1、第三章 凸轮机构及间歇机构2学时课程3-1 3-1 凸轮机构概述凸轮机构概述3-2 3-2 凸轮从动件的运动规律凸轮从动件的运动规律3-3 3-3 凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计3-4 3-4 间歇机构介绍间歇机构介绍章节分布：本章重点：本章难点：1.凸轮机构的运动规律；凸轮机构的运动规律；2.凸轮轮廓的设计。凸轮轮廓的设计。1.解析法设计凸轮的轮廓。解析法设计凸轮的轮廓。2学时课程一 凸轮机构的组成凸轮机构的组成 及凸轮及凸轮的形状的形状凸轮、从动件和机架三个构件组成。 其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常做连续的等速运动 。 从动件按一定的规律作间歇或连续的直线往复运动或摆动。3-1 3
2、-1 凸轮机构概述凸轮机构概述第一节 凸轮机构概述凸轮按形状分类：凸轮按形状分类：第一节 凸轮机构概述盘形凸轮和移动凸轮与从动件之间的相对运动为平面运动；而圆柱凸轮与从动件之间的相对运动为空间运动，所以前两者属于平面凸轮机构，后者属于空间凸轮机构。 第一节 凸轮机构概述2.凸轮按从动件的型式分以下三种：a.尖底从动件：能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可以实现任意运动规律。 缺点：尖头易磨损，用于低速小载荷中。b.滚子从动件：耐磨损，承载大，常用。c.平底从动件：可以保持从动件的受力方向不变，接触部分易于形成楔形油膜， 常用于高速凸轮机构中。第一节 凸轮机构概述凸轮机构的优点：只须设计适当的凸轮
3、轮廓，便可以使从动 件得到任意 的预期运动，而且结构简单紧凑，设计方 便，因此在自动机械、各种仪器仪表、各种电气开关中得 到广泛的应用。凸轮机构的缺点：凸轮轮廓与从动件作用间为点或线接触， 易于磨损，所以通常用于传力不大的控制机构中。本节结束第一节 凸轮机构概述基圆 :凸轮轮廓的最小向径为半径做的圆。0r推程运动角远休止角回程运动角近休止角 从动件的运动规律是指从动件的位移、速度、加速度与凸轮转角（时间）之间的关系。3-2 3-2 凸轮从动件的运动规律凸轮从动件的运动规律第二节 凸轮从动件的运动规律一）.多项式运动规律多项式运动规律的一般形式) 1(62()32(232212321332210
4、nnnnnncnnccanccccvcccccs1) 等速运动规律定义：指凸轮以等角速度转动时，从动件的运动速度为常量。在上式中当n=1时可以得出从动件的运动方程。0110acvccs第二节 凸轮从动件的运动规律推程时， 当 时， ； 时， 可以解出待定常数， 代入上式可以得出, 000shs /1hc00c0ahvhs回程时， 当 时， ； 时， 可以解出待定常数， 代入上式可以得出 ,hs 0s/1 hchc 00ahvhhs第二节 凸轮从动件的运动规律 从动件按等速运动规律运动时的位移、速度、加速度对凸轮转角的变化曲线如左图所示。 从图中可以看出从动件在行程的起点与终点处(O, A，B)
5、，由于速度发生突变，加速度在理论上无穷大。导致从动件产生非常大的冲击惯性力，称为刚性冲击。 第二节 凸轮从动件的运动规律2) 等加速和等减速运动规律定义：指凸轮以等角速度转动时，从动件在一个行程中，前半段作等加速运动，后半段作等减速运动。 在多项式中当n=2时可以得出从动件的运动方程。2210/2 0 02/ 2/ . 20, 0 0 . 12/, 0 ,hccchsvs可以求得：时，时，其边界条件为：，时从动件作等加速运动即推程前半段222hs24hv224ha) 1(62()32(2322123121332210nnnnnncnnccanccccvcccccs第二节 凸轮从动件的运动规律2
6、2)(2hhs)(42hv224ha同理可以求出回程的运动方程2210/2 /4 0, . 2/2, 2/ 2/ . 1, 2/ ,hchchcvhshvhs可以求得：时，时，其边界条件为：，时从动件作等减速运动即推程后半段第二节 凸轮从动件的运动规律这是n=2时从动杆的运动规律图，从图上可以看出：1）位移曲线为凸轮转角的二次函数，为抛物线方程。2）有（0，A，B，C，D）五点的加速度有突变，因而从动件的惯性力也有突变。由于加速度的突变为一有限值，故惯性力的突变也是有限值，对凸轮机构的冲击也是有限的，故称为柔性冲击。第二节 凸轮从动件的运动规律二）.简谐运动规律 在运动始末点（A、E点），加速
7、度有变化柔性冲击，只适于中速；当从动件作连续升-降循环运动时，加速度曲线连续，无冲击，可用于高速凸轮机构。222(1 cos)2sin2cos2hshvha 本节结束第二节 凸轮从动件的运动规律一 、 作图法设计凸轮轮廓作图法设计凸轮轮廓 凸轮轮廓曲线设计的主要任务：是根据从动件的运动规律和其他设计数据，画出凸轮的轮廓曲线或计算出轮廓曲线的坐标值。已知：从动件的运动规律 凸轮的基圆半径 方法：反转法 原理：设想凸轮固定不动，从动件一方面随导路绕凸轮轴心反方向转动，同时又按给定的运动规律在导路中作相对运动，从动 件尖底的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。3-3 3-3 凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计第三节
8、凸轮的轮廓设计相对运动法作凸轮的轮廓第三节 凸轮的轮廓设计已知：尖底从动件凸轮机构中：从动件导路与凸轮回转中心的偏距e 凸轮基圆半径rb 凸轮以等角速度逆时针方向转动 从动件的位移线图步骤：以o为圆心作基圆和偏距圆确定从动件起始位置C。使从动件中心线与偏距圆切于A点，并与基圆交于C点。将运动线图分成若干等分，并将偏距圆自A点沿顺时针方向分成对应的等分A1、A2。erbCAO第三节 凸轮的轮廓设计过分点A1、A2作偏距圆切线，交基圆于B1、B2等点。从动件尖底从B1点沿切线方向移动S1到C1点，从B2移动S2到C2点，用光滑曲线连接C-C1-C2，此曲线为凸轮轮廓曲线。第三节 凸轮的轮廓设计二、
9、二、 解析法设计平面凸轮轮廓解析法设计平面凸轮轮廓已知一个尖底直动从动件，盘形凸轮轮廓机构的偏距e、基圆半径rb 、从动件运动规律sf（） 求：凸轮轮廓曲线上各点坐标 设计原理反转法 第三节 凸轮的轮廓设计极点极点极轴极轴极坐标系极坐标系向径向径极角极角0A2222arctanarctanbbAreresee2222()Abrrese第三节 凸轮的轮廓设计0A2222arctanarctanbAbreerese2222()AbrreseCOAC0第三节 凸轮的轮廓设计 10 20 30 403021060240902701203001503301800 凸 轮 轮 廓 Smax=10偏 心 圆
10、 e=10基 圆 Rb=302222arctanarctanbAbreerese2222()Abrrese02468024681012角 度 fi的 变 化s对应角度的变化值 五 凸轮机构的压力凸轮机构的压力角角 凸轮与从动件接触点的法线方向与从动件上力作用点的速度方向夹的锐角。凸轮轮廓线上各处压力角是变化的。一般规定压力角的最大值必须在以下范围内： 对于移动从动件，推程时 对于摆动从动件，推程时 回程045030080压力角：不考虑摩擦时，凸轮对从动件的正压力（沿压力角：不考虑摩擦时，凸轮对从动件的正压力（沿n nn n方方向）与从动件上力作用点的速度方向所夹的锐角。向）与从动件上力作用点的
11、速度方向所夹的锐角。压力角越小，推动从动件的有效分力越大，压力角越小，推动从动件的有效分力越大，机构受力情况越好，效率越高。机构受力情况越好，效率越高。基圆半径的大小会影响压力角 半径越大压力角越小（相同运动条件）对于尺寸不受限制的凸轮，基圆半径 可初步选为：br)(106(8 . 1mmrrrTbTrr凸轮轴的半径滚子的半径第三节 凸轮的轮廓设计本节结束一）槽轮机构 1.电影放映机上电影放映机上槽轮机构槽轮机构2.冰淇淋机上冰淇淋机上槽轮机构槽轮机构第四节 间歇机构简介3-4 3-4 间歇机构介绍间歇机构介绍槽轮机构举例：槽轮机构举例：Z/22221ZZZttKd222/2221槽轮机构的运
12、动系数： K槽轮的运动时间/主动轮（拨盘）的运动时间主动拨盘主动拨盘槽轮槽轮22K22:11ttttdd：运动系数：槽轮运动的时间为：为则拨盘运动一周的时间设拨盘的匀速角速度为第四节 间歇机构简介 单圆销外啮合槽轮机构的基本尺寸如上图示，其几何关系如下：)()/cos(cos)/sin(sin22rRashZaasZaaRZ一般取46第四节 间歇机构简介二）棘轮机构 棘轮、棘爪、摇杆、机架、棘轮罩。单单向式向式 棘轮机构棘轮机构双双向式向式棘轮机构棘轮机构棘轮棘轮干涉问题干涉问题采用采用棘轮罩棘轮罩控制棘轮的运动速度控制棘轮的运动速度改变摆杆摆角改变摆杆摆角控制棘轮的速度控制棘轮的速度棘轮分类：棘轮分类：棘轮速度控制：棘轮速度控制：第四节 间歇机构简介棘轮的常用齿形 单向驱动： 不对称梯形齿 负载较大 直线型（圆弧型）三角形齿 负载较小双向驱动： 对称梯形齿 第四节 间歇机构简介本节结束
