凸輪輪廓與從動(dòng)件之間是高副接觸 ， 易于磨損 。 二 凸輪機(jī)構(gòu)的分類 (一 ) 按凸輪的形狀分 盤形凸輪 Plate cam 移動(dòng)凸輪 Wedge cam 圓柱凸輪 Cylindr

2、ical cam (二 ) 按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素的形狀分 尖頂從動(dòng)件 Knife-edge follower 滾子從動(dòng)件 Roller follower 平底從動(dòng)件 Flat-face follower (三 ) 按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分 擺動(dòng)從動(dòng)件 Oscillating follower 移動(dòng)從動(dòng)件 Reciprocating follower (四 )按凸輪與從動(dòng)件維持高副接觸 (封閉 )的方式分 力封閉型凸輪機(jī)構(gòu) Force-closed cams 彈簧力封閉 Force-closed by preloaded spring 重力封閉 Force-closed by gravity 形封閉型

3、凸輪機(jī)構(gòu) Form-closed cams 凹槽凸輪機(jī)構(gòu) Plate-groove cam mechanism 等寬凸輪機(jī)構(gòu) Constant-breadth cam mechanism 形封閉型凸輪機(jī)構(gòu) Form-closed cam mechanism 等徑凸輪機(jī)構(gòu) Conjugate yoke radial cam mechanism 共軛凸輪機(jī)構(gòu) Conjugate cam mechanism rb 三 凸輪機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)與運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù) h S S S S D D0 B0 B s O ,t 360 基圓 基圓半徑 rb 推程 推程角 升距 h 遠(yuǎn)停 遠(yuǎn)停角 s 回程 回程角 近停 近

4、停角 s B 位移曲線 從動(dòng)件的 運(yùn)動(dòng)線圖 (Diagram of motion) 位移線圖 (Displacement diagram)反映了從動(dòng)件的位 移 s 隨時(shí)間 t 或 凸輪轉(zhuǎn)角 變化 的規(guī)律 。 速度線圖 (Velocity diagram)反映了從動(dòng)件的速度 v 隨 時(shí)間 t 或 凸輪轉(zhuǎn)角 變化 的規(guī)律 。 加速度線圖 (Acceleration diagram)反映了從動(dòng)件的加 速度 a 隨時(shí)間 t 或 凸輪轉(zhuǎn)角 變化 的規(guī)律 。 躍度線圖線 (Jerk diagram)反映了從動(dòng)件的躍度 j 隨時(shí) 間 t 或凸輪轉(zhuǎn)角 變化的規(guī)律 。 結(jié)論 凸輪輪廓曲線的形狀決定了從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)

5、規(guī)律 。 要使從 動(dòng)件實(shí)現(xiàn)某種運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ， 就要設(shè)計(jì)出與其相應(yīng)的凸輪輪廓曲 線 。 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù) 推程角 (Cam angle for rise) 遠(yuǎn)停角 (Cam angle for outer dwell)S 回程角 (Cam angle for return) 近停角 (Cam angle for inner dwell)S 從動(dòng)件的位移 s、 速度 v、 加速度 a、 躍度 j 凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸 基圓 (Base circle)半徑 rb 移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的 偏距 (Offset distance)e 擺動(dòng)從動(dòng)件的 桿長(zhǎng) (Follower arm)l 中心距 (Cen

6、ter distance)L B d t t 第二節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu)的傳力特性 傳力特性分析目的 確定構(gòu)件之間相互的作用力 ， 為 解決磨損及強(qiáng)度尺寸設(shè)計(jì)提供可靠的 數(shù)據(jù) 。 FR2 FR1 1 2 2 v G F 壓力角 不計(jì)摩擦?xí)r ， 凸輪對(duì) 從動(dòng)件作用力方向線 nn與從動(dòng)件上 力作用點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳 角 。 l b n n 傳力特性分析 0c o s)()s i n (0 2211 RRx FFFF 0s i n)()c o s (0 2211 RRy FFGFF 0c o sc o s)(0 2122 bFblFM RRB 211 t a n)s i n ()21()c o s (

7、lbGF 載荷 G 不變時(shí)，壓力角 增大，使 上式分母變小，作用力 F 將增大。 壓力角 增大到時(shí)分母為零，則 F ，機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。 B d t t FR2 FR1 1 2 2 v G F l b n n 凸輪機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)效率 co s t a n)s i n ()21()co s ( 211 lb 1 2t a n)21( 1a rc t a n lbc 機(jī)構(gòu)剛好發(fā)生自鎖時(shí)的壓力角為臨界壓力角 c 凸輪機(jī)構(gòu)能正常工作的重要條件 max c 推程 移動(dòng)從動(dòng)件 3040；擺動(dòng)從動(dòng)件 4045 。 回程 7080。 第三節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng) 分配設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu) 選型

8、凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力 學(xué)分析與設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 刀具中心軌 跡坐標(biāo)計(jì)算 凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸設(shè)計(jì) 確定凸輪各個(gè)轉(zhuǎn)角 計(jì)算從動(dòng)件位移參數(shù) 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì) 凸 輪 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 尺 度 設(shè) 計(jì) 第四節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和基本 尺寸的設(shè)計(jì) 一 、 工作循環(huán)圖與凸輪工作轉(zhuǎn)角的確定 凸輪的工作轉(zhuǎn)角應(yīng)當(dāng)根據(jù)機(jī)器中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作之間 的配合關(guān)系 ， 由 工作循環(huán)圖 (Working cycle diagram)來(lái)確 定 。 工藝過(guò)程 電阻體上料 電阻體夾緊 送帽 壓帽 電阻自動(dòng)壓帽機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖 送帽壓帽機(jī)構(gòu)凸輪 電阻坯件 電阻送料機(jī)構(gòu)凸輪 電阻帽 夾緊機(jī)構(gòu)凸輪 送帽壓帽機(jī)構(gòu)凸輪

9、 回程 等待夾緊 電阻自動(dòng)壓帽機(jī)工作循環(huán)圖 從動(dòng)件位移曲線圖 凸輪輪廓圖 凸輪名稱 序號(hào) 90 240 0 150 送電阻體 135 342 0 252 60 送帽 壓帽 0 120 285 45 回程 夾緊 0 90 180 270 360 電阻體 上料凸輪 電阻體 夾緊凸輪 送、壓帽 凸輪 1 3 2 回程 等待壓帽 二 、 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì) 從動(dòng)件的 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (Law of motion)， 由 凸輪輪廓曲線 (Cam profile)形狀決定 。 從動(dòng)件不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ， 要求凸輪 具有不同形狀的輪廓曲線 。 正確選擇和設(shè)計(jì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ， 是凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的 重要環(huán)節(jié) 。 常用

10、運(yùn)動(dòng)規(guī)律 工程實(shí)際中經(jīng)常用到的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 。 3 3 3 2 2 2 d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d s t a t a j s t v t v a s t s t s v 數(shù)學(xué)方程式 位移方程 s=f() 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的表示 運(yùn)動(dòng)線圖 從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (一 )基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律 基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (Fundamental law)包括 多項(xiàng)式類運(yùn)動(dòng)規(guī) 律 (Law of polynomial motion)和三角函數(shù)類運(yùn)動(dòng)規(guī)律 。 1. 多項(xiàng)式類運(yùn)動(dòng)規(guī)律 基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律中 ， n3。 2. 三角函數(shù)類運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (Law of trig

11、onometric function) 主要有 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (Law of cosine acceleration motion)和 正弦 加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (Law of sine acceleration motion) s c0c1 c2 2 c3 3 cn n 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 正弦 加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 )2c o s (1 tTca )c o s (1 ca 或 )2s in (1 tTca )2s i n (1 ca 或 3. 幾種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn) 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (Law of constant velocity) 0 a h v h s 推程 速度曲線不連續(xù)，機(jī) 構(gòu)將產(chǎn)生

12、剛性沖擊 (Rigid impulse)。等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適 用于低速輕載場(chǎng)合。 s ,t v ,t a ,t h 位移線圖 加速度線圖 速度線圖 h2 h2 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (Law of constant acceleration and deceleration) 加速度曲線不連續(xù)，機(jī)構(gòu)將產(chǎn) 生 柔性沖擊 (Soft impulse)。等加速 等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中速輕載場(chǎng) 合。 ,t a ,t s 4h2 2 ,t v 2h 推程 2 2 2 2 2 4 4 2 h a h v h s 2 2 2 2 2 4 )( 4 )( 2 h a h v h hs 后半程 前半程 余弦加速度運(yùn)

13、動(dòng)規(guī)律 ,t s ,t a ,t v vmax1.57h 推程 c o s 2 s i n 2 c o s1 2 2 22 h a h v h s 加速度曲線不連續(xù) ， 存在 柔性沖擊 。 余弦加速度運(yùn)動(dòng) 規(guī)律適用于中速中載場(chǎng)合 。 h amax4.93h2 2 正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 速度曲線和加速度曲 線連續(xù) ， 無(wú)剛性沖擊和柔 性沖擊 。 正弦加速度運(yùn)動(dòng) 規(guī)律適用于高速輕載場(chǎng) 合 。 s ,t ,t a ,t v h vmax2h amax6.28h2 2 推程 2 s i n 2 2 c os1 2 s i n 2 1 2 2 h a h v hs 345次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (Law of

14、polynomial motion) 32 2 2 432 543 1 201 8060 306030 61510 h a h v hs 推程 ,t s v a h 速度曲線和加速度曲線連續(xù) ， 無(wú)剛性沖擊和柔性沖擊 。 3-4-5次運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于高速中載場(chǎng)合 。 (二 ) 組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律 為了克服單一運(yùn)動(dòng)規(guī)律的某 些缺陷 ， 獲得更好的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 特性 ， 可以把幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律拼接 起來(lái) ， 構(gòu)成 組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (Law of combined motion)。 組合原則 位移曲線 、 速度曲線必須連 續(xù) ， 高速凸輪機(jī)構(gòu)加速度曲線也 必須連續(xù) 。 各段運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移 、 速度 和加速度曲線在連

15、接點(diǎn)處其值應(yīng) 分別相等 。 v s a ,t ,t ,t h O O O a 正弦加速度曲線與直線組合 (三 ) 選擇或 設(shè)計(jì)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題 當(dāng)機(jī)器的工作過(guò)程對(duì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有特殊要 求 ， 而凸輪的轉(zhuǎn)速不太高時(shí) ， 應(yīng)首先從滿足工作需要出發(fā)來(lái) 選擇或設(shè)計(jì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ， 其次考慮動(dòng)力特性和便于加 工 。 h 刀架進(jìn)給凸輪機(jī)構(gòu) 工件 當(dāng)機(jī)器的工作過(guò)程只要求從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)一定的工作行 程 ， 而對(duì)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律無(wú)特殊要求時(shí) ， 對(duì)于低速凸輪機(jī)構(gòu) ， 主 要考慮便于加工；對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu) ， 首先考慮動(dòng)力特性 。 夾緊凸輪機(jī)構(gòu) 工件 當(dāng)機(jī)器對(duì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)特性有特殊要求 ， 而凸輪的 轉(zhuǎn)

16、速又較高 ， 并且只用一種基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律又難于滿足這些要 求時(shí) ， 可以考慮采用滿足要求的組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律 。 在設(shè)計(jì)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí) ， 除了要考慮其沖擊特性之 外 ， 還要考慮從動(dòng)件的最大速度 vmax、 最大加速度 amax以及最 大躍度 jmax， 這一點(diǎn)對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)尤其重要 。 C n n 22 b ddt a n ers es O B e s0 s D rb dsd 三 、 盤形凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的 設(shè)計(jì) (一 ) 移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī) 構(gòu)基本尺寸的設(shè)計(jì) 1. 壓力角與凸輪基圓的關(guān)系 壓力角對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的受力狀況 有直接影響 ， 在運(yùn)動(dòng)規(guī)律選定之后 ， 它主要取決于凸輪機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 尺

17、寸 。 P為相對(duì)瞬心 d d /dd /dd s t tsvOP 由 BCP得 22 b0 ers v v P 對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) e0。 結(jié)論 移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 與基圓半徑 rb、 從動(dòng)件偏置方位和偏距 e有關(guān)。 2. 偏置方位和偏距 e的確定 偏置方位的選擇應(yīng)有利于減小凸輪機(jī)構(gòu)推程時(shí)的壓力 角 。 應(yīng)當(dāng)使從動(dòng)件偏置在推程時(shí)瞬心 P 的位置的同一側(cè) 正確偏置 O B n n P e 錯(cuò)誤偏置 需要注意的是 ， 若推程壓力角減小 ， 則回程壓力角將增 大 。 確定 e可用圖解法或解析法 。 B O n n P e 3. 凸輪基圓半徑的確定 限制基圓半徑的條件 凸輪的基圓半

18、徑 rb應(yīng)大于凸輪軸的半徑 rS ； 最大壓力角 max許用壓力角 ； 凸輪輪廓曲線的最小曲率半徑 min0。 當(dāng)要求機(jī)構(gòu)具有緊湊的尺寸時(shí) ， 應(yīng)當(dāng)按許用壓力角 來(lái) 確定凸輪的基圓半徑 rb。 步驟 確定凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的位置 確定 從動(dòng)件的正確偏置方位以及偏距 e 將 代入前式 2 2 t a n dd esesr b 確定 ss()， 求出 dsd， 代入上式 求出一系列 rb值 ， 選 取其中的最大值作為凸輪的基圓半徑 工程上常常借助于 諾模圖 (Nomogram)來(lái)確定凸輪的 最小基圓半徑 。 借助于諾模圖既可以近似確定凸輪的最大 壓力角 ， 也可以根據(jù)所選擇的基圓半徑來(lái)校核最大壓力 角

19、。 hrb 等速運(yùn)動(dòng) 0.010.1 0.2 0.30.40.50.60.81.0 2.0 3.0 6.0 hrb 等加速等減速運(yùn)動(dòng) 0.01 0.1 0.2 0.3 0.40.6 1.0 2.0 5.0 凸輪轉(zhuǎn)角 5 10 15 25 30 35 40 20 50 60 70 80 90 100 200 300 350 最大壓力角 max 5 10 15 25 20 35 45 55 65 75 85 40 30 50 60 70 80 hrb 余弦加速度運(yùn)動(dòng) 0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0 5 10 15 25 20 35 45 55 65 75 85 4

20、0 30 50 60 70 80 最大壓力角 max 5 10 15 25 30 35 40 20 50 60 70 80 90 100 200 300 350 凸輪轉(zhuǎn)角 hrb 正弦加速度運(yùn)動(dòng) 0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0 hrb 等速運(yùn)動(dòng) 0.010.1 0.2 0.30.40.50.60.81.0 2.0 3.0 6.0 hrb 等加速等減速運(yùn)動(dòng) 0.01 0.1 0.2 0.3 0.40.6 1.0 2.0 5.0 凸輪轉(zhuǎn)角 5 10 15 25 30 35 40 20 50 60 70 80 90 100 200 300 350 最大壓力角 max

21、 5 10 15 25 20 35 45 55 65 75 85 40 30 50 60 70 80 hrb 余弦加速度運(yùn)動(dòng) 0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0 5 10 15 25 20 35 45 55 65 75 85 40 30 50 60 70 80 最大壓力角 max 5 10 15 25 30 35 40 20 50 60 70 80 90 100 200 300 350 凸輪轉(zhuǎn)角 hrb 正弦加速度運(yùn)動(dòng) 0.01 0.1 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 5.0 例 一對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) ， 45， h19mm， 推程時(shí)從動(dòng)件 以正弦

22、加速度 規(guī)律 運(yùn)動(dòng) ， 推程壓力 角 30， 確定凸輪基圓半徑 rb。 作圖得 hrb0.26， rb190.2673.08mm 正弦加速度運(yùn)動(dòng) 確定凸輪基圓半徑的通常做法 根據(jù)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的需要 ， 按經(jīng)驗(yàn)公式 rb(1.62)rS初步選 定凸輪基圓半徑 rb， 然后校核壓力角 ， 以滿足 max的條 件 。 注意 凸輪機(jī)構(gòu)的效率不僅與壓力角有關(guān) ， 還與從動(dòng)件支承的 懸臂長(zhǎng) b及兩支承的距離 l 有關(guān) ， 在設(shè)計(jì)時(shí)要注意選擇 。 壓力角還與 dsd有關(guān) ， 在 工作升距 (Lift)h確定后 ， dsd則與推程角 有關(guān) 。 若推程角沒(méi)有因多個(gè)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系 而受到嚴(yán)格限制 ， 也可以通過(guò)適當(dāng)增

23、大 來(lái)獲得較好的動(dòng)力 特性 。 n n Q 0 (二 ) 擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的設(shè)計(jì) )t a n ( 1 )s i n ( )dd1(t a n 00 L l 凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)取“ ”號(hào)； 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)取“ ”號(hào)。 擺桿初始擺角 0為 Ll rlL 2 )a r c c o s ( 2b22 0 L rb B O1 O2 P l v 設(shè)計(jì)步驟 按具體結(jié)構(gòu)所允許的條件 ， 選定基圓半徑 rb和中心距 L 設(shè)擺桿在起始位置時(shí)與基圓半徑垂直 選定運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ， 計(jì)算凸 輪廓線上各點(diǎn)壓力角 ， 校核 max 如果 max， 調(diào)整 l 值 ， 重新計(jì)算；若 l超過(guò) 某一規(guī)定值 ， 則增大 rb，

24、重新計(jì)算 l和 0， 直 至滿足要求為止 。 2b2 rLl lr /t a n b0 及 n n Q 0 L rb B O1 O2 P l v 第五節(jié) 平面凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì) 一、凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理 (一 ) 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)方法 作圖法 解析法 基本原理 反轉(zhuǎn)法原理 凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)方法的基本原理 O s 1 3 5 7 8 60 120 90 90 A 9 11 13 15 1 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 二 、 用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線 1. 對(duì)心尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 已知凸輪的基圓半徑 rb， 凸輪 角速 度 和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ， 設(shè)計(jì)該凸

25、輪輪廓曲線 。 選比例尺 l， 作位移曲線和 基圓 rb。 等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動(dòng)角 ， 確定反轉(zhuǎn)后對(duì)應(yīng) 于各等分點(diǎn)的從動(dòng)件的位置 。 11 確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖頂在 各等分點(diǎn)占據(jù)的位置 。 設(shè)計(jì)步驟 將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線 。 O A 2. 對(duì)心滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 已知凸輪的基圓半徑 rb， 滾子半徑 rr、凸輪 角速度 和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì) 該凸輪輪廓曲線。 選比例尺 l， 作位移曲線和 基圓 rb。 等分位移曲線及反向等分各 運(yùn)動(dòng)角 ， 確定反轉(zhuǎn)后對(duì)應(yīng)于各等分點(diǎn) 的從動(dòng)件的位置 。 理論輪廓曲線 實(shí)際輪廓曲線 s 1 3 5 7 8 60 120 90 90

26、9 11 13 15 1 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 11 確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件滾子中心 在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置 。 將各點(diǎn)連接成一條光滑曲線 。 作滾子圓族及滾子圓族的內(nèi) (外 )包絡(luò)線 。 設(shè)計(jì)步驟 O A 3. 對(duì)心平底移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 已知凸輪的基圓半徑 rb， 角速度 和 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。 選比例尺 l， 作位移曲線和 基圓 rb。 設(shè)計(jì)步驟 等分位移曲線及反向等分各 運(yùn)動(dòng)角 ， 確定反轉(zhuǎn)后對(duì)應(yīng)于各等分 點(diǎn)的從動(dòng)件的位置 。 s 1 3 5 7 8 60 120 90 90 9 11 13 15 1 3 5 7 8 9 11 13 1

27、2 14 10 11 確定反轉(zhuǎn)后平底與導(dǎo)路中心 線的交點(diǎn) A在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置 。 作平底直線族及平底直線 族的內(nèi)包絡(luò)線 。 e A 4. 偏置尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 已知凸輪的基圓半徑 rb， 角速度 和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及偏心距 e， 設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。 選比例尺 l， 作位移 曲線 、 基圓 rb和偏距圓 e。 等分位移曲線及反向 等分各運(yùn)動(dòng)角 ， 確定反轉(zhuǎn)后 對(duì)應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動(dòng)件的 位置 。 O 14 13 12 11 10 9 s 1 3 5 7 8 60 120 90 90 9 11 13 15 1 3 5 7 8 9 11 13 12 14 10 確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖

28、 頂在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置 。 將各尖頂點(diǎn)連接成一 條光滑曲線 。 設(shè)計(jì)步驟 k1 k 2 k 3 k 5 k4 k6 k7 k8 k9 k10 k11 k12 k13 k14 k15 9 10 11 12 13 14 15 rb O 1 2 3 4 5 6 7 8 60 120 90 90 5. 尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 已知凸輪的基圓半徑 rb， 角速度 ， 擺桿長(zhǎng)度 l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸 輪回轉(zhuǎn)中心的距離 L， 擺 桿角位移曲線， 設(shè)計(jì)該 凸輪輪廓曲線。 1 2 3 4 5 6 7 120 B1 1 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 60 90 d B2 2 B 3

29、 3 B 4 4 B5 5 B6 6 B7 7 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A B l 選比例尺 ， 作 位移曲線 ， 作基圓 rb和轉(zhuǎn) 軸圓 OA。 等分位移曲線及 反向等分各運(yùn)動(dòng)角 ， 確 定反轉(zhuǎn)后對(duì)應(yīng)于各等分 點(diǎn)的轉(zhuǎn)軸 A的位置 。 確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖 頂在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置 。 設(shè)計(jì)步驟 將各尖頂點(diǎn)連接成一條 光滑 曲線。 三 、 用解析法設(shè)計(jì)凸輪廓線 作圖法的缺點(diǎn) 繁瑣 、 誤差較大 。 解析法的優(yōu)點(diǎn) 計(jì)算精度高 、 速度快 ， 適合凸輪在數(shù)控機(jī)床上加工 。 解析法的設(shè)計(jì)結(jié)果 根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和基本尺寸的設(shè)計(jì)結(jié)果 ， 求 出 凸輪輪廓曲線的方程 ， 利用計(jì)

30、算機(jī)精確地計(jì)算出 凸輪輪廓 曲線上各點(diǎn)的坐標(biāo)值 。 (一 ) 尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 1. 尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 已知參數(shù) rb、 e、 、 ss() rb s0 s s0 e 凸輪輪廓曲線方程 s i nc o s)( c o ss i n)( 0B 0B essy essx 22b0 ers yB xB y x B0 O B 注意 e為代數(shù)量 ， 若從動(dòng)件導(dǎo)路偏在 y軸的右側(cè) ， 則 e0 ；否則 ， e0 。 為對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件 ， e0。 規(guī)定凸輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ， 轉(zhuǎn)角 0， 否則 ， 0。 l sin (0) Lcos rb L 0 Lsin l cos ( 0) )c o

31、s (c o s )s i n (s i n 0B 0B lLy lLx 2. 尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 注意 角度 、 (0) 都是代數(shù)值 ， 規(guī)定逆時(shí)針 方向?yàn)檎?。 已知參數(shù) rb、 、 l、 L、 ss() 凸輪輪廓曲線方程 0 x O y A0 B0 l B A L (二 ) 滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 1. 滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 已知參數(shù) rb、 rr、 e、 、 ss() 分析 滾子中心 B的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 就是從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 。 將 滾子中心視為尖頂從動(dòng)件的 尖頂 ， 建立凸輪輪廓曲線方 程 。 理論輪廓曲線 凸輪的基圓半徑 rb、 壓力角 定義在理論輪廓曲線 上 。 s i

32、nc o s)( c o ss i n)( 0B 0B essy essx rb s0 s s0 e B xB yB x y B0 O rr 理論輪廓曲線 (Pitch curve)方程 rb s0 s s0 e B xB yB x y B0 O rr 實(shí)際輪廓曲線 (Cam profile)方程 c o s s i n dd dd d dt a n B B B B y x y x 曲線在 B點(diǎn)的法線 nn的斜率 2 B 2 B B d d d d dd s i n yx x 2 B 2 B B d d d d dd c o s yx y rr n n A B s i n c o s rBA

33、rBA ryy rxx A n n 2. 滾子擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 已知參數(shù) rb、 rr、 、 l、 L、 ss() )c o s (c o s )s i n (s i n 0B 0B lLy lLx 凸輪理論輪廓曲線方程 凸輪實(shí)際輪廓曲線方程 s i n c o s rBA rBA ryy rxx L l sin (0) Lcos rb L x O y A0 B0 l 0 Lsin l cos ( 0) A B 0 rb s P v x B yB (三 ) 平底移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪 機(jī)構(gòu) 已知參數(shù) rb、 、 ss() 分析 從動(dòng)件的平底通常垂直 于從動(dòng)件移動(dòng)導(dǎo)路 ， 其凸輪 的實(shí)際輪廓曲

34、線是平底一系 列位置的包絡(luò)線 ， 通常按對(duì) 心從動(dòng)件進(jìn)行設(shè)計(jì) 。 凸輪的實(shí)際輪廓曲線方程 vvPOP,OPvdsd s i n d d -c os)( c os d d s i n)( bB bB s sry s srx s0 r b B0 O x y B A dsd rc rr rc rrrc 刀具中心軌跡 理論輪廓曲線 實(shí)際輪廓曲線 b)刀具直徑小于滾子直徑 刀具中心軌跡 實(shí)際輪廓曲線 a)刀具直徑大于滾子直徑 四 、 刀具中心軌跡計(jì)算 用數(shù)控機(jī)床加工凸輪以及在凸輪磨床上磨削凸輪時(shí) ， 通 常需要給出刀具中心的直角坐標(biāo)值 。 (一 ) 滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) rr 理論輪廓曲線 rcrr

35、刀具中心直角坐標(biāo)方程 2 B 2 B B rcBc 2 B 2 B B rcBc d d d d dd dd dd yx x rryy d y d x y rrxx (二 )平底移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪 機(jī)構(gòu) 平底移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 的凸輪既可以用砂輪的端面磨削 ， 也可以用銑刀 、 砂輪或鉬絲的外圓 加工 。 用砂輪的端面加工凸輪 c o s)( s i n)( bA bA sry srx 刀具中心的直角坐標(biāo)方程 rb s B A rb O x y 第六節(jié) 凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的設(shè)計(jì) 從動(dòng)件高副元素的形狀 、 從動(dòng)件與凸輪輪廓維持接觸的 方式 、 滾子從動(dòng)件的滾子直徑 、 平底從動(dòng)件的平底寬度等的

36、確定 ， 與凸輪機(jī)構(gòu)的工作場(chǎng)合 、 工作性能 、 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī) 律等方面的要求密切相關(guān) 。 一 、 從動(dòng)件高副元素形狀的選擇 平面凸輪可以采用尖頂 、 滾子 、 平底等形狀的從動(dòng)件 ， 空間凸輪通常只能采用滾子從動(dòng)件 。 從動(dòng)件高副元素形狀應(yīng) 根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用場(chǎng)合確定 。 二 、 從動(dòng)件滾子半徑及平底寬度的確定 1. 滾子半徑的確定 rr a rr 0 結(jié)論 對(duì)于外凸輪廓，要保證凸輪正常工作，應(yīng)使 min rr。 輪廓失真 a rr rr a rr 0 輪廓正常 輪廓變尖 內(nèi)凹輪廓 a rr rr a rr 輪廓正常 外凸輪廓 a 理論輪廓曲線 實(shí)際輪廓曲線 rr rr rr 2. 平底寬

37、度的確定 1 2 3 4 5 6 7 8 8 7 6 5 4 3 2 1 9 10 11 12 13 14 15 14 13 12 11 10 9 rb lmax 作圖法確定 l2lmax(57)mm 計(jì)算法確定 v C dsd s0 s P v CB OP v (dsdt)ddt) dsd v OP lmax|dsd| max l2 |dsd| max (57) mm |dsd| max根據(jù)推程和回程 分別計(jì)算，取其最大值。 rb O x y B0 B 3. 平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的失真現(xiàn)象 O rb rb 解決措施 增大基圓半徑 rb 小結(jié) 在進(jìn)行凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)之前 ， 需要先確定基圓 半徑

38、 rb。 在確定 rb時(shí) ， 應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)條件 、 壓力角 、 工作輪廓 是否失真等因素 。 對(duì)于移動(dòng)動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) ， 在條件 允許的情況下時(shí) ， 應(yīng)取較大的導(dǎo)軌長(zhǎng)度 l和較小的懸臂尺寸 b。 對(duì)滾子從動(dòng)件 ， 應(yīng)恰當(dāng)選取滾子半徑 rr；對(duì)平底從動(dòng)件 ， 應(yīng) 確定合適的平底寬度 l。 此外 ， 還應(yīng)注意滿足強(qiáng)度和工藝性要求 。 基本要求 了解凸輪機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 、 類型及應(yīng)用 ， 學(xué)會(huì)根據(jù)工 作要求和使用場(chǎng)合選擇凸輪機(jī)構(gòu) 。 了解凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程 ， 對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué) 、 動(dòng)力學(xué) 參數(shù)有明確的概念 。 掌握從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合 ， 了解不同運(yùn) 動(dòng)規(guī)律位移曲線的拼接原則與方法 。 掌握凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸設(shè)計(jì)的原則 ， 學(xué)會(huì)根據(jù)這些原則確 定移動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的基圓半徑 、 滾子半徑和 偏置方向 ， 擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的擺桿長(zhǎng) 、 中心距以 及移動(dòng)平底從動(dòng)件平底寬度 。 熟練掌握應(yīng)用反轉(zhuǎn)法原理設(shè)計(jì)平面凸輪輪廓曲線 ， 學(xué)會(huì)凸 輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法 。 第三章習(xí)題 3-1、 3-3、 3-5、 3-6、 3-7、 3-8、 3-11、 3-12