清华大学机械设计基础凸轮机构优秀PPT.ppt

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1、机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构第第3 3章章 凸轮机构凸轮机构凸轮机构的组成与类型凸轮机构的组成与类型从动件运动规律设计从动件运动规律设计凸轮轮廓的设计凸轮轮廓的设计凸轮机构基本尺寸的确凸轮机构基本尺寸的确定定凸轮机构的计算机辅助凸轮机构的计算机辅助设计设计机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构3.1 3.1 凸轮机构的组成与类型凸轮机构的组成与类型3.1.1 3.1.1 凸轮机构的组成凸轮机构的组成1 1 凸轮凸轮2 2 从动件从动件3 3 机架机架高副机构机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构3.1.2 3.1.2 凸轮机构的类型凸轮机构的类型1.1.按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类盘形凸轮：最基本

2、的形式，结构简单，应用最为广泛盘形凸轮：最基本的形式，结构简单，应用最为广泛移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动圆柱凸轮：空间凸轮机构圆柱凸轮：空间凸轮机构盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构2.2.按从动件的形状分类按从动件的形状分类尖端从动件曲面从动件尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。磨损比尖端从动件小。机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构 滚子从动件 平底从动件凸凸轮轮与与从从动动件件之之间间为为滚滚动动摩摩擦擦，因因此此摩摩擦擦磨磨损损较较小小，可用于传递较大的动力。可

3、用于传递较大的动力。从从动动件件与与凸凸轮轮之之间间易易形形成成油油膜膜，润润滑滑状状况况好好，受受力力平平稳稳，传传动动效效率率高高，常常用用于于高高速速场场合合。但但与与之之相相配配合合的的凸凸轮轮轮轮廓廓须须全部外凸。全部外凸。机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构3.3.按从动件的运动形式分类按从动件的运动形式分类移动从动件移动从动件 摆动从动件摆动从动件移动从动件：从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线；摆动从动件：从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构4.4.按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类(1)(1)力锁合力锁合

4、弹簧力、从动件重力或其它外力弹簧力、从动件重力或其它外力(2)(2)型锁合型锁合利用高副元素本身的几何形状利用高副元素本身的几何形状机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构槽凸轮机构槽凸轮机构 槽两侧面的距离槽两侧面的距离等于滚子直径。等于滚子直径。优点：锁和方式结构简单优点：锁和方式结构简单缺陷：加大了凸轮的尺寸和重量缺陷：加大了凸轮的尺寸和重量机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构等宽凸轮机构等宽凸轮机构 凸轮廓线上任凸轮廓线上任意两条平行切线间意两条平行切线间的距离都等于框架的距离都等于框架内侧的宽度。内侧的宽度。缺陷：从动件的运动规律的选择受到一定的限制，当180范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确

5、定后，其余180内的凸轮廓线必须符合等宽原则机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构等径凸轮机构等径凸轮机构 两滚子中心间两滚子中心间的距离始终保持不的距离始终保持不变。变。缺陷：缺陷：从动件运动规律的选择受到一定的从动件运动规律的选择受到一定的限制限制机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构主回凸轮机构主回凸轮机构(共轭凸轮机构共轭凸轮机构)优点：克服了等宽、等径凸轮的缺点缺陷：结构复杂，制造精度要求高 一一个个凸凸轮轮推推动动从从动动件件完完成成正正行行程程运运动动，另另一一个个凸凸轮轮推推动动从从动动件完成反行程的运动件完成反行程的运动机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构5.5.反凸轮机构反凸轮机构摆杆为主

6、动件，凸轮为从动件摆杆为主动件，凸轮为从动件机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构作内包络线，得到凸轮的实际廓线；2 从动件运动规律设计3.移动从动件：从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线；从动件运动规律的选择受到一定的限制3 从动件运动规律的选择盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮基圆半径越大，压力角越小，但结构尺寸较大盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮作内包络线，得到凸轮的实际廓线；特点：加速度曲线有突变，加速度的变化率(即跃度j)在这些位置为无穷大柔性冲击作内包络线，得到凸轮的实际廓线；一个凸轮推动从动件完成正行程运动，另一个凸轮推动从动件完成反行程的运动缺陷：加大了凸轮的尺寸和重量主回凸轮机构(共轭凸轮

7、机构)特点：速度有突变，加速度理论上由零至无穷大，从而使从动件产生巨大的惯性力，机构受到强烈冲击刚性冲击2 凸轮机构的类型1.凸轮机构基本尺寸的确定3.1.3 3.1.3 凸轮机构的应用凸轮机构的应用例例1 1：实现变速操纵：实现变速操纵机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构例例2 2：实现自动进刀、退刀：实现自动进刀、退刀机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构例例3 3：控制阀门的启闭：控制阀门的启闭机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构例例4 4：印刷机的吸纸吸头：印刷机的吸纸吸头机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构3.2 3.2 从动件运动规律设计从动件运动规律设计3.2.1 3.2.1 凸轮机构的工作情况凸

8、轮机构的工作情况机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构回程运动角回程运动角近休止角近休止角从动件运动规律从动件位移线图）从动件运动规律从动件位移线图）基基圆圆以以凸凸轮轮轮轮廓廓的的最最小向径小向径rbrb所作的圆所作的圆升升程程从从动动件件上上升升的的最最大距离大距离h h推程运动角推程运动角00远休止角远休止角ss机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构3.2.2 3.2.2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律1.1.等速运动等速运动特特点点：速速度度有有突突变变，加加速速度度理理论论上上由由零零至至无无穷穷大大，从从而而使使从从动动件件产产生生巨巨大大的的惯惯性性力力，机机构构受受到到强强烈烈冲冲击

9、击刚性冲击刚性冲击适应场合：低速轻载适应场合：低速轻载机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构2.2.等加速等减速等加速等减速(抛物线抛物线)运动运动特特点点：加加速速度度曲曲线线有有突突变变，加加速速度度的的变变化化率率(即即跃跃度度j)在在这这些些位位置置为为无无穷穷大大柔性冲击柔性冲击适应场合：中速轻载适应场合：中速轻载机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构3.3.简谐运动简谐运动(余弦加速度运动余弦加速度运动)当质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上的投影所构成的运动规律简谐运动特点：有柔性冲击适用场合：中速轻载(当从动件作连续运动时，可用于高速)机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构4.4.摆线运动摆

10、线运动(简介简介)半径R=h/2的滚圆沿纵座标作纯滚动，圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律摆线运动特点：无刚性、柔性冲击适用场合：适于高速机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构5.3-4-55.3-4-5多项式运动多项式运动(简介简介)特点：无刚性冲击、柔性冲击适用场合：高速、中载机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构3.2.3 3.2.3 从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择1.1.常用运动规律性能比较常用运动规律性能比较机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构2.2.从动件运动规律的选择原则从动件运动规律的选择原则考虑因素：考虑因素：对运动规律的要求对运动规律的要求凸轮的转速动力特性和便于加工

11、）凸轮的转速动力特性和便于加工）3.2.4 3.2.4 从动件运动规律的组合从动件运动规律的组合1.1.满足工作对运动规律的特殊要求；满足工作对运动规律的特殊要求；2.2.为为避避免免刚刚性性冲冲击击，位位移移曲曲线线和和速速度度曲曲线线必必须须连连续续；而为避免柔性冲击，加速度曲线也必须连续。而为避免柔性冲击，加速度曲线也必须连续。3.3.尽量减小速度和加速度的最大值。尽量减小速度和加速度的最大值。机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构3.3 3.3 凸轮轮廓的设计凸轮轮廓的设计3.3.1 3.3.1 基本原理反转法）基本原理反转法）反转后，从动件尖端的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。机械原理机械原理

12、凸轮机构凸轮机构3.3.2 3.3.2 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓1.1.移动从动件盘形凸轮移动从动件盘形凸轮(1)(1)尖底从动件尖底从动件机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构（2 2滚子从动件滚子从动件滚子中心将描绘一条与凸轮廓线法向等距的曲线理论廓线。Rb指的是理论廓线的基圆。机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构 作内包络线，得到凸轮的实际廓线；若同时作外包络线，可形成槽凸轮廓线。机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构（3 3平底从动件平底从动件 取平底从动件表面上的点B0作为假想的尖端从动件的尖端。机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构 为了保证在所有位置从动件平

13、底都能与凸轮轮廓曲线相切，凸轮廓线必须是外凸的。机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构特点：速度有突变，加速度理论上由零至无穷大，从而使从动件产生巨大的惯性力，机构受到强烈冲击刚性冲击(2)凸轮基圆半径的确定半径R=h/2的滚圆沿纵座标作纯滚动，圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律摆线运动作内包络线，得到凸轮的实际廓线；凸轮出现过度切割的现象，从动件无法完全实现预期的运动规律。实际廓线出现交叉，从动件不能准确地实现预期的运动规律运动失真圆柱凸轮：空间凸轮机构移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动半径R=h/2的滚圆沿纵座标作纯滚动，圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律摆线运动凸轮顺时针

14、回转，从动件左偏置优点：锁和方式结构简单当质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上的投影所构成的运动规律简谐运动3 从动件运动规律的选择2 图解法设计凸轮轮廓1.2 凸轮机构的类型1.2.2.摆动从动件盘形凸轮摆动从动件盘形凸轮机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构3.3.3 3.3.3 解析法解析法(略略)3.4 3.4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定3.4.1 3.4.1 移动滚子从动件盘形凸轮移动滚子从动件盘形凸轮机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构(1)压力角与许用值压力角与许用值机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构(2)凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定 基圆半径越大，压基圆半径越

15、大，压力角越小，但结构尺寸力角越小，但结构尺寸较大较大机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构(3)从动件偏置方向的选择从动件偏置方向的选择凸轮逆时针回转，从动件右偏置凸轮顺时针回转，从动件左偏置机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构(4)凸轮轮廓形状与滚子半径的关系凸轮轮廓形状与滚子半径的关系外凸凸轮廓线外凸凸轮廓线机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构实际廓线出现尖点机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构实际廓线出现交叉，从动件不能准确地实现预期的运动规律运动失真机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构内凹凸轮廓线内凹凸轮廓线 无论滚子半径多大，总能由理论轮廓求出实际轮廓。机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构运动失真运动失真缘

16、由：缘由：避免方法：避免方法：滚子半径的选择滚子半径的选择考虑结构、强度与运动规律等因素考虑结构、强度与运动规律等因素机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构3.4.2 3.4.2 移动平底从动件盘形凸轮移动平底从动件盘形凸轮 凸轮出现过度切割的现象，从动件无法完全实现预期的运动规律。缘由？机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构减小升程h增大基圆rb增大偏心e机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构运动失真运动失真基圆半径的确定基圆半径的确定 避免运动失真避免运动失真基圆半径过小基圆半径过小从动件升程过大从动件升程过大机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构从动件偏置方向的选择从动件偏置方向的选择 从动件偏置并不影响凸轮廓线的形状，选择偏置的主要目的是为了减小从动件在推程阶段所受的弯曲应力。机械原理机械原理凸轮机构凸轮机构平地宽度的确定平地宽度的确定3.5 凸轮机构的计算机辅助设计凸轮机构的计算机辅助设计(略略)谢谢谢谢