机械原理学凸轮机构及设计概述.pptx

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1、6凸轮(tln)机构及其设计6.2 6.2 凸轮机构 凸轮机构(jgu)(jgu)的分类及封闭形式 的分类及封闭形式6.4 6.4 盘形凸轮 盘形凸轮(tln)(tln)轮廓线的作图法设计 轮廓线的作图法设计6.7 6.7凸轮机构的应用 凸轮机构的应用6.1 6.1 概述 概述6.3 6.3 从动件常用的运动规律 从动件常用的运动规律6.5 6.5 盘形凸轮轮轮廓线的解析法设计 盘形凸轮轮轮廓线的解析法设计6.6 6.6 凸轮机构基本尺寸的确定 凸轮机构基本尺寸的确定第一页，共73 页。介绍凸轮机构的特点、应用和分类；简述凸轮机构从动件常用的运动规律与选择知识；论述在选定运动规律时进行凸轮轮廓

2、曲线(qxin)设计的作图法和解析法；了解凸轮及滚子结构设计、凸轮机构工作能力验算方法。凸轮机构是一种由凸轮、从动件和机架所组成(z chn)的传动机构。6.16.1概概 述述提要提要Chapter 6 Cam Mechanisms and Design6凸轮机构(jgu)及其设计第二页，共73 页。6.2凸轮机构的分类及封闭(fngb)形式 凸轮机构的类型很多，根据从动件的运动形式，可分为直动和摆动两类。根据凸轮形状、从动件形状、封闭形式的不同，凸轮机构有如下类型。第一，直动从动件凸轮机构，如图6.1中的(a)(e)、(i)、(j)所示。第二(d r)，摆动从动件凸轮机构，如图6.1中的(f

3、)(h)所示。第三，从动件与凸轮以力封闭的凸轮机构，如图6.1(c)所示。第四，从动件与凸轮以几何封闭的凸轮机构，如图6.1(i)、(j)所示。第三页，共73 页。平面 平面(pngmin)(pngmin)凸轮机构的基本类型如下图所 凸轮机构的基本类型如下图所示。示。(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)图6.1凸轮机构(jgu)的类型第四页，共73 页。2eV21r01AB3 CV2(a)平面图(1)偏置(pin zh)直动尖底从动件盘形凸轮机构(b)三维图11V223图6.1(a)偏置(pin zh)直动尖底从动件盘形凸轮机构二维动画第五页，共73 页。2eV21r0

4、1AB3 C(1)偏置(pin zh)直动尖底从动件盘形凸轮机构图6.1(a)偏置(pin zh)直动尖底从动件盘形凸轮机构三维动画(sn wi dn hu)(a)平面图第六页，共73 页。e2 V2C3D1r01AB(a)平面图(2)(2)偏置直动滚子 偏置直动滚子(n z)(n z)从动件盘形凸轮机构 从动件盘形凸轮机构(b)三维图11V223e2 V2图61(b)偏置(pin zh)直动滚子从动件盘形凸轮机构二维动画第七页，共73 页。(a)平面图e2 V2C3D1r01AB(2)(2)偏置 偏置(pin zh)(pin zh)直动滚子从动件盘形凸轮机 直动滚子从动件盘形凸轮机构 构图6

5、.1(b)偏置直动滚子从动件盘形凸轮(tln)机构三维动画(sn wi dn hu)第八页，共73 页。(3)(3)偏置直动平底从动件盘形凸轮 偏置直动平底从动件盘形凸轮(tln)(tln)机 机构 构32eBC1r01Ae(b)三维图11V223图6.1(c)偏置(pin zh)直动平底从动件盘形凸轮机构二维动画(a)平面图第九页，共73 页。(3)(3)偏置 偏置(pin zh)(pin zh)直动平底从动件盘形凸轮机 直动平底从动件盘形凸轮机构 构(a)平面图32eBC1r01A图6.1(c)偏置(pin zh)直动平底从动件盘形凸轮机构三维动画(sn wi dn hu)第十页，共73

6、页。(4)(4)摆动 摆动(bidng)(bidng)尖底从动件盘形凸轮 尖底从动件盘形凸轮机构 机构11ABr0223CD(a)平面图12211322(b)三维图图6.1(f)摆动尖底从动件盘形凸轮(tln)机构第十一页，共73 页。11ABr0223CD(a)平面图(4)(4)摆动尖底从动件盘形凸轮 摆动尖底从动件盘形凸轮(tln)(tln)机构 机构图6.1(f)摆动(bidng)尖底从动件盘形凸轮机构三维动画(sn wi dn hu)第十二页，共73 页。(b)三维图11322(5)摆动(bidng)滚子从动件盘形凸轮机构(a)平面图223CD11ABr0223CD11ABr0图6.1

7、(g)摆动滚子从动件盘形凸轮(tln)机构第十三页，共73 页。(5)(5)摆动 摆动(bidng)(bidng)滚子从动件盘形 滚子从动件盘形凸轮机构 凸轮机构(a)平面图223CD11ABr0图6.1(g)摆动滚子从动件盘形凸轮(tln)机构三维动画(sn wi dn hu)第十四页，共73 页。11Ar0223C(a)平面图D(6)(6)摆动平底从动件盘形凸轮 摆动平底从动件盘形凸轮(tln)(tln)机构 机构11322(b)三维图11Ar023CD图6.1(h)摆动平底从动件盘形凸轮(tln)机构第十五页，共73 页。11Ar0223C(a)平面图D(6)(6)摆动 摆动(bidng

8、)(bidng)平底从动件盘形凸 平底从动件盘形凸轮机构 轮机构图6.1(h)摆动(bidng)平底从动件盘形凸轮机构三维动画(sn wi dn hu)第十六页，共73 页。(7)(7)盘形沟槽凸轮 盘形沟槽凸轮(tln)(tln)机 机构 构11O123V2(a)平面图图6.1(i)盘形沟槽(u co)凸轮机构三维动画(sn wi dn hu)第十七页，共73 页。V11V223(8)(8)移动 移动(ydng)(ydng)凸轮机 凸轮机构 构V11V223图6.1(e)移动(ydng)凸轮机构三维动画(sn wi dn hu)(a)平面图第十八页，共73 页。(9)(9)力封闭凸轮 力封闭

9、凸轮(tln)(tln)机 机构 构23V31 1O1r0451 1O1r0图6.1(c)力封闭(fngb)移动凸轮机构(a)平面图(b)三维图 第十九页，共73 页。(10)(10)等宽凸轮 等宽凸轮(tln)(tln)机构 机构32V21O11V211O132(a)(b)图6.1(j)等宽凸轮(tln)机构第二十页，共73 页。(11)(11)共轭凸轮 共轭凸轮(tln)(tln)机构 机构1O1123(b)(a)图6.1(k)共轭凸轮(tln)机构第二十一页，共73 页。r0001002ADCB1BOtS6.3 6.3 从动件常用的运动从动件常用的运动(yndng)(yndng)规律规律

10、 图6.2对心直动尖顶从动件盘形凸轮(tln)机构r0001002ADCB1BOtS000102h凸轮 凸轮(tln)(tln)机构的名词 机构的名词术语 术语 0称为推程运动角。01称为远休止角。0称为回程运动角。02称为近休止角。第二十二页，共73 页。(1)(1)多项式运动规律 多项式运动规律(gul)(gul)的一般表达式为 的一般表达式为推程或回程时从动件的位移 S(或角位移)、速度V(或角速度2)、加速度a(或角加速度2)随时间(shjin)t的变化规律。因凸轮一般为匀速转动，凸轮转角与时间(shjin)t成正比，所以也可表示为S=S()(位移规律)、V=V()(速度规律)和a=a

11、()(加速度规律)。下面介绍多项式运动规律、三角函数运动规律的函数形式以及 下面介绍多项式运动规律、三角函数运动规律的函数形式以及(yj)(yj)传动特征。传动特征。(2)余弦加速度运动规律为(3)正弦加速度运动规律为 第二十三页，共73 页。凸轮(tln)以等角速度转动，推程角为0，行程为h，式(6-1)只保留一次项并求一、二阶导数得 S S=C0 0+C1 1 V=d=dS/d/dt=C1 1(6.2)(6.2)a=d=dV/d/dt 边界条件为 边界条件为推程始点处 推程始点处=0=0、S=0 S=0；推程终点 推程终点(zhngdin)(zhngdin)处 处=0=0、S=h S=h。

12、代入式(6.2)得C0=0,C1=h/0。同理可以推出回程的运动(yndng)方程式。S、V及a图如下图所示。6.3.1 6.3.1一次多项式规律 一次多项式规律第二十四页，共73 页。推程：S=h/0回程(huchng)：S=h(1/0)V=h/0V=h/0a=0a=0h/08+OOOSaV0h0h/08+8图6.3一次多项式运动(yndng)曲线第二十五页，共73 页。6.3.2 6.3.2二次多项式运动 二次多项式运动(yndng)(yndng)规 规律 律 S S=C C0 0+C C1 1+C C2 2 2 2 V V=d=dS S/d/dt t=C C1 1+2+2C C2 2(6

13、.3)(6.3)a a=d=dV V/d/dt t=2=2 C C2 2 2 2 推程等加速度段的边界条件为 推程等加速度段的边界条件为 推程始点处 推程始点处=0=0、S=0 S=0、V=0 V=0；推程中点 推程中点(zhn din)(zhn din)处 处=0/2=0/2、S=h/2 S=h/2。将其代入式 将其代入式(6.3)(6.3)得 得C C0 0、C C1 1、C C2 2 C C0 0=0=0、C C1 1=0=0、C C2 2=2=2h h/2 20 0二次多项式运动 二次多项式运动(yndng)(yndng)规律 规律的通式为 的通式为推程等 推程等减 减速度段的边界条件

14、为 速度段的边界条件为 始点处 始点处=0 0/2/2、S S=h h/2/2；终点处 终点处=0 0、S S=h h、V V=0=0。将其代入式 将其代入式(6.3)(6.3)得 得C C0 0、C C1 1、C C2 2 C C0 0=h h、C C1 1=4=4h h/0 0、C C2 2=2 2h h/2 20 0 于是得二次多项式运动规律为 于是得二次多项式运动规律为第二十六页，共73 页。S S=2=2h h2 2 2 20 0S S=h h(1(1 2 2 2 2/2 2 0 0)V V=4=4h h/2 20 0V V=4 4 h h/2 20 0a a=4=4h h 2 2/

15、2 20 0，0 0 2 2，0 0 2 2S S=h h 1 1 2(2(0 0)2 2/2 20 0 0 0/2,/2,0 0 S=2 S=2 h h(0 0)2 2/2 20 0 0 0/2,/2,0 0，0 0 2 2，0 0 2 2V V=4=4h h(0 0)/)/2 20 0V V=4 4h h(0 0)/)/2 20 0a a=-4=-4h h 2 2/2 20 0a a=-4=-4h h 2 2/2 20 0a a=4=4h h 2 2/2 20 0推程 回程(huchng)第二十七页，共73 页。图 图6.4 6.4二次多项式运动 二次多项式运动(yndng)(yndng)

16、曲线 曲线h0/20/20/20/20/20/20/20/20/20/20/20/200aOSOOV第二十八页，共73 页。6.3.3 6.3.3五次多项式运动 五次多项式运动(yndng)(yndng)规律 规律S=C0+C1+C22+C33+C44+C55V=dS/dt=C1+2 C2+3 C32+4 C43+5 C54(6.7)a=dV/dt=2 C22+6 C32+12 C422+20 C523 五次多项式运动规律 五次多项式运动规律(gul)(gul)的通式 的通式为 为始点处 始点处=0=0、S=0 S=0、V=0 V=0、a=0 a=0。终点处 终点处=0=0、S=h S=h、V

17、=0 V=0、a=0 a=0。代入式 代入式(6.7)(6.7)得 得C0=C1=C2=0,C3=10h/30 C0=C1=C2=0,C3=10h/30，C4=C4=15h/40 15h/40，C5=6h C5=6h/50/50，为此得到推程运动，为此得到推程运动(yndng)(yndng)方程式。同理推得回程运动 方程式。同理推得回程运动(yndng)(yndng)方 方程式以及运动 程式以及运动(yndng)(yndng)规律。规律。推程时其边界条件为 推程时其边界条件为第二十九页，共73 页。第三十页，共73 页。h图 图6.5 6.5 五次多项式运动 五次多项式运动(yndng)(yn

18、dng)曲线 曲线O0SOOaV0/2第三十一页，共73 页。6.3.4 6.3.4余弦加速度运动 余弦加速度运动(yndng)(yndng)规律 规律(简谐运动 简谐运动(yndng)(yndng)规律 规律)hOSOOaV0/20图 图6.6 6.6余弦加速度规律运动 余弦加速度规律运动(yndng)(yndng)曲线 曲线第三十二页，共73 页。6.3.5 6.3.5 正弦 正弦(zhngxin)(zhngxin)加速度运动规律 加速度运动规律(摆线运动 摆线运动规律 规律)第三十三页，共73 页。图 图6.7 6.7正弦 正弦(zhngxin)(zhngxin)加速度运动 加速度运动

19、曲线 曲线hOSOOaV0/20第三十四页，共73 页。16.4盘形凸轮(tln)轮廓曲线的作图法设计 图 图6.4F01 6.4F01 凸轮轮廓线设计 凸轮轮廓线设计(shj)(shj)的 的“反转 反转法 法”-13302211O基本原理 基本原理第三十五页，共73 页。OS001002510 1520h图 图6.4F02 6.4F02对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线 对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线(qxin)(qxin)设计 设计(a)(a)从动件的运动规律 从动件的运动规律(gul)(gul)曲线 曲线6.4.1 6.4.1对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓 对心直动尖底从动件盘形凸

20、轮轮廓(lnku)(lnku)曲线的设计 曲线的设计 已知从动件的运动规律曲线，如图 已知从动件的运动规律曲线，如图6.4F02 6.4F02所示。所示。第三十六页，共73 页。-6.4.1 6.4.1对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓 对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓(lnku)(lnku)曲线的设计 曲线的设计 2345671089D1715161412201918111310r0OCAB(b)作图过程(guchng)图 图6.8 6.8对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线 对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线(qxin)(qxin)设计 设计第三十七页，共73 页。1117151614131220

21、1918DC图 图6.8 6.8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(tln)(tln)轮廓线设计 轮廓线设计12345671089AB-r0O6.4.2对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓(lnku)曲线的设计 第三十八页，共73 页。图 图6.9 6.9偏置直动尖底从动件盘形凸轮 偏置直动尖底从动件盘形凸轮(tln)(tln)轮廓曲线设计 轮廓曲线设计-2345987610e016.4.3 6.4.3偏置尖底直动从动件盘形凸轮 偏置尖底直动从动件盘形凸轮(tln)(tln)轮廓曲线的设计 轮廓曲线的设计 第三十九页，共73 页。6.4.4 6.4.4偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮

22、廓曲线 偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线(qxin)(qxin)的 的设计 设计 图 图6.10 6.10偏置滚子直动从动件盘形凸轮 偏置滚子直动从动件盘形凸轮(tln)(tln)轮廓曲线设 轮廓曲线设计 计-eO第四十页，共73 页。图 图6.11 6.11对心直动平底从动件盘形凸轮 对心直动平底从动件盘形凸轮(tln)(tln)轮廓线设 轮廓线设计 计2461080A1357911171516141312201918-r0O第四十一页，共73 页。6.56.5盘形凸轮盘形凸轮(tln)(tln)轮廓曲线的解析法轮廓曲线的解析法设计设计图 图6.12 6.12对心直动平底从动件盘形凸轮 对

23、心直动平底从动件盘形凸轮(tln)(tln)轮廓线设计 轮廓线设计xyB0VCBdS/dPS0S-Or06.5.1平底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的解析(ji x)法设计 第四十二页，共73 页。凸轮实际廓线方程 凸轮实际廓线方程(fngchng)(B(fngchng)(B点 点坐标方程 坐标方程(fngchng)(fngchng)为 为图 图6.12 6.12对心直动平底从动件盘形凸轮 对心直动平底从动件盘形凸轮(tln)(tln)轮廓线设 轮廓线设计 计xyB0VCBdS/dPS0S-Or0第四十三页，共73 页。偏置直动滚子从动件盘形凸轮 偏置直动滚子从动件盘形凸轮(tln)(tln)机构

24、如图 机构如图6.13 6.13所 所示。示。图 图6.13 6.13偏置直动滚子 偏置直动滚子(n z)(n z)从动件盘形凸轮轮廓线设计 从动件盘形凸轮轮廓线设计SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge 16.5.2 6.5.2滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线 滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线(qxin)(qxin)的解析法 的解析法设计 设计第四十四页，共73 页。图 图6.13 6.13偏置直动滚子从动件盘形凸轮 偏置直动滚子从动件盘形凸轮(tln)(tln)轮廓线设计 轮廓线设计 图6.13 所示为一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构。在图示的坐标系xOy 中，取从动件尖底运动的起始点为B

25、0，按反转(fn zhun)法，当凸轮转过 角时，从动件位移为S，则滚子中心B 点的坐标，也即凸轮的理论廓线方程为SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge 1第四十五页，共73 页。图 图6.13 6.13偏置直动滚子 偏置直动滚子(n z)(n z)从动件盘形凸轮轮廓线设计 从动件盘形凸轮轮廓线设计滚子中心 滚子中心(zhngxn)B(zhngxn)B点 点的坐标为 的坐标为SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge 1第四十六页，共73 页。式中e 为偏距，S0=(r20-e2)0.5。当凸轮逆时针方向转动，从动件处于凸轮 转动中心右侧时，e 取正值，反之(fnzh)为负；当凸轮顺时针方

26、向转动，从动件位于凸轮转动中心右侧时，e 为负，反之(fnzh)为正。图 图6.13 6.13偏置直动滚子从动件盘形凸轮 偏置直动滚子从动件盘形凸轮(tln)(tln)轮廓线设 轮廓线设计 计SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge 1第四十七页，共73 页。图 图6.13 6.13偏置直动滚子 偏置直动滚子(n z)(n z)从动件盘形凸轮轮廓线 从动件盘形凸轮轮廓线设计 设计滚子从动件凸轮的实际廓线是与理论廓线距离为 rg(滚子半径)的等距曲线，如图6.13所示。过B点作理论廓线的法线(f xin)nn，向内取 rg 距离、得 B(x，y)点，B点即为外凸轮上的一点。B点的坐标方程即为实

27、际廓线的方程。SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge 1第四十八页，共73 页。理论廓线B点处的法线nn的斜率等于该点切线(qixin)斜率的负倒数，即 由式 由式(6.13)(6.13)得 得第四十九页，共73 页。式中 式中“”号用于内等距曲线 号用于内等距曲线(qxin)(qxin)(外凸轮 外凸轮)，“”用于外等距 用于外等距曲线 曲线(qxin)(qxin)(内凸轮 内凸轮)。式中。式中 cos cos、sin sin的表达式同前。的表达式同前。实际 实际(shj)(shj)廓线上对应点 廓线上对应点B(x,y)B(x,y)的坐标为 的坐标为图 图6.13 6.13 偏置直动滚子

28、 偏置直动滚子(n z)(n z)从动件盘形凸轮轮廓线设 从动件盘形凸轮轮廓线设计 计SBS0nBnS0 xy-r0OB0rge 1第五十页，共73 页。6.5.3 6.5.3 摆动滚子从动件盘形凸轮 摆动滚子从动件盘形凸轮(tln)(tln)机构 机构如图 6.5F01 所示，取坐标系 x O y，0 为起始(q sh)角，从动件滚子中心 B0 为起始(q sh)点；OA0 反转角后，从动件由 0 向外摆动角，其滚子中心为 B 点；a 为凸轮转动中心 O 到从动件固定转动中心 A 的距离；l 为从动件的长度。凸轮的理论廓线方程为图 图6.5F01 6.5F01摆动滚子 摆动滚子(n z)(n

29、 z)从动件 从动件盘形凸轮轮廓线方程 盘形凸轮轮廓线方程yOa0lA0B00lxr0AB-第五十一页，共73 页。图 图6.5F01 6.5F01摆动 摆动(bidng)(bidng)滚子从动件盘形凸轮轮廓线方程 滚子从动件盘形凸轮轮廓线方程凸轮 凸轮(tln)(tln)实际廓线方程式同式 实际廓线方程式同式(6.16)(6.16)。yOa0lA0B00lxr0AB-第五十二页，共73 页。6.6凸轮机构基本(jbn)尺寸的确定Ger0S0SL21L1 rgAPOr0C1234nnBF12F43DDEF43Exy3434图6.14偏置直动滚子从动件盘形凸轮(tln)机构的受力分析凸轮机构的基

30、本尺寸包括理论基圆半径r0、滚子半径rg、从动件的安装结构尺寸L1和L2、正负偏置(pin zh)距e和压力角，如图6.14所示。00.10.20.30.40.50.60.70.80 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110120图6.15偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的机械效率第五十三页，共73 页。6.6.1 6.6.1凸轮 凸轮(tln)(tln)机构中的作用力与许用压力角 机构中的作用力与许用压力角在图6.14中，凸轮(tln)1给滚子2的驱动力为F12，滚子2给推杆3的作用力F23F12，机架4在D、E两点给推杆3的作用力分别为F43D、F43E，推杆3上

31、总阻力为G，推杆3上的惯性力不计。由推杆3的力平衡条件Fx，Fy和MA得第五十四页，共73 页。化简后得作用力 化简后得作用力F23 F23 与总阻力 与总阻力(zl)G(zl)G 的关系为 的关系为 若当量摩擦角340，则得理想(lxing)状态下的作用力F230G/cos。此时机械效率为为了(wi le)提高机械效率，规定凸轮机构的最大压力角max小于许用压力角。在推程阶段，当推杆作移动时，30；当推杆作摆动时，3545。在回程阶段，7080。第五十五页，共73 页。6.6.2 6.6.2凸轮 凸轮(tln)(tln)基圆半径的确 基圆半径的确定 定Ger0S0SL21L1 rgAPOr0

32、C1234nnBF12F43DDEF43Exy3434图6.14偏置直动滚子(n z)从动件盘形凸轮机构的受力分析在图6.14中，由直角 ACP得关于(guny)压力角的函数式为 第五十六页，共73 页。图 图6.15 6.15偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构 偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构(jgu)(jgu)的机械 的机械效率 效率在图6.14所示的偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中，设理论基圆半径r00.100m、滚子半径rg0.030m、从动件的直径d0.025m、从动件的安装结构尺寸L10.300m和L20.060m、正偏置距e0.020m，0.098m，移动副中的摩擦3410。假设从动件

33、2的运动规律为正弦加速度，h0.150m，01202/3，。由此得00时，偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的机械效率如图6.15所示。00.10.20.30.40.50.60.70.80 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110120第五十七页，共73 页。对于图 对于图6.12 6.12所示的直动平底从动件盘形凸轮机构，由于压力角 所示的直动平底从动件盘形凸轮机构，由于压力角 始终等于零，所以 始终等于零，所以凸轮基圆半径 凸轮基圆半径r0 r0的选择 的选择(xunz)(xunz)主要影响凸轮轮廓的存在性，如图 主要影响凸轮轮廓的存在性，如图6.16 6.16所示

34、。所示。112323OB1B2B3B1B2B31B0B0001设从动件的运动规律已经确定，若凸轮的基圆半径选为r0OB0，当从动件的平底位于B0、B1、B2、B3、时，不存在一条光滑(gung hu)的曲线与每一个平底相切，即凸轮的轮廓不存在；若凸轮的基圆半径选为r01OB0，当从动件的平底位于B0、B1、B2、B3、时，存在一条光滑(gung hu)的曲线与每一个平底相切，该光滑(gung hu)的曲线即为凸轮的轮廓。图6.16直动平底从动件盘形凸轮机构凸轮基圆半径(bnjng)与轮廓的存在性 第五十八页，共73 页。6.6.3 6.6.3滚子半径 滚子半径(bnjng)(bnjng)的确定

35、 的确定图 图6.17 6.17滚子半径 滚子半径rg rg对凸轮实际轮廓 对凸轮实际轮廓(lnku)(lnku)的影响 的影响minrg rg min rg=minmin rgminrrmin(a)(b)(c)第五十九页，共73 页。6.6.4 6.6.4平底最小长度 平底最小长度(chngd)(chngd)的确 的确定 定 图 图6.12 6.12对心直动平底从动件盘形凸轮 对心直动平底从动件盘形凸轮(tln)(tln)机构 机构xyB0VCBdS/dPS0S-Or0-xVCBdS/dPS0S第六十页，共73 页。6.76.7凸轮机构凸轮机构(jgu)(jgu)的应用的应用 1234图6.

36、18是发动机图2.7(a)中的凸轮配气机构，当凸轮转动时，移动从动件2作间歇的上下运动(yndng)，从而实现气门的开与闭。图6.18汽车(qch)发动机的配气机构(1)汽车发动机的配气机构第六十一页，共73 页。(2)(2)家用 家用(jiyng)(jiyng)缝纫机的送布机构 缝纫机的送布机构图6.19家用(jiyng)缝纫机的送布机构CAEG1B1DF24567893P送布返回下降 抬高送料齿板布料板P点的运动轨迹针距座H第六十二页，共73 页。(3)(3)曲柄 曲柄(qbng)(qbng)滑块与凸轮组合的块状物料推 滑块与凸轮组合的块状物料推送机构 送机构 hAB112147ab1K3

37、K2K1K4K56KB2b2358C1C2DE图6.20曲柄滑块与凸轮(tln)组合的块状物料推送机构第六十三页，共73 页。6.86.8凸轮凸轮(tln)(tln)副的接触应力副的接触应力 接触长度 接触长度(chngd)(chngd)为 为 L L 的两个圆柱体，如图 的两个圆柱体，如图6.8F01(a)6.8F01(a)所示，在法向力 所示，在法向力Fn(N)Fn(N)作用 作用下，其接触表面产生局部弹性变形，变形区中的接触应力分布是不均匀的，在理论接 下，其接触表面产生局部弹性变形，变形区中的接触应力分布是不均匀的，在理论接触线上接触应力达到最大值，如图 触线上接触应力达到最大值，如图

38、6.8F01(b)6.8F01(b)所示。所示。图 图6.8F01 6.8F01两圆柱体的接触应力 两圆柱体的接触应力(a)(b)第六十四页，共73 页。图 图6.8F02 6.8F02两圆柱体的接触应力 两圆柱体的接触应力 21FbnO1O2LHH21Fbn2HL(c)(d)第六十五页，共73 页。H H=Z ZE E F Fn n/(/(L L)1/2 1/2 N/mm N/mm2 2(6.8F01)(6.8F01)Z ZE E=1/(1-=1/(1-2 21 1)/)/E E1 1+(1-+(1-2 22 2)/)/E E2 2 1/2 1/2 N/mm N/mm2 2 1/2 1/2式

39、中 式中 E1 E1、E2 E2 为凸轮和从动件的弹性模量 为凸轮和从动件的弹性模量(tn xn m lin)(N/mm2)(tn xn m lin)(N/mm2)，1 1、2 2为凸轮和从动件材料的波松比。为凸轮和从动件材料的波松比。式(6.8F01)中的 1/为综合曲率，1/=1/1 1/2，1、2分别(fnbi)为两圆柱体的半径，“”号用于外接触，“”号用于内接触。式中 式中 ZE ZE 称为 称为(chn wi)(chn wi)弹性系数，其计算式为 弹性系数，其计算式为根据弹性力学的赫兹公式 根据弹性力学的赫兹公式46 46，最大接触应力 最大接触应力 H H 为 为第六十六页，共73

40、 页。凸轮 凸轮(tln)(tln)副的许用接触应力 副的许用接触应力 凸轮(tln)副的许用接触应力按下式计算表 表6.8F01 6.8F01 接触 接触(jich)(jich)疲劳强度极限 疲劳强度极限0H 0H材料类别 材料类别 热 热 处 处 理 理 工作表面硬度 工作表面硬度 0H 0H/Nmm/Nmm-2-2碳素钢 碳素钢合金钢 合金钢正火、调质 正火、调质 HBS350 HBS350 2HBS+70 2HBS+70整体淬火 整体淬火 HRC38 HRC38 50 50 18HRC+150 18HRC+150表面淬火 表面淬火 HRC40 HRC40 50 50 17HRC+200

41、 17HRC+200渗碳淬火 渗碳淬火 HRC55 HRC55 65 65 23HRC 23HRC氮 氮 化 化 HV550 HV550 750 750 1050 1050铸 铸 铁 铁 HBS170 HBS170 240 240 2HBS 2HBS H H=0 0H H/S SH H Z ZN N Z ZR R N/mm N/mm2 2(6.8F02)(6.8F02)第六十七页，共73 页。凸轮 凸轮(tln)(tln)机构的结构 机构的结构设计 设计(1)(1)滚子 滚子(n z)(n z)的结构设计 的结构设计 图6.8F03滚子的结构(jigu)型式(b)(a)滚子的结构可以取多种型式

42、，下面是常见的几种型式。滚子的结构可以取多种型式，下面是常见的几种型式。第六十八页，共73 页。图 图6.8F04 6.8F04滚子的结构 滚子的结构(jigu)(jigu)型式 型式(d)(c)第六十九页，共73 页。6.9 6.9 圆柱凸轮圆柱凸轮(tln)(tln)机构机构 直动从动件圆柱凸轮 直动从动件圆柱凸轮(tln)(tln)机构 机构 图6.8F05 滚子(n z)直动从动件圆柱凸轮机构V2r0Rb圆柱凸轮机构可以实现从动件 圆柱凸轮机构可以实现从动件作移动与摆动的空间运动变换。其 作移动与摆动的空间运动变换。其设计方法与平面凸轮机构的相似。设计方法与平面凸轮机构的相似。第七十页

43、，共73 页。6.10 高速凸轮(tln)机构简介 图6.8F07凸轮机构(jgu)的动力学模型32V21图6.8F06凸轮(tln)机构的三维模型ksMexCxkfVFrc第七十一页，共73 页。图 图6.8F08 6.8F08所示模型的运动 所示模型的运动(yndng)(yndng)微分方 微分方程为 程为图中Fr为工作阻力；Me 为从动件的等效质量；ks为弹簧的刚度；Fs为弹簧的初始压力;kf 为从动件的纵向刚度；c为从动件运动的阻尼系数。x为从动件运动的实际输出(shch)运动规律；xc为从动件运动的理论输出(shch)运动规律。ksMexCxkfVFrc图6.8F08凸轮(tln)机构的动力学模型第七十二页，共73 页。运动 运动(yndng)(yndng)微分方程 微分方程 进一步化简为 进一步化简为其中(qzhng)当c=0,Fr=0时，该凸轮机构处于无阻尼自由振动(zhndng)状态。称为该凸轮机构的一阶固有频率。xtO理论位移曲线实际位移曲线图6.8F09 6.8F09 运动规律的曲线表示该凸轮机构的工作端动态响应解为 该凸轮机构的工作端动态响应解为第七十三页，共73 页。