凸輪機(jī)構(gòu) - 副本

1、大連交通大學(xué) 張秀娟 凸輪機(jī)構(gòu)：凸輪機(jī)構(gòu)：是一種高副機(jī)構(gòu)。是一種高副機(jī)構(gòu)。廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械，尤其廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械，尤其是自動機(jī)械中。是自動機(jī)械中。 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類推桿的運(yùn)動規(guī)律推桿的運(yùn)動規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)的組成凸輪機(jī)構(gòu)的組成凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪機(jī)構(gòu)的分類6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類 凸輪機(jī)構(gòu)的組成凸輪機(jī)構(gòu)的組成凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類1-凸輪 2-氣閥 3-內(nèi)燃機(jī)殼體 如圖所示為內(nèi)燃機(jī)中的配氣如圖所示為內(nèi)燃機(jī)中的配氣凸輪機(jī)構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)在燃燒過程中，凸輪機(jī)構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)在燃燒過程中，驅(qū)動驅(qū)動凸輪軸凸輪軸及其上的凸輪轉(zhuǎn)

2、動，及其上的凸輪轉(zhuǎn)動，并通過凸輪的曲線輪廓推動氣閥并通過凸輪的曲線輪廓推動氣閥2 2按特定的規(guī)律往復(fù)移動，從而按特定的規(guī)律往復(fù)移動，從而達(dá)到控制燃燒室中進(jìn)、排氣的功達(dá)到控制燃燒室中進(jìn)、排氣的功能。能。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類1-圓柱凸輪 2-擺桿 3-滾子 如圖所示為如圖所示為自動機(jī)床中自動機(jī)床中的進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)的進(jìn)刀凸輪機(jī)構(gòu)。 當(dāng)圓柱凸輪繞其軸線轉(zhuǎn)當(dāng)圓柱凸輪繞其軸線轉(zhuǎn)動時(shí)，通過其溝槽與擺桿動時(shí)，通過其溝槽與擺桿一端的滾子接觸，并推動一端的滾子接觸，并推動擺桿繞固定軸按特定的規(guī)擺桿繞固定軸按特定的規(guī)律作往復(fù)擺動，同時(shí)通過律作往復(fù)擺動，同時(shí)通過擺桿另一端的扇形齒輪驅(qū)擺桿另一端的扇形

3、齒輪驅(qū)動刀架實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀或退刀運(yùn)動刀架實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀或退刀運(yùn)動。動。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪凸輪從動件從動件機(jī)架機(jī)架高副機(jī)構(gòu)高副機(jī)構(gòu) 凸輪：凸輪：具有特定曲線輪廓或溝槽的構(gòu)件，通常在具有特定曲線輪廓或溝槽的構(gòu)件，通常在 機(jī)構(gòu)運(yùn)動中作主動件。機(jī)構(gòu)運(yùn)動中作主動件。從動件：從動件：與凸輪接觸并被直接推動的構(gòu)件。與凸輪接觸并被直接推動的構(gòu)件。機(jī)架：機(jī)架：支撐凸輪和從動件的構(gòu)件。支撐凸輪和從動件的構(gòu)件。配氣機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)繞線機(jī)構(gòu)繞線機(jī)構(gòu)靠模機(jī)構(gòu)靠模機(jī)構(gòu)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)盤形凸輪盤形凸輪：結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。應(yīng)用最為廣泛：結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。應(yīng)用最為廣泛移動凸輪移動凸輪：可視為盤形凸輪的回轉(zhuǎn)軸心處于

4、無窮遠(yuǎn)處時(shí)演化：可視為盤形凸輪的回轉(zhuǎn)軸心處于無窮遠(yuǎn)處時(shí)演化而成的而成的圓柱凸輪圓柱凸輪：空間凸輪機(jī)構(gòu)：空間凸輪機(jī)構(gòu) 盤形凸輪 移動凸輪 圓柱凸輪凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類1 1、按凸輪的形狀分類、按凸輪的形狀分類尖底從動件尖端能以任意復(fù)雜的凸輪輪廓尖端能以任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動件實(shí)現(xiàn)保持接觸，從而使從動件實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動規(guī)律。但尖端處極任意的運(yùn)動規(guī)律。但尖端處極易磨損，只適用于低速場合。易磨損，只適用于低速場合。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類 滾子從動件 凸輪與從動件之間為滾動摩凸輪與從動件之間為滾動摩擦，因此摩擦磨損較小，可擦

5、，因此摩擦磨損較小，可用于傳遞較大的動力。用于傳遞較大的動力。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類 平底從動件從動件與凸輪之間易形成從動件與凸輪之間易形成油膜，潤滑狀況好，受力油膜，潤滑狀況好，受力平穩(wěn)，傳動效率高，常用平穩(wěn)，傳動效率高，常用于高速場合。但與之相配于高速場合。但與之相配合的凸輪輪廓須全部外凸。合的凸輪輪廓須全部外凸。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類對心直動從動件 偏置直動從動件凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類從動件作往復(fù)移從動件作往復(fù)移動，其運(yùn)動軌跡動，其運(yùn)動軌跡為一段直線為一段直線3 3、按從動件的運(yùn)動形式分類、按從動件的運(yùn)動形式分類直動從動件從動件作往復(fù)

6、擺動，從動件作往復(fù)擺動，其運(yùn)動軌跡為一段其運(yùn)動軌跡為一段圓弧。圓弧。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類擺動從動件基本概念基本概念從動件的常用運(yùn)動規(guī)律從動件的常用運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動規(guī)律特性分析運(yùn)動規(guī)律特性分析 從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律 基本概念基本概念從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律 從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律 在凸輪廓線的推動下，從動件的在凸輪廓線的推動下，從動件的位移、速度、位移、速度、加速度、躍度加速度、躍度（加速度對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)）隨時(shí)間變（加速度對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)）隨時(shí)間變化的規(guī)律，常以圖線表示，又稱為從動件運(yùn)動曲化的規(guī)律，常以圖線表示，又稱為從動件運(yùn)動曲線。線。 一般假定凸輪軸作

7、等速運(yùn)轉(zhuǎn)，故凸輪轉(zhuǎn)角與時(shí)一般假定凸輪軸作等速運(yùn)轉(zhuǎn)，故凸輪轉(zhuǎn)角與時(shí)間成正比，因此間成正比，因此凸輪機(jī)構(gòu)從動件的運(yùn)動規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)從動件的運(yùn)動規(guī)律通常通常又可以表示為又可以表示為凸輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)。凸輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)。尖底直動從動件的位移曲線尖底直動從動件的位移曲線從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律基圓基圓：凸輪上具有最小半徑凸輪上具有最小半徑r ro o的圓的圓推程與推程角推程與推程角：當(dāng)凸輪廓線當(dāng)凸輪廓線上的曲線段與從動件接觸時(shí)，上的曲線段與從動件接觸時(shí)，推動從動件沿導(dǎo)路由起始位置推動從動件沿導(dǎo)路由起始位置運(yùn)動到離凸輪軸心最遠(yuǎn)的位置。運(yùn)動到離凸輪軸心最遠(yuǎn)的位置。從動件的這一

8、運(yùn)動行程稱為推從動件的這一運(yùn)動行程稱為推程。此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的程。此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為角度稱為推程角推程角，從動件沿導(dǎo)從動件沿導(dǎo)路移動的最大位移稱為路移動的最大位移稱為升距升距h h。 遠(yuǎn)休止與遠(yuǎn)休止角：遠(yuǎn)休止與遠(yuǎn)休止角： 當(dāng)凸輪廓線上對應(yīng)的圓弧段與當(dāng)凸輪廓線上對應(yīng)的圓弧段與從動件接觸時(shí)，從動件在距凸輪軸心的最遠(yuǎn)處靜止不動。從動件接觸時(shí)，從動件在距凸輪軸心的最遠(yuǎn)處靜止不動。這一過程稱為這一過程稱為遠(yuǎn)休止遠(yuǎn)休止，此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為，此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休止角s 。從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律 近休止與近休止角近休止與近休止角: : 當(dāng)凸輪廓線上對

9、應(yīng)的圓弧段當(dāng)凸輪廓線上對應(yīng)的圓弧段與從動件接觸時(shí)，從動件處于位移的起始位置，靜止與從動件接觸時(shí)，從動件處于位移的起始位置，靜止不動，這一過程稱為不動，這一過程稱為近休止近休止。此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過。此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為的角度稱為近休止角近休止角/s 。 從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律 回程與回程角回程與回程角: : 當(dāng)凸輪廓線上的曲線段與從動件當(dāng)凸輪廓線上的曲線段與從動件接觸時(shí)，引導(dǎo)從動件由最遠(yuǎn)位置返回到位移的起始位置。接觸時(shí)，引導(dǎo)從動件由最遠(yuǎn)位置返回到位移的起始位置。從動件的這一運(yùn)動行程稱從動件的這一運(yùn)動行程稱回程回程，此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過，此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為的角度稱

10、為回程角回程角/。凸輪作圖的逆向思維法凸輪作圖的逆向思維法反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法平面凸輪廓線設(shè)計(jì)平面凸輪廓線設(shè)計(jì)為了便于畫出壓力角和為了便于畫出壓力角和推程推程, , 應(yīng)使工作中轉(zhuǎn)動著的應(yīng)使工作中轉(zhuǎn)動著的凸輪與不動的圖紙間保持相凸輪與不動的圖紙間保持相對靜止。對靜止。如果如果給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一個(gè)與凸輪轉(zhuǎn)動角度上一個(gè)與凸輪轉(zhuǎn)動角度數(shù)數(shù)值相等、值相等、 方向相反的方向相反的“-”角速度角速度, , 則凸輪處于相對靜則凸輪處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。止?fàn)顟B(tài)。從動件尖底的運(yùn)從動件尖底的運(yùn)動軌跡就是凸輪動軌跡就是凸輪的廓線的廓線 1. 等速運(yùn)動規(guī)律等速運(yùn)動規(guī)律一一次多項(xiàng)式運(yùn)動規(guī)律的一般表達(dá)式為次多項(xiàng)式運(yùn)動

11、規(guī)律的一般表達(dá)式為由于一次多項(xiàng)式函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)由于一次多項(xiàng)式函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)為常數(shù)，故通常又稱為為常數(shù)，故通常又稱為等速運(yùn)動規(guī)律等速運(yùn)動規(guī)律。其運(yùn)動。其運(yùn)動方程和運(yùn)動線圖如下所示方程和運(yùn)動線圖如下所示 10CCs從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件常用運(yùn)動規(guī)律從動件常用運(yùn)動規(guī)律等速運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動線圖推程運(yùn)動方程推程運(yùn)動方程0avhs從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律00開始點(diǎn)vtva00結(jié)束點(diǎn)va 由于加速度無窮大而產(chǎn)生的沖擊稱為由于加速度無窮大而產(chǎn)生的沖擊稱為剛性沖擊剛性沖擊。當(dāng)然，在實(shí)際的凸輪機(jī)構(gòu)中由于構(gòu)件的彈性、阻尼當(dāng)然，在實(shí)際的凸輪機(jī)構(gòu)中由于構(gòu)件的彈性、阻尼等多種因素，不可能產(chǎn)生無窮大的慣

12、性力。等多種因素，不可能產(chǎn)生無窮大的慣性力。 這種運(yùn)動規(guī)律通常只適用于低速輕載的工況下，這種運(yùn)動規(guī)律通常只適用于低速輕載的工況下，或是對從動件有實(shí)現(xiàn)等速運(yùn)動要求的場合或是對從動件有實(shí)現(xiàn)等速運(yùn)動要求的場合從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律2.2.拋物線運(yùn)動規(guī)律拋物線運(yùn)動規(guī)律工程中通常采用在從動件的一個(gè)運(yùn)動行程中工程中通常采用在從動件的一個(gè)運(yùn)動行程中（推程或回程），（推程或回程），前半段采用等加速，后半段前半段采用等加速，后半段采用等減速，采用等減速，其位移曲線為兩段光滑相連的反其位移曲線為兩段光滑相連的反向拋物線，故有時(shí)又稱為向拋物線，故有時(shí)又稱為拋物線運(yùn)動規(guī)律拋物線運(yùn)動規(guī)律。其。其運(yùn)動方程和運(yùn)動

13、線圖如下所示運(yùn)動方程和運(yùn)動線圖如下所示 從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律速度曲線連續(xù)，而加速度曲速度曲線連續(xù)，而加速度曲線在運(yùn)動的起始、中間點(diǎn)和線在運(yùn)動的起始、中間點(diǎn)和終點(diǎn)處不連續(xù)。將這種由于終點(diǎn)處不連續(xù)。將這種由于有限值的加速度突變而產(chǎn)生有限值的加速度突變而產(chǎn)生的沖擊稱為的沖擊稱為柔性沖擊柔性沖擊。適用。適用于中、低速輕載。于中、低速輕載。推程運(yùn)動方程推程運(yùn)動方程等加速等減速運(yùn)等加速等減速運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動線圖動規(guī)律運(yùn)動線圖 2222442hahvhhs2/022224)(4)(2hahvhs2/從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律二、三角函數(shù)運(yùn)動規(guī)律二、三角函數(shù)運(yùn)動規(guī)

14、律1 1、簡諧運(yùn)動規(guī)律、簡諧運(yùn)動規(guī)律圖圖a所示為所示為描述簡諧運(yùn)動軌跡的描述簡諧運(yùn)動軌跡的示意圖示意圖。圖中橫坐標(biāo)為凸輪轉(zhuǎn)。圖中橫坐標(biāo)為凸輪轉(zhuǎn)角角 ，縱坐標(biāo)為從動件位移，縱坐標(biāo)為從動件位移s 。設(shè)當(dāng)質(zhì)點(diǎn)沿圓周轉(zhuǎn)過任一角度設(shè)當(dāng)質(zhì)點(diǎn)沿圓周轉(zhuǎn)過任一角度時(shí)時(shí) ，對應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角為，對應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角為 ，則質(zhì)點(diǎn)沿圓周等速運(yùn)動時(shí)向縱則質(zhì)點(diǎn)沿圓周等速運(yùn)動時(shí)向縱坐標(biāo)方向的投影，即為坐標(biāo)方向的投影，即為簡諧運(yùn)簡諧運(yùn)動規(guī)律的位移曲線。動規(guī)律的位移曲線。簡諧運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動線圖從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律2 2、擺線運(yùn)動規(guī)律、擺線運(yùn)動規(guī)律圖圖a所示為所示為描述擺線運(yùn)動軌跡的描述擺線運(yùn)動軌跡的示意圖示意圖。由解析幾何可知

15、，當(dāng)一。由解析幾何可知，當(dāng)一個(gè)半徑為個(gè)半徑為R的滾圓，沿縱坐標(biāo)從的滾圓，沿縱坐標(biāo)從起始點(diǎn)起始點(diǎn)A0 勻速純滾動時(shí)，圓周上勻速純滾動時(shí)，圓周上點(diǎn)點(diǎn)A的運(yùn)動軌跡即為擺線，而點(diǎn)的運(yùn)動軌跡即為擺線，而點(diǎn)A的運(yùn)動軌跡向縱坐標(biāo)方向的投影的運(yùn)動軌跡向縱坐標(biāo)方向的投影即構(gòu)成擺線運(yùn)動規(guī)律。即構(gòu)成擺線運(yùn)動規(guī)律。 擺線運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動線圖擺線運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動線圖從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律從動件常用運(yùn)動規(guī)律特性比較及適用場合從動件常用運(yùn)動規(guī)律特性比較及適用場合 補(bǔ)充：補(bǔ)充： 平面凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定平面凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪基園半徑的確定凸輪基園半徑的確定滾子半徑的選擇滾子半徑的選

16、擇一、一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角平面凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定平面凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定壓力角：壓力角：從動件與凸輪在接觸點(diǎn)從動件與凸輪在接觸點(diǎn)處的受力方向與其在該點(diǎn)絕對速處的受力方向與其在該點(diǎn)絕對速度方向之間所夾的銳角度方向之間所夾的銳角1 1、壓力角、壓力角2 2、常見的盤形凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角、常見的盤形凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角平面凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定平面凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定3 3、壓力角對凸輪機(jī)構(gòu)受力的影響、壓力角對凸輪機(jī)構(gòu)受力的影響平面凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定平面凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定其他條件相同時(shí)，壓力角其他條件相同時(shí)，壓力角越大，推動從動件所需的越大，推動從動件所需的作用力越大；作用力越大；當(dāng)壓力角非常大時(shí)，理論當(dāng)壓力角非常大時(shí)，理論上作用力為無窮大時(shí)才能上作用力為無窮大時(shí)才能推動從動件，此時(shí)凸輪機(jī)推動從動件，此時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)將發(fā)生自鎖。構(gòu)將發(fā)生自鎖。平面凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定平面凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定二、基圓半徑對壓力角的影響二、基圓半徑對壓力角的影響n增大基圓半徑，可使凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角減?。辉龃蠡鶊A半徑，可使凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角減?。籲增大基圓半徑會使凸輪機(jī)構(gòu)的整體尺寸增大增大基圓半徑會使凸輪機(jī)構(gòu)的整體尺寸增大 n在壓力角不超過許用值的原則下，應(yīng)盡可能采用在壓力角不超過許用值的原則下，