1、了解凸轮机构的分类及应用。了解凸轮机构的分类及应用。掌握推杆常用的运动规律掌握推杆常用的运动规律掌握掌握推杆运动规律的选择原则。推杆运动规律的选择原则。能根据选定的凸轮类型和推杆的运动规律能根据选定的凸轮类型和推杆的运动规律设计出凸轮的轮廓曲线。设计出凸轮的轮廓曲线。本章教学目标本章教学目标第三章第三章 凸凸 轮轮 机机 构构一、凸轮机构的组成与应用一、凸轮机构的组成与应用3-1 3-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 凸轮机构：凸轮机构：凸轮凸轮是一个具有曲线是一个具有曲线轮廓的构件。含轮廓的构件。含有凸轮的机构称有凸轮的机构称为凸轮机构。为凸轮机构。凸轮机构的组成凸轮机构的组成1
2、、凸轮：是一种具有、凸轮：是一种具有曲线轮廓或凹槽的构曲线轮廓或凹槽的构件。连续的等速转动件。连续的等速转动2、从动件：作连续、从动件：作连续或间歇的往复移动或或间歇的往复移动或摆动。摆动。3、机架、机架凸轮凸轮机构机构3-1 内燃机配气机构内燃机配气机构内燃机内燃机配气机构配气机构凸轮机构的应用凸轮机构的应用绕线机绕线机 凸轮机构的作用：凸轮机构的作用：将凸轮的连续回转转变为从动件直线将凸轮的连续回转转变为从动件直线移动或摆动。移动或摆动。自动装载机自动装载机三三、凸轮机构的优点、凸轮机构的优点 1、只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实现从动、只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实现从动件复杂的运
3、动规律。件复杂的运动规律。2、结构简单、运动可靠。、结构简单、运动可靠。四、凸轮机构的缺点四、凸轮机构的缺点 接触为高副，易于磨损，多用于传力不大的场合。接触为高副，易于磨损，多用于传力不大的场合。五、凸轮机构的应用领域五、凸轮机构的应用领域 凸轮机构主要用于载荷较小的运动控制，广泛用于凸轮机构主要用于载荷较小的运动控制，广泛用于自动化机械、自动控制装置和自动生产线中。自动化机械、自动控制装置和自动生产线中。1.按凸轮形状分：按凸轮形状分：二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类盘形凸轮机构盘形凸轮机构移动凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构2.按推杆的形状来分按推杆的形状来分尖尖顶顶推推
4、杆杆滚滚子子推推杆杆平平底底推推杆杆 其优点是凸轮与平底接触其优点是凸轮与平底接触面间容易形成油膜，润滑较面间容易形成油膜，润滑较好，所以常用于高速传动中。好，所以常用于高速传动中。由于滚子与凸轮之间为滚由于滚子与凸轮之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力。可用来传递较大的动力。构造简单，但易于磨损，构造简单，但易于磨损，所以只适用于作用力不大和所以只适用于作用力不大和速度较低的场合。速度较低的场合。1、力锁合力锁合的凸轮机构的凸轮机构2、形锁合的凸轮机构、形锁合的凸轮机构1）构槽凸轮机构）构槽凸轮机构2）等宽凸轮机构）等宽凸轮机构3.按凸轮与从动件维持按
5、凸轮与从动件维持接触或锁合的方式分接触或锁合的方式分4.按从动件的运动方式分按从动件的运动方式分 摆动从动件摆动从动件：从动件：从动件绕某一固定轴摆动。绕某一固定轴摆动。对心直动从动件对心直动从动件 偏置直动从动件偏置直动从动件直动从动件直动从动件：从动件：从动件只能沿某一导路做往只能沿某一导路做往复移动；复移动；rbhtos010102020000ADCB三、三、凸轮机构的工作原理凸轮机构的工作原理B 推杆的运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移推杆的运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移S、速度速度v和加速度和加速度a 随凸轮转角随凸轮转角的变化规律。的变化规律。位移线图：从动件位移位移线
6、图：从动件位移S与凸轮转角与凸轮转角之间的关系图之间的关系图对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构BBDDECOCD OED D OD=COECOE=DED D OD=DED=d d 尖顶摆动从动件盘形凸轮机构尖顶摆动从动件盘形凸轮机构ABCDO1O2aB1rb maxlS SS2h()(max)四、凸轮机构的设计任务四、凸轮机构的设计任务1、从动件运动规律的设计、从动件运动规律的设计四、凸轮机构的设计任务四、凸轮机构的设计任务2、凸轮机构基本尺寸的设计、凸轮机构基本尺寸的设计移动从动件：基圆半径移动从动件：基圆半径rb，偏心距，偏心距e;摆动从动件：基圆半径摆动从动件：基圆
7、半径rb，凸轮转动中心到从动件，凸轮转动中心到从动件摆动中心的距离摆动中心的距离a及摆杆的长度及摆杆的长度l;滚子从动件：除上述外，还有滚子半径滚子从动件：除上述外，还有滚子半径rr。O1O2a lO1 erbrb3、凸轮机构曲线轮廓的设计、凸轮机构曲线轮廓的设计4、绘制凸轮机构工作图、绘制凸轮机构工作图四、凸轮机构的设计任务四、凸轮机构的设计任务一、基本运动规律一、基本运动规律二、组合运动规律简介二、组合运动规律简介三、从动件运动规律设计三、从动件运动规律设计 3-2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律 升升停停回回停型停型(RDRD)升升回回停型停型(RRD)升升停停回型回型(RDR)升
8、升回型回型(RR)从动件运动循环的类型从动件运动循环的类型S S2()S SS2()S S2()S 2()从动件的运动规律的数学方程式为从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)(fS ddSdtdddSdtdSv222dSddtdddvdtdva 一、多项式运动规律一、多项式运动规律重点：掌握两种运动规律的运动特性 一次多项式运动规律一次多项式运动规律 等速运动等速运动 二次多项式运动规律二次多项式运动规律 等加速等减速运动等加速等减速运动2012nnsCCCCddd式中：式中：为凸轮转角；为凸轮转角；s 为推杆位移；为推杆位移；C0、C1、C2、为常数。为常数。一般表达式
9、：一般表达式：1.一次多项式运动规律一次多项式运动规律等速运动等速运动svah+刚性冲击刚性冲击01sCCd运动表达式：运动表达式：10/dsvChdt dv00dvadt010(0,/)CChd0/shd d 推程运动方程为：推程运动方程为：运动始点：运动始点：d d=0,s=0运动终点：运动终点：d d=d d0,s=h边界条件：边界条件：推程运动线图推程运动线图 特点：推杆在运动起始点和终止点速特点：推杆在运动起始点和终止点速度有突变，使瞬时加速度趋于无穷大，从度有突变，使瞬时加速度趋于无穷大，从而产生无穷大惯性力，引起而产生无穷大惯性力，引起刚性冲击。刚性冲击。svv001sCCd0d
10、vadt回程运动方程为：回程运动方程为：),(010dhChC回程运动表达式：回程运动表达式：)1(0dd hs0dhvh边界条件：边界条件：运动始点：运动始点：d d=0,s=h运动终点：运动终点：d d=d d0,s=0从回程起始从回程起始位置开始计量位置开始计量a+刚性冲击刚性冲击回程运动线图回程运动线图 为保证凸轮机构运动平稳性，常使推杆在一个行程为保证凸轮机构运动平稳性，常使推杆在一个行程h中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加速度和减速度的绝对值相等。速度和减速度的绝对值相等。222122102/2/dddCdtdvaCCd
11、tdsvCCCs运动方程式一般表达式：运动方程式一般表达式：推杆的等加速等减速运动规律推杆的等加速等减速运动规律注意：注意：2012sCCCdd运动表达式：运动表达式：22024/dsvChdtdd d2222024/dvaChdtd1sva235463h/20 0h/22h/2h/0 04h4h2 2/0 02 220120(0,2/)CCChd2020)(2dddhhs推程等加速段运动表达式：推程等加速段运动表达式：2202/shdd 推程等减速段运动表达式：推程等减速段运动表达式：)(4020dddhv202/4dha)2-0(0dd)2(00ddd运动始点：运动始点：d d=0，s=0
12、，v=0运动终点：运动终点：d d=d d0/2,s=h/2d d=d d0/2，s=h/2d d=d d0,s=h，v=02012sCCCdd回程运动表达式：回程运动表达式：svah/20 0h/2-2h/2h/0 04h4h2 2/0 022202 0)(2dddhs回程等加速段运动表达式：回程等加速段运动表达式：回程等减速段运动表达式：回程等减速段运动表达式：)(4020dddhv202/4dha)2-0(0dd)2(00ddd2022ddhhsdd204hv202/4dha运动始点：运动始点：d d=0，s=h，v=0运动终点：运动终点：d d=d d0 /2,s=h/2d d=d d
13、0 ，s=0，v=0d d=d d0 /2,s=h/2n 次多项式，次多项式，(n+1)个系数，需确定个系数，需确定(n+1)个边界条件个边界条件n越大，从动件的运动性能越良好越大，从动件的运动性能越良好但加工精度要求高但加工精度要求高二、三角函数运动规律二、三角函数运动规律1.余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律推杆推程运动方程式：推杆推程运动方程式：dddddddd02022000cos2sin2cos12hahvhs推杆回程运动方程式：推杆回程运动方程式：dddddddd0022000cos2sin2cos12hahvhs)2cos(1tTca运动始点：运动始点：d d=0，s=0，v=
14、0运动终点：运动终点：d d=d d0,s=h余弦加速度运动规律的余弦加速度运动规律的运动特性运动特性：若采用若采用RDRD型运型运动循环，推杆加速度在动循环，推杆加速度在起点和终点有突变，且起点和终点有突变，且数值有限，故有数值有限，故有柔性冲柔性冲击。击。余弦加速度运动规律推程运动线图余弦加速度运动规律推程运动线图1.余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律 若采用若采用RR型运动循型运动循环，加速度无突变，故环，加速度无突变，故没有冲击。没有冲击。推程运动方程式为推程运动方程式为2.正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律摆线运动规律摆线运动规律dddddddddd022000002sin22c
15、os12sin21hahvhs回程运动方程为回程运动方程为 dddddddddd022000002sin212cos2sin211hahvhs)2sin(1tTca运动始点：运动始点：d d=0，s=0，v=0运动终点：运动终点：d d=d d0,s=h正弦加速度运动规律运动正弦加速度运动规律运动特性：特性：推杆作正弦加速度运动时，推杆作正弦加速度运动时，其加速度没有突变，因而其加速度没有突变，因而将不产生冲击。适用于高将不产生冲击。适用于高速凸轮机构，速凸轮机构，推程运动线图推程运动线图2.正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律摆线运动规律摆线运动规律小结：小结：等速运动规律：等速运动规律：有
16、刚性冲击有刚性冲击 低速低速等加速等减速运动：等加速等减速运动：柔性冲击柔性冲击 中速中速正弦加速度运动规律：正弦加速度运动规律：无冲击无冲击 高速高速运动规律运动规律 运动特性运动特性 适用场合适用场合余弦加速度运动规律：柔性冲击余弦加速度运动规律：柔性冲击 中速中速采用组合运动规律的目的：采用组合运动规律的目的：避免有些运动规律引起的冲击，改善推杆其运动特性。避免有些运动规律引起的冲击，改善推杆其运动特性。二、二、组合运动规律组合运动规律 了解了解组合运动规律示例组合运动规律示例主运动：等加等减运动规律主运动：等加等减运动规律组合运动：在加速度突变处组合运动：在加速度突变处以正弦加速度曲线
17、过渡。以正弦加速度曲线过渡。例例1：改进梯形加速度运动规律：改进梯形加速度运动规律三、三、从动件运动规律的设计从动件运动规律的设计1、从动件的最大速度要尽量小、从动件的最大速度要尽量小2、从动件的最大加速度要尽量小、从动件的最大加速度要尽量小3、从动件的最大跃动度要尽量小、从动件的最大跃动度要尽量小3-4 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计二、设计的基本原理二、设计的基本原理一、凸轮廓线的设计方法一、凸轮廓线的设计方法 图解法图解法 解析法解析法1、假想给整个机构加一、假想给整个机构加一公共角速度公共角速度-；-3、推杆尖顶在这种复、推杆尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即合运动中的运动轨迹即为
18、凸轮轮廓曲线。为凸轮轮廓曲线。2、凸轮相对静止不动，、凸轮相对静止不动，而推杆一方面随导轨以而推杆一方面随导轨以-绕凸轮轴心转动，另绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期一方面又沿导轨作预期的往复移动；的往复移动；1、解析法、解析法 已知凸轮以角速已知凸轮以角速度度逆时针回转，基逆时针回转，基圆半径为圆半径为rb，从动件，从动件运动规律为运动规律为s=s()，用解析法设计凸轮轮用解析法设计凸轮轮廓曲线。廓曲线。对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构1、建立坐标系、建立坐标系cos)(sin)(srysrxbBbB2、利用反转法，确、利用反转法，确定从动件对应于每一定从动件对应
19、于每一个凸轮转角的运动导个凸轮转角的运动导路位置路位置对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构3、计算位移、计算位移s4、计算凸轮轮廓上、计算凸轮轮廓上点点B的坐标的坐标 已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r0=15mm，凸轮以等角速度，凸轮以等角速度沿逆时针方向回转，推杆的运动规律如下表所示：沿逆时针方向回转，推杆的运动规律如下表所示：s 6012090 9010120 等速上升等速上升h=16mm2120180 3180270 h=16mm4270360 Ar0609090120-s12345 67 891011121314 601209090135781 3 5 7 8
20、911 13 159111312141876543214131211109 r0609090120-1234567891011121314As 601209090135781 3 5 7 8911 13 159111312141876543214131211109e eA A-O O s 601209090135781 3 5 7 8911 13 1591113121412345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k15123456789101112131415O尖顶偏置直动凸轮机构如图，尖顶偏置直动凸轮机构如图，偏心轮半径偏心轮半
21、径R=35mm OA=20mm 偏距偏距e=10mm(1)试用反转法从图中画出凸试用反转法从图中画出凸轮从初始位置开始转过轮从初始位置开始转过90时的位移；时的位移；(2)求出此机构从图示位置转求出此机构从图示位置转到最大位移处时凸轮转过的到最大位移处时凸轮转过的角度，并画出这个位置角度，并画出这个位置eRA=90-arcsin(OC/OC)=90-arcsin(10/55)=90-10.48 =79.52 A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B812060 90 B11 1B22 2B33 3B44 4B55 5B66 6B77 7r0ABld 60120909012
22、341 2 3 45 67 85768-90 O B120r0ABld-ABO2、许用压力角、许用压力角a a推程时：推程时：对于直动推杆取对于直动推杆取a a300 380 对于摆动推杆对于摆动推杆a a400450；回程时：通常取回程时：通常取700800。a amax0 0 min0 min rrminmin0minrr 00min0minrrminmin0minrr00min0minrr minmin0minrr00rrrr0rr0 0rr 第三章第三章 凸轮机构凸轮机构凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构的分类凸轮机构的分类推杆的常用运动规律推杆的常用运动规律等速运动等速运动等加速等减速运动等加速等减速运动余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律正弦加速度运动正弦加速度运动组合运动规律组合运动规律凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计设计方法所依据的基本原理设计方法所依据的基本原理 反转法反转法设计方法：图解法、解析法设计方法：图解法、解析法凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定压力角、偏距、基圆半径、滚子半径、压力角、偏距、基圆半径、滚子半径、
