机械设计基础第三章凸轮结构.ppt

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1、第第3章章凸轮机构凸轮机构教、学目标教、学目标3-1、了解凸轮机构类型、命名及适用场合、了解凸轮机构类型、命名及适用场合3-2、（、（1）对凸轮上的名称、术语有一个感性认识；）对凸轮上的名称、术语有一个感性认识；（2）理解从动杆运动规律与凸轮之间的一一对应关系）理解从动杆运动规律与凸轮之间的一一对应关系；（3）了解三种典型运动规律特点。）了解三种典型运动规律特点。3-3、（、（1）理解凸轮压力角影响传力性能的实质；）理解凸轮压力角影响传力性能的实质；（2）了解影响压力角的因素，探讨减小压力角的方法；）了解影响压力角的因素，探讨减小压力角的方法；3-4、（、（1）理解凸轮轮廓设计的理论依据及绘

2、图原理；）理解凸轮轮廓设计的理论依据及绘图原理；（2）归纳凸轮机构设计中基圆、滚子、平底的确定问题）归纳凸轮机构设计中基圆、滚子、平底的确定问题中南大学专用作者：潘存云教授 31 凸轮机构凸轮机构的应用和类型的应用和类型组成组成:凸轮（曲线轮廓）、从动件（呈杆状）、机架。凸轮（曲线轮廓）、从动件（呈杆状）、机架。作用：凸轮作用：凸轮回转回转、移动移动 =从动件从动件直线移动直线移动或或摆动摆动。应应用用：内内燃燃机机、等等速速凸凸轮轮绕绕线线机机构构、双双凸凸轮轮组组合合R字字机机构构、送料机构送料机构、录音机卷带机构录音机卷带机构等。等。中南大学专用作者：潘存云教授分类与命名：分类与

3、命名：一、按凸轮形状二、按从动件与凸轮接触形式三、按从动件运动状态四、按保持从动件与凸轮接触的方式中南大学专用作者：潘存云教授（a）（b）（c）（d）（e）中南大学专用作者：潘存云教授内燃机气门机构内燃机气门机构几何几何形状形状封闭封闭力封闭力封闭（重力、（重力、弹簧弹簧等）等）D1D2b中南大学专用作者：潘存云教授 1）基圆：半径）基圆：半径rminrmin 132 从动件的运动规律从动件的运动规律从动杆从动杆运动运动规律规律设计轮廓曲线设计轮廓曲线一、名称：一、名称：工作要求工作要求对心直动尖顶型从对心直动尖顶型从动件盘形凸轮机构动件盘形凸轮机构2）A、D点：点：oADBC最低点或

4、起始点最低点或起始点3）B、C点：点：最高点最高点中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBC32 从动件的运动规律从动件的运动规律 1中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 132 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 132 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 132 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 132 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC

5、 1h升程升程h推程：推程：推程角推程角 tt推程段推程段4）AB轮廓轮廓32 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 1A32 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 1A32 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 1A32 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 1A32 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 1A32 从动件的运

6、动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBC 1远休止程：远休止程：A远休止角远休止角s5）BC段轮廓段轮廓远休止段远休止段ADBC32 从动件的运动规律从动件的运动规律s中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 1AA32 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 1AA32 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 1AA32 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 1AA32 从动件的运动规律

7、从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBCADBC 1AA32 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBC 1AAADBC回程：回程：h h回程角回程角h回程段回程段6）CD段轮廓段轮廓32 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBC 1AAADBCA32 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBC 1AAADBCA32 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBC 1AAADBCA32 从动件的运动规律从动件的运

8、动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rminoADBC 1AAA近休止近休止：SS近休止角近休止角近休止段近休止段7）AD段轮廓段轮廓32 从动件的运动规律从动件的运动规律中南大学专用作者：潘存云教授 rmino 1A32 从动件的运动规律从动件的运动规律从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S(t)V2=V(t)a2=a(t)6）二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系中南大学专用作者：潘存云教授从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S(t)V2=V(t)a2=a(t)6）rmino 1AA32 从动件的运动规律从动件的运动规律二、从动件运动规律、

9、及与凸轮轮廓之关系二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系中南大学专用作者：潘存云教授从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S(t)V2=V(t)a2=a(t)6）rmino 1AA32 从动件的运动规律从动件的运动规律二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系中南大学专用作者：潘存云教授从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S(t)V2=V(t)a2=a(t)6）rmino 1AA32 从动件的运动规律从动件的运动规律从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S()V2=V()a2=a()6）=S(1)=V(1)=a(1)二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之

10、关系二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系中南大学专用作者：潘存云教授从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S(t)V2=V(t)a2=a(t)6）AS2 (1)rmino 1M1S2AAS2M1MM32 从动件的运动规律从动件的运动规律从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S()V2=V()a2=a()6）=S(1)=V(1)=a(1)二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系中南大学专用作者：潘存云教授从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S(t)V2=V(t)a2=a(t)6）AS2 (1)S2M1MMrmino 1AA32 从动件的运动规律从动

11、件的运动规律从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S()V2=V()a2=a()6）=S(1)=V(1)=a(1)二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系中南大学专用作者：潘存云教授从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S(t)V2=V(t)a2=a(t)6）AS2 (1)从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S()V2=V()a2=a()6）=S(1)=V(1)=a(1)S2M1MMrmino 1AA32 从动件的运动规律从动件的运动规律二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系中南大学专用作者：潘存云教授 rmin

12、o 1从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S(t)V2=V(t)a2=a(t)6）AS2 (1)S2H1HMS2M1M从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S()V2=V()a2=a()6）位移曲位移曲线线=S(1)=V(1)=a(1)AAH32 从动件的运动规律从动件的运动规律凸轮上每一点都能在位移规凸轮上每一点都能在位移规律曲线上找到对应点律曲线上找到对应点二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系二、从动件运动规律、及与凸轮轮廓之关系中南大学专用作者：潘存云教授从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S(t)V2=V(t)a2=a(t)6）AS2 (1)S2H1HMS2M1Mrmino

13、1AAH32 从动件的运动规律从动件的运动规律从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S()V2=V()a2=a()6）=S(1)=V(1)=a(1)位移曲位移曲线线中南大学专用作者：潘存云教授从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S(t)V2=V(t)a2=a(t)6）AS2 (1)S2H1HMS2M1Mrmino 1AAH32 从动件的运动规律从动件的运动规律从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S()V2=V()a2=a()6）=S(1)=V(1)=a(1)位移曲位移曲线线中南大学专用作者：潘存云教授从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S(t)V2=V(t)a2=a(t)6）AS

14、2 (1)S2H1HMS2M1Mrmino 1HS2HAAH位移规律曲线位移规律曲线上每一点都上每一点都能在能在凸轮凸轮上找到对应点。上找到对应点。32 从动件的运动规律从动件的运动规律从动件运动规律：从动件运动规律：S2=S()V2=V()a2=a()6）=S(1)=V(1)=a(1)位移曲位移曲线线中南大学专用作者：潘存云教授三三、常用运动规律：、常用运动规律：1、等等速速运运动动规规律律rmin 1oADBC推程：推程：回程回程：（0 ）（0 ）中南大学专用作者：潘存云教授三三、常用运动规律：、常用运动规律：1、等等速速运运动动规规律律rmin 1oADBChS2Ot（）t（）V

15、2V0（）tAAABBBCCCDDDth11thO1h刚性冲击刚性冲击ta2中南大学专用作者：潘存云教授三三、常用运动规律：、常用运动规律：2、等等加加速速等等减减速速rmin 1oADBCE推程：推程：前半推程：前半推程：（0 ）后半推程：后半推程：（）中南大学专用作者：潘存云教授 rmin 1oADBCEhV2ABCAABCBCDDD-EEEEFFFF1ht14h1tth4h1ha14h12t2th4h12h21-柔柔性性冲冲击击AAA中南大学专用作者：潘存云教授 ht t1 s s23.3.简谐简谐 (余弦加速度余弦加速度)运动规律运动规律ht t1 s s2中南大学专用作者：

16、潘存云教授 1a22h2122t2h2122h1v v2tV Vmaxmax=2 2t thh1 1ht1 s s2123 456thhh柔柔性性冲冲击击中南大学专用作者：潘存云教授 3皮带轮皮带轮5卷带轮卷带轮录音机卷带机构录音机卷带机构1放音键放音键2摩擦轮摩擦轮413245放音键放音键卷带轮卷带轮皮带轮皮带轮摩擦轮摩擦轮录音机卷带机构录音机卷带机构b1b2中南大学专用作者：潘存云教授 OB1定义：正压力与推杆上力作用点定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角速度方向间的夹角 F”F”，若若大到一定程度时，大到一定程度时，会有：会有：机构发生自锁。机构发生自锁。33 凸轮机构凸轮

17、机构的压力角的压力角nnFFF”F-有用分力有用分力,沿导路方向沿导路方向F”-有害分力，垂直于导路有害分力，垂直于导路F”=F tg F Ff FFF Ff为了保证凸轮机构正常工作，要求：为了保证凸轮机构正常工作，要求：maxmax F”F 中南大学专用作者：潘存云教授二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系r rmin min =30=30 -直动从动件；直动从动件；=3545-45-摆动从动件；摆动从动件；=7080-80-回程。回程。若若发现设计结果发现设计结果，可增大可增大rmin Bnnes2O1v2r rminminPC tg=S2+r2min-

18、e2ds2/d1 e中南大学专用作者：潘存云教授 Armino一一.凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理34 图解法图解法设计凸轮轮廓设计凸轮轮廓已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rmin（初选），初选），角速度角速度1及转向及转向，偏，偏距距e，滚子半径滚子半径rT（初选）初选），从动件的运动规律从动件的运动规律 S2（t）等等s2 111s2M1s2MN1 1S2中南大学专用作者：潘存云教授 Armino一一.凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理34 图解法图解法设计凸轮轮廓设计凸轮轮廓s2 111s2M1s2MNN1 1S2 已知凸轮的基圆半径已知

19、凸轮的基圆半径rmin（初选），初选），角速度角速度1及转向及转向，偏，偏距距e，滚子半径滚子半径rT（初选）初选），从动件的运动规律从动件的运动规律 S2（t）等等中南大学专用作者：潘存云教授一一.凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理34 图解法图解法设计凸轮轮廓设计凸轮轮廓反转原理反转原理：s2 111s2M 已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rmin（初选），初选），角速度角速度1及转向及转向，偏，偏距距e，滚子半径滚子半径rT（初选）初选），从动件的运动规律从动件的运动规律 S2（t）等等*给整个机构加上绕凸轮轴心给整个机构加上绕凸轮轴心O的公共角速度的公共角速度

20、-，机构各构件间的相对运动不变。机构各构件间的相对运动不变。中南大学专用作者：潘存云教授 rminoA 1中南大学专用作者：潘存云教授 rminoAA 1中南大学专用作者：潘存云教授 rminoAA 1中南大学专用作者：潘存云教授 rminoAA 1M1s2中南大学专用作者：潘存云教授 rminoA中南大学专用作者：潘存云教授 rminoA-1中南大学专用作者：潘存云教授 rminoA-1中南大学专用作者：潘存云教授 rminoA-1中南大学专用作者：潘存云教授 rminoA-11Ms2中南大学专用作者：潘存云教授一一.凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理

21、34 图解法图解法设计凸轮轮廓设计凸轮轮廓oArmins2 111s2M反转原理反转原理：中南大学专用作者：潘存云教授一一.凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理134 图解法图解法设计凸轮轮廓设计凸轮轮廓s2 111s2MoArmin反转原理反转原理：中南大学专用作者：潘存云教授一一.凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理134 图解法图解法设计凸轮轮廓设计凸轮轮廓s2 111s2aoArminS2a反转原理反转原理：b1 1S2中南大学专用作者：潘存云教授一一.凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理34 图解法图解法设计凸轮轮廓设计凸轮

22、轮廓s2 111s2MoArmina反转原理反转原理：N1 1S21中南大学专用作者：潘存云教授一一.凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理34 图解法图解法设计凸轮轮廓设计凸轮轮廓s2 111s2MoArmina反转原理反转原理：N1 1S2b1s2中南大学专用作者：潘存云教授 rmint偏距偏距=eA1oe偏置直动从动杆盘偏置直动从动杆盘形凸轮机构形凸轮机构B（1，S2）B中南大学专用作者：潘存云教授 rminA1e偏距偏距=e偏置直动从动杆盘偏置直动从动杆盘形凸轮机构形凸轮机构oB（1，S2）tB中南大学专用作者：潘存云教授 rminA1e偏距偏距=e偏置直动从动

23、杆盘偏置直动从动杆盘形凸轮机构形凸轮机构oB（1，S2）tB中南大学专用作者：潘存云教授 rminA1e偏距偏距=e偏置直动从动杆盘偏置直动从动杆盘形凸轮机构形凸轮机构oB（1，S2）tB中南大学专用作者：潘存云教授 rminA1e偏距偏距=e偏置直动从动杆盘偏置直动从动杆盘形凸轮机构形凸轮机构oB（1，S2）tB中南大学专用作者：潘存云教授 trmineA1tAS2B偏距偏距=e偏置直动从动杆盘偏置直动从动杆盘形凸轮机构形凸轮机构B（1，S2）o1中南大学专用作者：潘存云教授 rminet偏距偏距=eA1s2 111s2BoB（1，S2）中南大学专用作者：潘存云教授 rminet偏

24、距偏距=eA1t1s2 111s2MAo中南大学专用作者：潘存云教授 rminet偏距偏距=eA1tMA1s2Ls2 111s2Mo二、凸轮轮廓绘制举例：二、凸轮轮廓绘制举例：中南大学专用作者：潘存云教授 O O1 3 5 7 8eA A偏置直动尖顶偏置直动尖顶从动件从动件凸轮机构中，凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rmin，角速度角速度1和从动件的运动规律和偏心距和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。1.1.偏置直动尖顶偏置直动尖顶从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮13578-1112345678 601209090s2 112012345678

25、 6090滚中南大学专用作者：潘存云教授 O O1 3 5 7 8eA A偏置直动尖顶偏置直动尖顶从动件从动件凸轮机构中，已知凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径rmin，角速度角速度1和从动和从动件的运动规律和偏心距件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮设计该凸轮轮廓曲线。廓曲线。13578-11 601209090s2 1理论轮理论轮廓曲线廓曲线2.2.对心直动滚子从动件盘形凸轮对心直动滚子从动件盘形凸轮设滚子半径设滚子半径rT滚中南大学专用作者：潘存云教授（1）、对内凹部分）、对内凹部分 0=+rT（2）、对外凸部分）、对外凸部分=rT（a）、当）、当rT 时时=rT 0（b）

26、、当）、当=rT 时时=rT=0（c）、当）、当rT 时时=rT 0min rT 0理论理论实际实际OrTO1rTAABB*滚子半径的确定滚子半径的确定B62中南大学专用作者：潘存云教授 O O1 3 5 7 8eA A偏置直动尖顶偏置直动尖顶从动件从动件凸轮机构中，凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rmin，角速度角速度1和从动件的运动规律和偏心距和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。13578-1112345678 601209090s2 112012345678滚3.3.对心直动平底对心直动平底从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮中南大学专用作者

27、：潘存云教授 O O1 3 5 7 8eA A偏置直动尖顶偏置直动尖顶从动件从动件凸轮机构中，凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rmin，角速度角速度1和从动件的运动规律和偏心距和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。13578-1112345678 601209090s2 1120滚3.3.对心直动平底对心直动平底从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮中南大学专用作者：潘存云教授 Or0r0对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。中南大学专用作者：潘存云教授*平底推杆平底尺寸的确定平底推杆平底尺寸的确定LPv中南大学专用作者：潘存云教授 rT arT rT arT 轮廓正常轮廓正常外凸外凸rTab56中南大学专用作者：潘存云教授三、关于基圆半径的初定三、关于基圆半径的初定（1）、从凸轮实际廓加工和机构的传力性能方面考虑。）、从凸轮实际廓加工和机构的传力性能方面考虑。rmin 越大越好越大越好（2）、从机构尺寸方面考虑）、从机构尺寸方面考虑rmin 越小越好越小越好中南大学专用作者：潘存云教授

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