《机械设计手册》之09凸轮

第九章凸轮机构及其设计§9-1凸轮机构的应用和分类§9-2从动件（推杆）的运动规律§9-3凸轮轮廓曲线的设计§9-4凸轮机构基本尺寸的确定§9-1凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的组成凸轮机构→凸轮、从动件、机架凸轮→匀速运动从动件→间歇（连续）移动或摆动结束二、凸轮机构的应用1、绕线机的凸轮机构2、自动机床进刀凸轮机构§9-1凸轮机构的应用和分类3、内燃机配气凸轮机构结束三、凸轮机构的类型1、按凸轮的形状→圆柱凸轮、盘形凸轮（移动凸轮）2、按从动件的运动形式→摆动从动件、移动从动件§9-1凸轮机构的应用和分类结束三、凸轮机构的类型1、按凸轮的形状→圆柱凸轮、盘形凸轮（移动凸轮）2、按从动件的运动形式→摆动从动件、移动从动件§9-1凸轮机构的应用和分类3、按从动件的形式→尖底从动件、平底从动件、滚子从动件结束三、凸轮机构的类型1、按凸轮的形状→圆柱凸轮、盘形凸轮（移动凸轮）2、按从动件的运动形式→摆动从动件、移动从动件§9-1凸轮机构的应用和分类3、按从动件的形式→尖底从动件、平底从动件、滚子从动件凸轮形状从动件形式凸轮—具有曲线轮廓或凹槽的构件结束三、凸轮机构的类型1、按凸轮的形状→圆柱凸轮、盘形凸轮（移动凸轮）2、按从动件的运动形式→摆动从动件、移动从动件§9-1凸轮机构的应用和分类3、按从动件的形式→尖底从动件、平底从动件、滚子从动件4、按凸轮与从动件的锁合形式→力锁合型、几何（形）锁合型结束四、凸轮机构的特点1、构件数目少，结构简单、紧凑。2、只要适当地设计凸轮的廓线，可以实现任意的从动件运动规律§9-1凸轮机构的应用和分类3、从动件与凸轮之间为高副（点、线）接触→易磨损，常用于传力不大的场合结束A点→起始、转动接触点：A→B推程§9-2推杆常用的运动规律基圆：以凸轮最小矢径r0为半径所作的圆一、推杆的运动规律运动规律→s、v、a变化规律：s(t)、v(t)、a(t)或s()、v()、a()推杆的运动规律→取决于凸轮廓线的形状设计时：工作要求→推杆运动规律设计凸轮的轮廓曲线r0→基圆半径D→A近休程、近休止角→020+01+´0+02=2、推程角→0、行程→hB→C远休程、远休止角→01C→D回程、回程角→´0h结束1、多项式运动规律nnCCCCs2210§9-2推杆常用的运动规律二、推杆常用的运动规律（以推程为例）（1）n=1边界条件：=0时，s=0；=0时，s=h→C0=0，C1=h/00d/dd/d110tvaCtsvCCs0//00ahvhs推程0/)/1('0'0ahvhs回程运动线图→始、末位置：tvttvtaa0000limlim理论上：a→惯性力→→极大冲击—刚性冲击只能用于低速、轻载场合等速运动规律结束§9-2推杆常用的运动规律二、推杆常用的运动规律（以推程为例）（2）n=2前半程：=0时，s=0,v=0；=0/2时，s=h/2C0=0，C1=0，C2=2h/02222122102d/d2d/dCtvaCCtsvCCCs后半程：=0/2时,s=h/2；=0时，s=h，v=0C0=-h,C1=4h/0,C2=-2h/0220220202/4/4/2hahvhs1、多项式运动规律nnCCCCs22102022002020/4/)(4/)(2hahvhhs结束v002h§9-2推杆常用的运动规律二、推杆常用的运动规律（以推程为例）（2）n=2前半程：=0时，s=0,v=0；=0/2时，s=h/2C0=0，C1=0，C2=2h/02222122102d/d2d/dCtvaCCtsvCCCs等加速等减速运动规律后半程：=0/2时,s=h/2；=0时，s=h，v=0C0=-h,C1=4h/0,C2=-2h/0220220202/4/4/2hahvhs1、多项式运动规律nnCCCCs22102022002020/4/)(4/)(2hahvhhsa0s0h0123123567845674没有刚性冲击但在=0、0/2、0处有柔性冲击只能用于中低速、轻载场合s=Ct2=K2=1：2：3……s=1：4：9……结束§9-2推杆常用的运动规律二、推杆常用的运动规律（以推程为例）（3）n=5可自行选择6个边界条件：=0时,s=0,v=0,a=0；=0时，s=h,v=0,a=0C0=C1=C2=0,C3=10h/03,C4=-15h/04,C5=6h/053252242322453423215544332210201262d/d5432d/dCCCCtvaCCCCCtsvCCCCCCs3-4-5次多项式运动规律1、多项式运动规律nnCCCCs221055044033061510hhhs得到位移方程（其他类似得到）既无刚性冲击也无柔性冲击高速、中载场合理论上，随着多项式次数的增多，可以满足任意复杂的运动规律。实际上，次数过高使曲线过于复杂，导致机加工困难，凸轮对误差敏感性增大。结束Sh0§9-2推杆常用的运动规律二、推杆常用的运动规律（以推程为例）（1）余弦加速度运动规律简谐运动2、三角函数运动规律简谐运动：圆周上匀速运动的质点在其直径上的投影构成的运动规律。s1234561263450R=h/2位移S=R-Rcos=h(1-cos)/20002022000cos2sin2cos12hahvhs得到运动方程：始、末：柔性冲击中低速、中重载结束§9-2推杆常用的运动规律二、推杆常用的运动规律（以推程为例）（2）正弦加速度运动规律摆线运动2、三角函数运动规律摆线：沿直线匀速纯滚动的圆上任意点的轨迹取2R=hSh012345600123456结束§9-2推杆常用的运动规律二、推杆常用的运动规律（以推程为例）（2）正弦加速度运动规律摆线运动2、三角函数运动规律摆线：沿直线匀速纯滚动的圆上任意点的轨迹取2R=hSh01234560RA´BAs)sin1(sinRRABs0022020200002sin22cos12sin21hahvhs得到运动方程：无刚性或柔性冲击高速、轻载结束Sh0§9-2推杆常用的运动规律二、推杆常用的运动规律（以推程为例）位移线图的绘制00002sin22sin21hhhs1234123456078R=h2h1结束§9-2推杆常用的运动规律二、推杆常用的运动规律（以推程为例）3、组合型运动规律改善推杆运动特性，满足生产需要等速正弦加速度组合的关键：保证在衔接点处的运动参数（位移、速度、加速度）连续；满足边界条件。结合点处曲线的高阶平滑相切。结束§9-2推杆常用的运动规律三、推杆运动规律的选择满足工作要求，良好的动力特性，便于加工。1、只要求完成一定行程（1）低速、轻栽：便于加工→直线、圆弧等2、要求特定的运动规律根据需要选择在选择推杆运动规律时，除了考虑冲击特性外，还要考虑最大速度vmax、最大加速度amax、最大跃度jmax。（2）高速凸轮：良好的动力特性，避免冲击→正弦加速度、高次多项式等P264表9-1常用运动规律特性值比较结束思考题P2879-1结束§9-3凸轮轮廓曲线的设计工作要求→运动规律→位移曲线+其它条件→设计凸轮廓线一、设计原理：1A321起始位置，凸轮与从动件A点接触，凸轮以1逆时针转过结束工作要求→运动规律→位移曲线+其它条件→设计凸轮廓线一、设计原理：§9-3凸轮轮廓曲线的设计起始位置，凸轮与从动件A点接触，凸轮以1逆时针转过1sA321BA'从动件上升s将整个机构沿-1转过角A→A’→B接触结束工作要求→运动规律→位移曲线+其它条件→设计凸轮廓线一、设计原理：§9-3凸轮轮廓曲线的设计起始位置，凸轮与从动件A点接触，凸轮以1逆时针转过从动件上升s将整个机构沿-1转过角A→A’→B接触AA's11BA1B1凸轮未动，从动、导路反转，运动规律不变。反转法：假定凸轮不动，使推杆反转并在道路中作预期的运动，则尖底的轨迹→凸轮廓线。结束工作要求→运动规律→位移曲线+其它条件→设计凸轮廓线一、设计原理：§9-3凸轮轮廓曲线的设计起始位置，凸轮与从动件A点接触，凸轮以1逆时针转过从动件上升s将整个机构沿-1转过角A→A’→B接触AA's11BA1B1凸轮未动，从动、导路反转，运动规律不变。反转法：假定凸轮不动，使推杆反转并在道路中作预期的运动，则尖底的轨迹→凸轮廓线。-结束（4）量取相应位移量（2）作基圆，取起始点B0（3）沿-1分基圆为1、2、3、4且等分1、3C1C9C2C3C4C5C6C7C8C101234B0O-1二、用作图法设计凸轮廓线§9-3凸轮轮廓曲线的设计（一）直动尖低推杆盘形凸轮机构1、对心凸轮机构已知：s2=s2（）、r0、1（逆时针）设计凸轮廓线步骤：（1）作位移线图s2-，且等分1、3(或列表计算)结束（4）量取相应位移量（2）作基圆，取起始点B0（3）沿-1分基圆为1、2、3、4且等分1、3C1C9C2C3C4C5C6C7C8C101234B0O-1二、用作图法设计凸轮廓线§9-3凸轮轮廓曲线的设计（一）直动尖低推杆盘形凸轮机构1、对心凸轮机构已知：s2=s2（）、r0、1（逆时针）设计凸轮廓线步骤：（1）作位移线图s2-，且等分1、3(或列表计算)结束（4）量取相应位移量（2）作基圆，取起始点B0（3）沿-1分基圆为1、2、3、4且等分1、3C1C9C2C3C4C5C6C7C8C101234B0O-1二、用作图法设计凸轮廓线§9-3凸轮轮廓曲线的设计（一）直动尖低推杆盘形凸轮机构1、对心凸轮机构已知：s2=s2（）、r0、1（逆时针）设计凸轮廓线步骤：（1）作位移线图s2-，且等分1、3(或列表计算)B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10（5）光滑连接B0、B1、B2…B0凸轮廓线。也可以根据位移方程，列表求出推杆在各分点的位移8120690……420S(mm)……60300（）结束二、用作图法设计凸轮廓线§9-3凸轮轮廓曲线的设计2、篇置凸轮机构已知：s2=s2（）、r0、1（逆时针）设计凸轮廓线（一）直动尖低推杆盘形凸轮机构分析：推杆与凸轮回转中心始终报纸距离e偏距圆——以距离e为半径作的圆推杆的运动方向总是与偏距圆相切11A32eO所以从动件的位移量应该在各切线上量取，其余步骤与对心从动件判刑凸设计方法雷同。结束二、用作图法设计凸轮廓线§9-3凸轮轮廓曲线的设计2、篇置凸轮机构已知：s2=s2（）、r0、1（逆时针）设计凸轮廓线（一）直动尖低推杆盘形凸轮机构分析：推杆与凸轮回转中心始终报纸距离e偏距圆——以距离e为半径作的圆推杆的运动方向总是与偏距圆相切11A32eO所以从动件的位移量应该在各切线上量取，其余步骤与对心从动件判刑凸设计方法雷同。r012345e结束二、用作图法设计凸轮廓线§9-3凸轮轮廓曲线的设计（二）滚子推杆盘形凸轮机构分析：11A32eO滚子中心从动件的运动规律中心轨迹与凸轮廓线等距曲线中心尖底凸轮廓线理论廓线以理论廓线为圆心，以滚