機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 課件 第4章凸輪機(jī)構(gòu)和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

04凸輪機(jī)構(gòu)和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)章節(jié)內(nèi)容凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)32從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)概述12第4章凸輪機(jī)構(gòu)與間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.了解凸輪機(jī)構(gòu)的組成、分類(lèi)、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和一個(gè)完整工作周期的運(yùn)動(dòng)及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式；2.牢記從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及特點(diǎn)；3.掌握不同類(lèi)型凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪廓線圖解法設(shè)計(jì)及凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸確定方法；4.了解幾種典型間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理和應(yīng)用。能力目標(biāo)1.能夠判斷凸輪機(jī)構(gòu)類(lèi)型、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及應(yīng)用場(chǎng)合；2.能夠設(shè)計(jì)不同類(lèi)型的凸輪機(jī)構(gòu)并合理確定基本尺寸,并在已知凸輪輪廓線的前提下反求凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。情感價(jià)值目標(biāo)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有不同類(lèi)型凸輪機(jī)構(gòu)的了解，激發(fā)創(chuàng)新思維，鼓勵(lì)結(jié)合連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)以解決實(shí)際問(wèn)題。目標(biāo)4.1凸輪機(jī)構(gòu)概述組成具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件,是主動(dòng)件,通常等速轉(zhuǎn)動(dòng)。由凸輪控制按其運(yùn)動(dòng)規(guī)律作移動(dòng)或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件。w1231)凸輪2)從動(dòng)件3)機(jī)架特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，高副接觸，易磨損，用于傳遞小功率的場(chǎng)合。4.1凸輪機(jī)構(gòu)概述4.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)1.按凸輪的形狀分移動(dòng)凸輪盤(pán)形凸輪具有變化向徑的盤(pán)形構(gòu)件。有曲線輪廓作往復(fù)移動(dòng)的構(gòu)件。圓柱凸輪在圓柱面上開(kāi)有曲線凹槽或在圓柱端面上作出曲線輪廓的構(gòu)件。4.1凸輪機(jī)構(gòu)概述4.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)2.按從動(dòng)件的形狀分將從動(dòng)件與凸輪的接觸由滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦,磨損較小,可用于傳遞較大的動(dòng)力,應(yīng)用較廣。這種從動(dòng)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但易磨損,適用于傳力不大速度較低的場(chǎng)合。尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件凸輪對(duì)這種從動(dòng)件的作用力始終垂直于從動(dòng)件的平底,受力平穩(wěn)且接觸面間易形成油膜,潤(rùn)滑好,可用于高速。4.1凸輪機(jī)構(gòu)概述4.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)3.按從動(dòng)件的導(dǎo)路是否過(guò)凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心分對(duì)心偏置4.1凸輪機(jī)構(gòu)概述4.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)4.按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分直動(dòng)擺動(dòng)4.1凸輪機(jī)構(gòu)概述4.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi)5.按凸輪與從動(dòng)件的封閉方式分形封閉力封閉4.1凸輪機(jī)構(gòu)概述對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的工作周期

以凸輪廓線上最小向徑為半徑所畫(huà)的圓即為基圓，其半徑用r0表示。r0ABCDw1.基圓4.1凸輪機(jī)構(gòu)概述對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的工作周期ABCD

從動(dòng)件從最低位置上升到最高位置的過(guò)程稱(chēng)為推程。從動(dòng)件上升的高度叫位移，用s表示，其最大值即最大位移稱(chēng)為升程，用h表示，對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角稱(chēng)為推程運(yùn)動(dòng)角，用d1表示。2.推程whd14.1凸輪機(jī)構(gòu)概述對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的工作周期ABCD3.遠(yuǎn)休止wd2

從動(dòng)件在最高位置靜止不動(dòng)的過(guò)程稱(chēng)為遠(yuǎn)休止，對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角稱(chēng)為遠(yuǎn)休止角，用d2表示。4.1凸輪機(jī)構(gòu)概述對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的工作周期ABCD從動(dòng)件從最高位置降到最低位置的過(guò)程稱(chēng)為回程，對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角稱(chēng)為回程運(yùn)動(dòng)角,用d3表示。4.回程wd34.1凸輪機(jī)構(gòu)概述對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的工作周期ABCD從動(dòng)件在最低位置靜止不動(dòng)的過(guò)程稱(chēng)為近休止，對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角稱(chēng)為近休止角，用d4表示。5.近休止wd44.1凸輪機(jī)構(gòu)概述4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的工作周期從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式a)升-停-降-停0b)升-停-降0d)升-降0c)升-降-停0d3d3d3d3d1d1d1d1d2d2d4d44.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律4.2.1從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)表達(dá)

從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指在推程或回程中，從動(dòng)件的位移s、速度v、加速度a隨時(shí)間t的變化規(guī)律。因?yàn)橥馆喴话銥榈人俎D(zhuǎn)動(dòng)，所以從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律通常表示成凸輪轉(zhuǎn)角d

的函數(shù)。ds/dd--類(lèi)速度d2s/dd2--類(lèi)加速度4.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律4.2.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律（以推程段為例）1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律邊界條件推程段4.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律4.2.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律（以推程段為例）

等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線推程段h000va

88存在剛性沖擊，適用于低速、輕載的場(chǎng)合。4.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程前半段邊界條件推程段前半段4.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程段前半段推程段后半段4.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程和運(yùn)動(dòng)曲線推程始末和中點(diǎn)位置加速度存在有限值的突變,會(huì)導(dǎo)致柔性沖擊。h0004.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律)這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度方程是半個(gè)周期的余弦曲線,根據(jù)質(zhì)點(diǎn)在圓周上作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)如下圖所示:hs從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)邊界條件位移方程4.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律(簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律)推程段4.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律sh01′2′3′4′5′6′214563推程段余弦加速度運(yùn)動(dòng)方程和曲線4.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

推程始末存在有限值的突變,所以也有柔性沖擊,但可避免。sh01′2′3′4′5′6′21456300余弦加速度運(yùn)動(dòng)方程和曲線4.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.3.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和半徑從動(dòng)件受力方向(接觸點(diǎn)法線)與速度方向所夾的銳角

。1B2wnttna壓力角FnFxFyFy=Fncosα，F(xiàn)x=Fnsinαα越小，機(jī)構(gòu)的傳力性能越好α過(guò)大時(shí)，F(xiàn)y<Ff，機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖分析{要求αmax≤[α],直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)許用壓力角[α]=30°FQFf4.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.3.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和半徑1B2wnttnars2v2vvB1αs2=r-r0v2=

vB1tanα=rω1tanα

在滿(mǎn)足αmax≤[α]條件下，減小基圓半徑。

壓力角和基圓半徑的關(guān)系r0=(0.8~1)d+rkrk=(0.1~0.15)r0或4.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.3.2凸輪廓線的設(shè)計(jì)反轉(zhuǎn)法w-w將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)公共角速度(-w)原則相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變凸輪

從動(dòng)件繞凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)(-w)按運(yùn)動(dòng)規(guī)律在導(dǎo)路中移動(dòng)從動(dòng)件尖頂位置凸輪輪廓線前提固定4.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1.對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓線的繪制【設(shè)計(jì)】一對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線，基圓半徑為r0,凸輪以等角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件的推程段采用等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，推程運(yùn)動(dòng)角為180°，遠(yuǎn)休止角為60°，回程段采用等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，回程運(yùn)動(dòng)角為120°，升程為h。sOh360°180°240°（1）選定比例尺，作位移圖4.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)δ1δ3δ2B1B6B2B7B8B4B3B5C1C5C4C3C2C7C8C6-wr0sO（3）分段等分圓周和位移圖（2）畫(huà)出基圓，設(shè)計(jì)方向（-w）12345678123678549（4）沿導(dǎo)路量取對(duì)應(yīng)位移（5）連Bi點(diǎn)成光滑曲線，

得凸輪廓線1.對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓線的繪制4.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.對(duì)心滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓線的繪制B1B6B2B7B8B4B3B5C1C5C4C3C2C7C8C6理論廓線ρ實(shí)際廓線ρ’rkr’r

4.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)外凸型凸輪廓線內(nèi)凹型變尖

失真ρ=rk，ρ’=0ρ<rk

，ρ’<0措施：減小rk或增大r0，保證ρ’min

>0

4.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.平底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓線的繪制δ1δ3δ2B1B6B2B7B8B4B3B5B0C1C5C4C3C2C7C8C6sO12345678123678549討論：是否會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失真？措施：增大r04.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)【例1】圖示為對(duì)心滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。試用圖解法作出：(1)凸輪的基圓；(2)圖示位置的壓力角a；(3)位移s和凸輪轉(zhuǎn)角d；(4)從動(dòng)件的升程h；(5)凸輪的推程運(yùn)動(dòng)角d1。r0asdhw1d14.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)【例2】在圖示平底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)中，在圖上標(biāo)出:(1)凸輪的基圓半徑r0；

(2)圖示位置的位移s及凸輪轉(zhuǎn)角d；

(3)從動(dòng)件的壓力角a；(4)凸輪相對(duì)圖示位置轉(zhuǎn)

過(guò)450角后，從動(dòng)件的

位移s’及凸輪轉(zhuǎn)角d’。wr0sa=0°Fvs'd'd4.4間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4.4.1棘輪機(jī)構(gòu)1234561構(gòu)件---搖桿2構(gòu)件---主動(dòng)棘爪3構(gòu)件---棘輪4構(gòu)件---止動(dòng)爪5構(gòu)件---彈簧6構(gòu)件---機(jī)架組成、原理思考：搖桿的往復(fù)擺動(dòng)可

由什么機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)？4.4間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4.4.1棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)棘條機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)可靠。棘輪的轉(zhuǎn)角是相鄰兩齒所夾圓心角的倍數(shù)，通過(guò)調(diào)整搖桿的擺角，可以實(shí)現(xiàn)有級(jí)的改變。棘輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)有噪聲，適用于低速和輕載的場(chǎng)合。組成、原理1構(gòu)件---撥盤(pán)，主動(dòng)件勻速轉(zhuǎn)動(dòng)2構(gòu)件---槽輪,從動(dòng)件

間歇轉(zhuǎn)動(dòng)3構(gòu)件---機(jī)架4.4間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4.4