机械设计基础,3,1,凸轮机构的应用和类型,一、凸轮机构的特点和应用,1,、组成：,凸轮,从动件,机架,2,、特点：,结构简单、紧凑；,可精确实现从动件任意的运动规律；,设计方法简单；,高副接触易磨损；,制造较连杆机构困难。,3,、应用,：用于实现运动规律有特殊要求，载荷不大、行程较小的场合，广泛用于各种机械，特别是控制装置、仪器仪表、自动机械中。,3,1,凸轮机构的应用和类型,3,1,凸轮机构的应用和类型,3,1,凸轮机构的应用和类型,3,1,凸轮机构的应用和类型,3,1,凸轮机构的应用和类型,二、凸轮机构的分类,1,、按凸轮的形状分,盘形凸轮,移动凸轮,3,1,凸轮机构的应用和类型,圆柱凸轮,圆柱凸轮,3,1,凸轮机构的应用和类型,2,、按从动件分,按运动形式分,直动,从动件,对心直动从动件,偏置直动从动件,摆动,从动件,3,1,凸轮机构的应用和类型,按接触形式分,尖端从动件,滚子从动件,平底从动件,3,1,凸轮机构的应用和类型,分隔,18,3,1,凸轮机构的应用和类型,二、凸轮机构的分类,1,、按凸轮的形状分,盘形凸轮,移动凸轮,温故知新,圆柱凸轮,一、凸轮机构的组成特点,3,1,凸轮机构的应用和类型,2,、按从动件的运动形式和接触形式分,尖端从动件,滚子从动件,平底从动件,3,1,凸轮机构的应用和类型,接触形式比较,接触形式,优点,缺点,应用,尖端,滚子,平底,结构紧凑，能与任意形状的轮廓接触，实现任意运动规律。,易磨损，承载能力低,低速、轻载,耐磨损,结构复杂,中载，应用最广,易形成油膜，润滑好，耐磨损；,=C,，一般,=0,，受力好，效率高,凸轮廓线不能内凹，运动规律受限制,高速,3,1,凸轮机构的应用和类型,3,、按凸轮与从动件保持接触的方法分,力封闭：重力、弹簧力,重力封闭,弹簧力封闭,3,1,凸轮机构的应用和类型,3,、按凸轮与从动件保持接触的方法分,力封闭：重力、弹簧力,几何封闭：凹槽、等宽、等径、主回,凹槽凸轮,3,1,凸轮机构的应用和类型,B,等宽凸轮,B,3,1,凸轮机构的应用和类型,等径凸轮,r,1,r,2,r,1,+r,2,=const,主回凸轮,3,1,凸轮机构的应用和类型,几何封闭的优缺点：,免除弹簧附加的力，效率较高；,机构外廓尺寸较大，设计较复杂。,2,、偏置距,e,偏置圆,3,、行程,h,（或,max,）,从动件的最大位移（或角位移）,1,、基圆半径,r,min,凸轮转动中心到轮廓曲线的最短距离,3,2,从动件的运动规律,一、名词术语,r,min,r,min,3,2,从动件的运动规律,4,、运动过程,凸轮转角,廓线,从动件行程,推程,推程运动角,升,h,远休止程,远休止角,停止,回程,回程运动角,降,h,近休止程,近休止角,停止,位移曲线,动画,3,2,从动件的运动规律,3,2,从动件的运动规律,二、从动件常用运动规律,1,、等速运动规律,边界条件：,在行程的始、末点，速度有突变，,a,，惯性力很大，引起,刚性冲击,；,适用于低速。,讨论,推程,3,2,从动件的运动规律,回程,二、从动件常用运动规律,1,、等速运动规律,边界条件：,在行程的始、末点，速度有突变，,a,，惯性力很大，引起,刚性冲击,；,适用于低速。,讨论,推程,3,2,从动件的运动规律,2,、等加速等减速运动规律,边界条件：,前半程：,后半程：,前半程,等加速运动,：,又,3,2,从动件的运动规律,讨论,在,A,、,B,、,C,三点，,a,有突变，惯性力也有突变，引起,柔性冲击,；,a,2,，,a,，也不适用于高速。,适用于中速运转的场合。,2,、等加速等减速运动规律,前半程：,后半程：,3,2,从动件的运动规律,1,2,3,4,5,6,位移曲线的作法,辅助线法,1,2,3,4,5,6,3,、,余弦加速度,(,简谐,),运动规律,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,当质点沿着以推程,h,为直径的圆周匀速运动时，它在直径上的投影构成的运动。,讨论,始、末两点,a,有突变，引起柔性冲击；但若是升,-,降,-,升型运动规律，则可获得连续,a,线图，可用于高速。,3,2,从动件的运动规律,一、凸轮廓线设计方法的基本原理,基本方法：,反转法,给整个凸轮机构施以“,-,”,时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。,O,3,3,凸轮轮廓曲线的设计,基本问题：,已知：,r,min,、,（方向）、,e,（大小、方向），从动件的类型及运动规律，求凸轮廓线。,凸轮,-,静止,机架,-,以“,-,”,绕,o,点转动,从动件,随机架以“,-,”,反转,相对机架按,s,=,f,(,),运动,反转法,显然：反转后迹点的轨迹即是凸轮的理论廓线。,O,3,3,凸轮轮廓曲线的设计,显然：反转后迹点的轨迹即是凸轮的理论廓线。,凸轮,-,静止,机架,-,以,“,-,”,绕,o,点转动,从动件,随机架以,“,-,”,反转,相对机架按,s,=,f,(,),运动,一、凸轮廓线设计方法的基本原理,温故知新,-,对整个机构加绕,O,点的反转运动,反转法,已知：,r,min,，,（方向）,，,e,，,s,=,f,(,),，,设计凸轮廓线,1.,直动尖顶,从动件,盘形凸轮,二、用作图法设计凸轮廓线,3,3,凸轮轮廓曲线的设计,S-,线图,O,s,l,2,、,直动滚子,从动件,盘形凸轮,已知：,r,min,，,（方向）,，,e,，,r,r,，,s,=,f,(,),，,设计凸轮廓线。,3,3,凸轮轮廓曲线的设计,S-,线图,s,l,把滚子中心,A,当作尖端,2,、,直动滚子,从动件,盘形凸轮,O,理论廓线,以理论廓线上各点为圆心，作滚子圆族，其包络线即为实际廓线。,实际廓线,已知：,r,min,，,（方向）,，,e,，,r,r,，,s,=,f,(,),，,设计凸轮廓线。,3-3,凸轮轮廓曲线的设计,动画,S-,线图,s,l,3,、,对心直动平底,从动件,盘形凸轮,已知：,r,min,，,（方向）,，,s,=,f,(,),，,设计凸轮廓线。,在理论廓线上各点作出相应的平底直线族，其包络线即为实际廓线。,3,3,凸轮轮廓曲线的设计,动画,S-,线图,偏置直动,从动件,盘形凸轮机构,O,3,3,凸轮轮廓曲线的设计,O,在偏距圆或基圆上,凸轮反转角度的度量：,推杆位移的度量：,沿导路方向,!,角不可在轮廓上度量,4,、摆动,从动件,盘形凸轮机构,3,3,凸轮轮廓曲线的设计,已知：,r,min,，,（方向）,，,机架长,L,OA,，摆杆长,L,AB,，,=,f,(,),，,设计凸轮廓线。,-,线图,4,、摆动,从动件,盘形凸轮机构,3,3,凸轮轮廓曲线的设计,已知：,r,min,，,（方向）,，,机架长,L,OA,，摆杆长,L,AB,，,=,f,(,),，,设计凸轮廓线。,讨论,若为滚子从动件，则作滚子圆族的包络线为实际廓线；,若为平底从动件，则作平底族的包络线为实际廓线；,反转角度的度量,摆杆中心,A,绕,O,的转角；,3,4,凸轮机构压力角与基本尺寸,一、凸轮机构中的压力角与作用力的关系,压力角,：,不计摩擦时，从动件受力方向,与速度方向的夹角。,17,F,F,F,F,=,F,tan,F,一定，,F,甚至,自锁,max,=30,直动,=45,摆动,P,与,e,在轮心,O,点的同侧，取“”，异侧取“”。,讨论,与,s,有关，各点不同；,与,e,的大小和方位,有关；,当,s,、,ds,/,d,、,e,一定时，,3,4,凸轮机构压力角与基本尺寸,二、凸轮机构中的压力角与基圆半径,r,min,的关系,偏置的目的：减小推程压力角,3-4,凸轮机构基本尺寸的确定,确定,r,0,的原则：,在结构尺寸允许的条件下，尽可能使,减小；,在不超过,的条件下，选较小的,r,0,。,确定,r,0,的方法,初选,r,0,验算方法：初选,r,0,，计算出各点的,，使,max,；,由,求出,r,0 min,的图解安全区法；,诺模图法。,根据,计算设计法：,在上式中代入,的一系列值，可求出对应的一系列,r,0,值,r,01,、,r,02,、,、,r,0n,，应使：,3-4,凸轮机构基本尺寸的确定,三、滚子半径的确定,设：,当理论廓线内凹时，,当理论廓线外凸时，,轮廓变尖,轮廓失真,3-4,凸轮机构基本尺寸的确定,轮廓变尖,轮廓失真,为避免运动失真，常取：,或,min,的求法：,图解近似确定,-,三圆法,解析法逐点计算、比较，确定,min,。,注意,从结构、强度方面考虑，滚子半径,r,T,不能太小，通常取,若,r,T,不能减小而又出现运动失真，怎么办？,举例,例、图示凸轮机构中，从动件的起始上升点为,C,0,点，试标出从,C,0,点到,C,点接触时，凸轮转过的角度,及从动件的位移,s,和压力角,。,基圆？,位移？,n,n,压力角？,举例,例、图示凸轮机构中，试标出,图示位置,从动件位移,s,1,和,压力角,1,；,当凸轮由图示位置转过,60,时，从动件的位移,s,2,压力角,2,。,理论廓线,1,2,n,n,举例,例、图示凸轮机构中，试标出凸轮从图示位置转过,60,后从动件的角位移,和压力角,。,