机械设计基础课件第四章.ppt

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1、电子工业出版社电子工业出版社第四章第四章 凸轮机构凸轮机构第四章第四章 凸轮机构凸轮机构 4.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类1 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律24.3 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 34.4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题46 课后习题答案课后习题答案第四章第四章 凸轮机构凸轮机构教学要求教学要求（1）了解凸轮机构的应用及分类方法；）了解凸轮机构的应用及分类方法；（2）对从动件常用的运动规律及其选择原则、机构压力角等有）对从动件常用的运动规律及其选择原则、机构压力角等有明确的概念；明确的概念；（3）掌握用图解法设计盘形凸

2、轮轮廓的方法和确定基本尺寸的）掌握用图解法设计盘形凸轮轮廓的方法和确定基本尺寸的主要原则。主要原则。重点与难点重点与难点重点重点：从动件的常用运动规律，盘形凸轮轮廓曲线的设计，凸从动件的常用运动规律，盘形凸轮轮廓曲线的设计，凸轮的基圆半径与压力角及自锁问题。轮的基圆半径与压力角及自锁问题。难点难点：盘形凸轮轮廓曲线的设计、凸轮基本尺寸的确定。盘形凸轮轮廓曲线的设计、凸轮基本尺寸的确定。 4.1 4.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 凸轮机构由主动凸轮、从动件凸轮机构由主动凸轮、从动件（也称推杆）和机架组成。（也称推杆）和机架组成。 （1）凸轮）凸轮: 原动件，可作等速转动，原动件，

3、可作等速转动，也可作往复移动。也可作往复移动。 （2）从动件）从动件:被凸轮直接推动的构件，被凸轮直接推动的构件，可作往复直线运动，也可作往复摆动，可作往复直线运动，也可作往复摆动，并通过重力、弹簧力或凹槽始终保持与并通过重力、弹簧力或凹槽始终保持与凸轮接触。凸轮接触。 （3）机架）机架:支承凸轮和从动件的固定支承凸轮和从动件的固定构件。构件。 4.1 4.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类4.1.14.1.1应用举例应用举例内燃机气阀机构图内燃机气阀机构图 造型机凸轮机构造型机凸轮机构 1凸轮；凸轮；2气阀气阀 1凸轮；凸轮；2滚子；滚子；3工作台工作台动态演示动态演示 4.1 4

4、.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 变速操纵机构变速操纵机构 1圆柱齿轮；圆柱齿轮；2拨叉；拨叉； 3三联滑移齿轮三联滑移齿轮 横刀架进给机构横刀架进给机构 1凸轮；凸轮；2摆杆；摆杆； 3扇形齿轮；扇形齿轮；4横刀架横刀架 4.1 4.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 绕线机构绕线机构 1盘形凸轮；盘形凸轮；2引线杆；引线杆；3绕线轴绕线轴 4.1 4.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 由以上的例子可知，凸轮机构有如下基本特性：由以上的例子可知，凸轮机构有如下基本特性： 当凸轮转动时，借助于本身的曲线轮廓或凹槽迫使从动当凸轮转动时，借助于本身的曲线轮廓或凹

5、槽迫使从动杆作一定规律的运动，即从动杆的运动规律取决于凸轮轮杆作一定规律的运动，即从动杆的运动规律取决于凸轮轮廓曲线或凹槽曲线的形状。廓曲线或凹槽曲线的形状。 优点：优点： 只需设计出适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预只需设计出适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，且结构简单、紧凑、设计方便。期运动，且结构简单、紧凑、设计方便。 缺点：缺点： 凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只可用于传力不凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只可用于传力不大的场合；凸轮轮廓精度要求较高，需用数控机床进行加工；大的场合；凸轮轮廓精度要求较高，需用数控机床进行加工；从动件的行程不能过大，否则会使

6、凸轮变得笨重。从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。 4.1 4.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类4.1.24.1.2凸轮机构的分类凸轮机构的分类1按凸轮形状按凸轮形状 （1）盘形凸轮）盘形凸轮 （2）移动凸轮）移动凸轮 （3）圆柱凸轮）圆柱凸轮移动凸轮机构移动凸轮机构 圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构 平面凸轮机构平面凸轮机构空间凸轮机构空间凸轮机构盘形凸轮机构盘形凸轮机构 动态演示动态演示动态演示动态演示动态演示动态演示 4.1 4.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类2按从动件端部形状按从动件端部形状 （1）尖顶从动件）尖顶从动件 （2）滚子从动件）滚子从动件 （3）平

7、底从动件）平底从动件尖顶从动件尖顶从动件 滚子从动件滚子从动件 平底从动件平底从动件 4.1 4.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类3按从动件运动方式按从动件运动方式 （1）直动从动件）直动从动件 （2）摆动从动件）摆动从动件 4按对心方式按对心方式 （1）对心凸轮机构）对心凸轮机构 （2）偏置凸轮机构）偏置凸轮机构 直动从动件直动从动件摆动从动件摆动从动件对心凸轮机构对心凸轮机构偏置凸轮机构偏置凸轮机构动态演示动态演示 4.1 4.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类5按凸轮与从动件保持高副接触的方法按凸轮与从动件保持高副接触的方法 （1）力锁合）力锁合 （2）形锁合）形锁

8、合 力锁合凸轮力锁合凸轮 形锁合凸轮形锁合凸轮 动态演示动态演示动态演示动态演示 4.2 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律4.2.14.2.1凸轮机构的工作过程凸轮机构的工作过程（1）基圆（）基圆（rb）（2）推程、推程角（）推程、推程角（t）（3）行程（）行程（h）（4）远停程、远停程角（）远停程、远停程角（s） （5）回程、回程角（）回程、回程角（h）（6）近停程、近停程角（）近停程、近停程角（s） 名词术语及符号名词术语及符号 4.2 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 从动件的运动线图从动件的运动线图（1）位移线图：反映了从动件的位移）位移线图：反映了从动

9、件的位移s 随时间随时间t 或凸轮转角或凸轮转角 变变化的规律。化的规律。（2）速度线图：反映了从动件的速度）速度线图：反映了从动件的速度v 随时间随时间t 或凸轮转角或凸轮转角变变化的规律。化的规律。（3）加速度线图：反映了从动件的加速度）加速度线图：反映了从动件的加速度a 随时间随时间t 或凸轮转或凸轮转角角变化的规律。变化的规律。 凸轮轮廓曲线的形状决定了从动件的运动规凸轮轮廓曲线的形状决定了从动件的运动规律。要使从动件实现某种运动规律，就要设计出律。要使从动件实现某种运动规律，就要设计出与其相应的凸轮轮廓曲线。与其相应的凸轮轮廓曲线。 4.2 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运

10、动规律4.2.24.2.2从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 1等速运动规律（直线运动规律）等速运动规律（直线运动规律）（1）运动规律：）运动规律： 当凸轮以等角速度当凸轮以等角速度转动时，从动转动时，从动件上升或下降过程中速度保持不变件上升或下降过程中速度保持不变。0t0ttahvvhths（2）运动方程：）运动方程： 4.2 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 （3）动力特性：）动力特性： 在从动件推程开始位置和终止位在从动件推程开始位置和终止位置处，速度发生突变，瞬时加速度在置处，速度发生突变，瞬时加速度在理论上趋于无穷大，产生极大的惯性理论上趋于无穷大，产生极大的惯

11、性力，存在刚性冲击。力，存在刚性冲击。（4）适用场合：适用场合： 一般只用于低速和从动件质量较一般只用于低速和从动件质量较小的凸轮机构中。小的凸轮机构中。 4.2 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 2等加速等减速运动规律（抛物线运动规律）等加速等减速运动规律（抛物线运动规律）（1）运动规律：）运动规律： 当凸轮以等角速度当凸轮以等角速度转动时，从转动时，从动件在推程或回程的前半行程作等加动件在推程或回程的前半行程作等加速，后半行程作等减速的运动规律。速，后半行程作等减速的运动规律。2t202t022t2044221haahtavhtas（2）运动方程：）运动方程： 等加速段的运

12、动方程为等加速段的运动方程为: 4.2 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 根据运动线图的对称性，可得等减速段的运动方程为根据运动线图的对称性，可得等减速段的运动方程为2t20t2t2t2t4)(4)(2haahvhhs （3）动力特性：）动力特性： 在运动规律的起始点、等加速等减在运动规律的起始点、等加速等减速的转折点和终止点，从动件的加速度速的转折点和终止点，从动件的加速度有限值的突然变化，从而产生有限的惯有限值的突然变化，从而产生有限的惯性力引起柔性冲击。性力引起柔性冲击。（4）适用场合：）适用场合： 适用于中速、轻载的场合。适用于中速、轻载的场合。 4.2 4.2 从动件

13、的常用运动规律从动件的常用运动规律 3简谐运动规律（余弦加速度运动规律）简谐运动规律（余弦加速度运动规律）（1）运动规律：）运动规律： 质点在圆周上作等速运动时，它质点在圆周上作等速运动时，它在该圆直径上的投影所构成的运动。在该圆直径上的投影所构成的运动。)cos(1 2ths)sin(2tthv )cos()(2t2t2ha （2）运动方程：）运动方程： 4.2 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 （3）动力特性：）动力特性： 从动件作简谐运动时，在行程的从动件作简谐运动时，在行程的始点和终点也产生有限值的变化，故始点和终点也产生有限值的变化，故有柔性冲击，但减少了冲击次数。有

14、柔性冲击，但减少了冲击次数。（4）适用场合：）适用场合： 适用于中速、中载场合。适用于中速、中载场合。 只有当从动件作无停留区间的升只有当从动件作无停留区间的升降降升连续往复运动时，才能避免冲击，升连续往复运动时，才能避免冲击，从而可用于高速运动。从而可用于高速运动。 4.2 4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律4.2.34.2.3从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择 工作要求工作要求 当机器的工作过程对从动件的运动规律有特殊要求，而凸当机器的工作过程对从动件的运动规律有特殊要求，而凸轮的转速不太高时，应首先从满足工作需要出发来选择或设计轮的转速不太高时，应首先从满足工作需要出

15、发来选择或设计从动件的运动规律。从动件的运动规律。 加工工艺加工工艺 当机器的工作过程只需要从动件有一定位移，而对其无一当机器的工作过程只需要从动件有一定位移，而对其无一定运动要求时，如夹紧、送料等凸轮机构，可只考虑加工方便，定运动要求时，如夹紧、送料等凸轮机构，可只考虑加工方便，一般采用圆弧、直线等组成的凸轮轮廓。一般采用圆弧、直线等组成的凸轮轮廓。运动性能运动性能 当机器对从动件运动性能有特殊要求，而凸轮的转速又较当机器对从动件运动性能有特殊要求，而凸轮的转速又较高，并且只用一种基本运动规律又难于满足这些要求时，可考高，并且只用一种基本运动规律又难于满足这些要求时，可考虑采用满足要求的组合

16、运动规律。虑采用满足要求的组合运动规律。 在设计从动件运动规律时，除了要考虑其冲击特性之外，在设计从动件运动规律时，除了要考虑其冲击特性之外，还要考虑从动件的最大速度还要考虑从动件的最大速度vmax和最大加速度和最大加速度amax。 4.3 4.3 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 设计方法：设计方法： （1）图解法图解法: 简单、直观，但精度有限，适用于低速或精简单、直观，但精度有限，适用于低速或精度要求不高的场合。度要求不高的场合。 （2）解析法解析法: 精确度高，适用于高速或精度要求较高的场精确度高，适用于高速或精度要求较高的场合，如高速凸轮、靠模凸轮、仪表中的凸轮等。合，如高速凸轮、靠模凸轮、仪表中的凸轮等。 本节主要介绍采用图解法绘制盘形凸轮轮廓的基本原理和方法。本节主要介绍采用图解法绘制盘形凸轮轮廓的基本原理和方法。 4.3 4.3 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 反转法：反转法： 给整个凸轮机构加以绕凸轮轴心并给整个凸轮机构加以绕凸轮轴心并与凸轮角速度与凸轮角速度等值反向的角速度等值反向的角速度-，根据相对运动原理，机构中各构件间的根据相对运动原理，机构中各构件间的相对