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1、第三章第三章凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)1 12 23 31 12 23 31 12 23 3 具有曲線輪廓具有曲線輪廓 或凹槽的構(gòu)件或凹槽的構(gòu)件, , 是是 主動(dòng)件主動(dòng)件, , 通常等速通常等速 轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)。 由凸輪控制按其運(yùn)動(dòng)規(guī)由凸輪控制按其運(yùn)動(dòng)規(guī) 律作移動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。律作移動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件。支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件。 可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由于是高副運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由于是高副接觸接觸, , 常用于傳遞動(dòng)力常用于傳遞動(dòng)力不大的場(chǎng)合。不大的場(chǎng)合。1 12 23 32 23 31 11 12 23 3a)b)c)具有變化向徑的盤形構(gòu)件具有變化向徑的盤形構(gòu)件有曲線輪廓作往
2、復(fù)移動(dòng)的構(gòu)件。有曲線輪廓作往復(fù)移動(dòng)的構(gòu)件。在圓柱面上開有曲線凹槽或在圓在圓柱面上開有曲線凹槽或在圓 柱端面上作出曲線輪廓的構(gòu)件。柱端面上作出曲線輪廓的構(gòu)件。這種從動(dòng)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單這種從動(dòng)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, , 但但易磨損易磨損, ,適用于傳力不大速度較低的場(chǎng)合適用于傳力不大速度較低的場(chǎng)合. .將從動(dòng)件與凸輪的接觸由將從動(dòng)件與凸輪的接觸由 滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦, ,磨損較小磨損較小, ,可用于可用于 傳遞較大的動(dòng)力傳遞較大的動(dòng)力, ,應(yīng)用較廣應(yīng)用較廣. .a)a)b)b)c)c)凸輪對(duì)于這種從動(dòng)件的作凸輪對(duì)于這種從動(dòng)件的作 用力始終垂直于從動(dòng)件的平底用力始終垂直于從動(dòng)件的平底, , 受
3、力平穩(wěn)受力平穩(wěn) 且接觸面間易形成油膜且接觸面間易形成油膜, ,潤(rùn)滑好潤(rùn)滑好, ,可用高速可用高速. . c)c)a)a)b)b)利用彈簧力或自重保利用彈簧力或自重保持從動(dòng)件與凸輪始終接觸持從動(dòng)件與凸輪始終接觸. .靠從動(dòng)件幾靠從動(dòng)件幾何形狀或利用凸輪上的凹槽使從動(dòng)件與何形狀或利用凸輪上的凹槽使從動(dòng)件與凸輪始終接觸凸輪始終接觸. . 以理論理論廓線上最小向徑廓線上最小向徑為半徑所畫的圓為半徑所畫的圓即為基圓即為基圓. .半徑用半徑用rmin表示。表示。從動(dòng)件從最低位置到從動(dòng)件從最低位置到最高位置沿導(dǎo)路方向最高位置沿導(dǎo)路方向的距離稱為升程的距離稱為升程, ,用用h h表示。擺動(dòng)從動(dòng)件即表示。擺動(dòng)從
4、動(dòng)件即為最大擺角用為最大擺角用 表表示。示。max 從動(dòng)件從最低從動(dòng)件從最低位置移到最高位置位置移到最高位置時(shí)時(shí), , 對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角。角。 從動(dòng)件在最高位從動(dòng)件在最高位置靜止不動(dòng)置靜止不動(dòng), , 對(duì)應(yīng)凸對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角。輪的轉(zhuǎn)角。 從動(dòng)件從最高從動(dòng)件從最高位置移到最低位置位置移到最低位置時(shí)時(shí), , 對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角。角。 從動(dòng)件在最低從動(dòng)件在最低位置靜止不動(dòng)時(shí)位置靜止不動(dòng)時(shí), ,凸輪的轉(zhuǎn)角。凸輪的轉(zhuǎn)角。 t th拻拻s ssrminh h 1 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式：a)a)升升- -停停- -降降- -停停s t s h 1 2S0b)b)升升- -停停- -降
5、降0s t h 1 2Sc)c)升升- -降降- -停停0t s h 1 2Sd)d)升升- -降降0t h 1 2S邊界條件邊界條件: :.h=s ,t=t;0=s ,0=ttt1th=c,0=cct+c=vdt=s0=dtdv=ac=v1ttttt00=a;th=v; tth=s等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線: :升程段升程段)0(0=dsdh=ddsh=st12122t121t2 此種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)開始和終了點(diǎn)速度有突此種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)開始和終了點(diǎn)速度有突變，存在剛性沖擊。變，存在剛性沖擊。2S12dds 2122dsd h h1 1 1 0 00 00 0t 8
6、88 8th 回程段回程段()+(0=dsdh=dds11h=s hst1st2122 h12st1 h2 c21+c+c=d)c+c(=sc+c=cd=ddsc=dsd2121122 升程前半段邊界條件升程前半段邊界條件: :2h=s,2=;0=dds,0=s,0=2t11221 2t12h4=c,0=c,0=c 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線：等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線：升程等加速段方程為：升程等加速段方程為：20h4=dsdh4=ddsh2=st12t212212t12212t2 這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)的始末和中點(diǎn)位置加這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)動(dòng)的始末和中點(diǎn)位置加速度存在有限值的突變速度
7、存在有限值的突變, ,會(huì)導(dǎo)致柔性沖擊會(huì)導(dǎo)致柔性沖擊. . 2s12dds 2122dsd 1 h ht 1 1 升程等減速段方程為：升程等減速段方程為：()()2h4=dsdh4=ddsh2h=st1t2t21222t1t122t21t2 回程段方程如下：回程段方程如下：回程前半段：回程前半段：()()2+s+h4=dsdh4=dds21h=s ht1st2 h2122st12 h122st12 h2 回程段方程如下：回程段方程如下：回程后半段：回程后半段：()()+2+h4=dsd+h4=dds+h2=s hst1 hst2 h21221hs t2 h1221 hst2 h2 這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的
8、加速度方程是半個(gè)周這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度方程是半個(gè)周期的余弦曲線期的余弦曲線, , 根據(jù)質(zhì)點(diǎn)在圓周上作簡(jiǎn)諧根據(jù)質(zhì)點(diǎn)在圓周上作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)如下圖所示運(yùn)動(dòng)如下圖所示: :h hS2從動(dòng)件運(yùn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)動(dòng)最高點(diǎn)從動(dòng)件運(yùn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)動(dòng)最低點(diǎn)()1tt1112=,=;=,=cos12h=s 余弦加速度運(yùn)動(dòng)方程和運(yùn)動(dòng)曲線余弦加速度運(yùn)動(dòng)方程和運(yùn)動(dòng)曲線: :升程段方程升程段方程: :()t11t2t221221tt121t20cos2h=dsdsin2h=ddscos12h=s 回程段方程回程段方程: :()()()() hst1stst1 h2 h22122st1 h h12st1 h2+cos2h=ds
9、dsin2h=ddscos+12h=s 位移曲線位移曲線S S2 21 0 01 12 23 34 45 56 6t h h2 21 14 45 56 63 3S S2 2t h h0 01 12 23 34 45 56 61 2 21 14 45 56 63 3 12dds 2122dsd 此種運(yùn)動(dòng)規(guī)此種運(yùn)動(dòng)規(guī)律由于加速度在律由于加速度在運(yùn)動(dòng)開始和終了運(yùn)動(dòng)開始和終了存在有限值的突存在有限值的突變變, , 所以也有柔所以也有柔性沖擊性沖擊, , 但可避但可避免。免。 這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度方程是整周這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度方程是整周期的正弦曲線。期的正弦曲線。h hS S從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng) 最高點(diǎn)
10、最高點(diǎn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng) 最低點(diǎn)最低點(diǎn)d sdccdsdd sddccsdsddccc22110221002102202322242sinsincossin邊界條件邊界條件:0000,;,sdsdshchchc10220320,正弦加速度運(yùn)動(dòng)方程和運(yùn)動(dòng)曲線正弦加速度運(yùn)動(dòng)方程和運(yùn)動(dòng)曲線: :升程段方程升程段方程: :shdsdhd sdh000022020012212220sincossin() 000002 02200 000 00+)(2sin2=1)(2cos=)(2sin21+)(1= sssssshdsdhddshs-回程段方程回程段方程: :位移曲線位移曲線0 0sh h0 0h1
11、 12 23 34 45 56 67 78 81 12 23 34 45 56 67 78 81 12 23 34 45 56 67 78 8 此種運(yùn)動(dòng)此種運(yùn)動(dòng)規(guī)律加速度曲規(guī)律加速度曲線沒有突變線沒有突變, , 因而無(wú)沖擊。因而無(wú)沖擊。0 0sh h0 0dsdd sd22 1 1( ) 反轉(zhuǎn)法：反轉(zhuǎn)法：將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)個(gè) ，保證各，保證各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變。不變。 1（ ）相當(dāng)于將凸輪固定相當(dāng)于將凸輪固定在紙面上；從動(dòng)件在紙面上；從動(dòng)件一方面繞凸輪軸以一方面繞凸輪軸以 角速度轉(zhuǎn)動(dòng)角速度轉(zhuǎn)動(dòng), ,另一方面按運(yùn)動(dòng)規(guī)另一方面按運(yùn)動(dòng)規(guī)律在導(dǎo)路中移動(dòng)；律在導(dǎo)路中移動(dòng)
12、； 1( )導(dǎo)路也以導(dǎo)路也以 角角速度繞凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度繞凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng), , 從動(dòng)件在各位置從動(dòng)件在各位置上端點(diǎn)的連線便是上端點(diǎn)的連線便是凸輪廓線。凸輪廓線。 1( ) 反轉(zhuǎn)法：反轉(zhuǎn)法： 將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè) ，保證各，保證各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變。相當(dāng)于將凸輪固構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變。相當(dāng)于將凸輪固定在紙面上；從動(dòng)件與導(dǎo)路一方面繞凸輪定在紙面上；從動(dòng)件與導(dǎo)路一方面繞凸輪軸以軸以 角速度轉(zhuǎn)動(dòng)角速度轉(zhuǎn)動(dòng), ,另一方面從動(dòng)件另一方面從動(dòng)件按運(yùn)動(dòng)規(guī)律在導(dǎo)路中移動(dòng)；從動(dòng)件在各位按運(yùn)動(dòng)規(guī)律在導(dǎo)路中移動(dòng)；從動(dòng)件在各位置端點(diǎn)的連線便是凸輪廓線。置端點(diǎn)的連線便是凸輪廓線。1 ( ) ( )1 已知：從
13、動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律（如圖示），基已知：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律（如圖示），基圓半徑圓半徑rmin, ,滾子半徑滾子半徑r rT T, , 偏距偏距e (e (導(dǎo)路偏導(dǎo)路偏在轉(zhuǎn)軸左側(cè)），在轉(zhuǎn)軸左側(cè)）， 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。求：滿足順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。求：滿足上述要求的凸輪廓線。上述要求的凸輪廓線。1120 1502703600ooooohSero130解：選解：選 畫出從動(dòng)畫出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。律。lS設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟： 1 1）畫出基圓，）畫出基圓，偏心圓及導(dǎo)路偏心圓及導(dǎo)路線線, ,B B0 0(C(C0 0) )為從為從動(dòng)件尖頂?shù)钠饎?dòng)件尖頂?shù)钠鹗键c(diǎn)。始點(diǎn)。0KB0(C0)1( )120o30o120o90o2)2)
14、將位移線將位移線圖與基圓分圖與基圓分別等分成相別等分成相對(duì)應(yīng)的若干對(duì)應(yīng)的若干等份，等份，1 1，2 2，3.93.9；C C1 1,C,C2 2, ,C C3 3.C.C9 9. .C5C4C3C2C1C9C8C7C61 2 36 7 85493)3)過過C C1 1,C,C2 2,C,C3 3.C.C9 9各點(diǎn)作偏各點(diǎn)作偏心圓的切線，心圓的切線，沿各切線自基沿各切線自基圓起量取從動(dòng)圓起量取從動(dòng)件位移量即：件位移量即：CiBiCiBi=ii,=ii,得反得反轉(zhuǎn)后的轉(zhuǎn)后的BiBi點(diǎn)（點(diǎn)（i 1,2,3.9) i 1,2,3.9) 12345678(B9)B8B7B6B5B4B3B2B14 4）將
15、）將B B0 0,B,B1 1,B,B2 2.B.B9 9各點(diǎn)連成各點(diǎn)連成光滑曲線，便光滑曲線，便得到所求的凸得到所求的凸輪的理論廓線輪的理論廓線；再以；再以r rr r為半為半徑，以理論廓徑，以理論廓線上各點(diǎn)為圓線上各點(diǎn)為圓心畫圓包絡(luò)實(shí)心畫圓包絡(luò)實(shí)際廓線。際廓線。 已知已知: :從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律, ,凸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)凸輪轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針針, ,基圓半徑基圓半徑rmin。求求: :凸輪廓線。凸輪廓線。 1rmin1803600oooS21 解解: : 選選 , ,畫畫出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪的規(guī)律和凸輪的起始位置起始位置. .以以下步驟同上下步驟同上. . l 1rmin()
16、11803600oooS21 已知已知: :從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律, ,rmin, ,凸輪與從動(dòng)件凸輪與從動(dòng)件的中心距的中心距O O1 1O O2 2=a,=a,從動(dòng)件桿長(zhǎng)從動(dòng)件桿長(zhǎng)O O2 2B B0 0=L,=L,滾子半徑滾子半徑為為r rT T, ,凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng), ,從動(dòng)件擺動(dòng)方向如圖從動(dòng)件擺動(dòng)方向如圖. .求求: :凸輪廓線。凸輪廓線。0180360ooo1 max2 aLO1O2B0 130minr 1/ mm解解: : 選比例選比例畫出從動(dòng)件畫出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪的起始凸輪的起始位置位置. . 以下以下步驟同上步驟同上. . max 300B0O1
17、O2 1() 1701 234 5 68 9 10O2(1)O2 2( )O2 3( )O2 4( )O2 5( )O2 6( )O2 7( )O2 8( )O2 9( )B1B2B3B4B5B6B7B8B9滾子中心的軌跡線滾子中心的軌跡線. .凸輪的可見輪廓線凸輪的可見輪廓線. .理論廓線與實(shí)際廓線重合。理論廓線與實(shí)際廓線重合。理論廓線與實(shí)際廓線在法理論廓線與實(shí)際廓線在法 線方向上互為等距曲線線方向上互為等距曲線. . 1 1、滾子半徑選擇、滾子半徑選擇rT理論廓線理論廓線實(shí)際廓線實(shí)際廓線2 2、基圓半徑對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的影響、基圓半徑對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的影響 例題：例題： 圖示為滾子從動(dòng)圖示為滾子從動(dòng)件
18、盤形凸輪機(jī)構(gòu)。試件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。試用圖解法作出：用圖解法作出：1 1）凸）凸輪的基圓；輪的基圓；2 2）圖示位）圖示位置的壓力角置的壓力角a a、位移位移s s（y y）和和凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角d d；3 3）從動(dòng)件）從動(dòng)件的升程的升程 h h（y ymaxmax）和和凸輪的推凸輪的推程運(yùn)動(dòng)程運(yùn)動(dòng)角角d d。r0 1 1a as h 0 0a) 1 1r0 max 0 0ab)例例2：已知圖示凸輪機(jī)構(gòu)，在圖上標(biāo)出以下各項(xiàng)：已知圖示凸輪機(jī)構(gòu)，在圖上標(biāo)出以下各項(xiàng)：1 1）標(biāo)出基圓半徑）標(biāo)出基圓半徑r rmin；2)2)標(biāo)出從動(dòng)件從起始位置標(biāo)出從動(dòng)件從起始位置上升位移上升位移s2=20mm時(shí)凸輪的轉(zhuǎn)角時(shí)凸輪的轉(zhuǎn)角 1 1；3 3）標(biāo)出）標(biāo)出從動(dòng)從動(dòng)件的升程件的升程h h和推程運(yùn)動(dòng)角和推程運(yùn)動(dòng)角 t；4 4）標(biāo)出圖示位置的標(biāo)出圖示位置的壓力角壓力角a a。 1 1rminS2=20mm 1 1 tha a
《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)A》PPT電子課件教案第三章 凸輪機(jī)構(gòu)
