第四章机械结构

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1、机机 械械 原原 理理电子教案第四章 凸轮机构及其设计哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学制作：焦映厚制作：焦映厚第四章第四章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计从动件从动件凸轮凸轮滚子滚子机架机架一、凸轮机构的应用盘形凸轮机构盘形凸轮机构在印刷机中的应用在印刷机中的应用等经凸轮机构等经凸轮机构在机械加工中的应用在机械加工中的应用4-1 凸轮机构的应用及分类利用分度凸轮利用分度凸轮机构实现转位机构实现转位圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构在机械加工中的应用在机械加工中的应用二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类凸轮机构分类凸轮机构分类1、按两活动构件之间、按两活动构件之间 相对运动特性分类相对运动特性分类2、按从动

2、件运动副、按从动件运动副 元素形状分类元素形状分类3、按凸轮高副的锁合、按凸轮高副的锁合 方式分类方式分类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盘形凸轮移动凸轮移动凸轮 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力锁合力锁合形锁合形锁合直动从动件直动从动件摆动从动件摆动从动件平面复杂运动平面复杂运动1、按两活动构件之间的相对运动特性分类、按两活动构件之间的相对运动特性分类（1）平面凸轮机构）平面凸轮机构 1）盘形凸轮）盘形凸轮 2）移动凸轮）移动凸轮图图 4-3 （ 2）空间凸轮机构空间凸轮机构空间凸轮机构空间凸轮机构图图 4-52、按从动件运动副元素形状分

3、类按从动件运动副元素形状分类（1） 直动尖顶从动件对心直动尖顶从动件对心直动尖顶从动件偏心直动尖顶从动件偏心直动尖顶从动件对心直动滚子从动件对心直动平底从动件（2）直动滚子从动件（3）直动平底从动件 根据运动形式的不同，以上三种从动件还根据运动形式的不同，以上三种从动件还可分为直动从动件，摆动从动件，平面复杂运可分为直动从动件，摆动从动件，平面复杂运动从动件。动从动件。摆动滚子从动件摆动滚子从动件摆动尖顶从动件摆动尖顶从动件摆动平底从动件摆动平底从动件平面复杂运动从动件平面复杂运动从动件3、按凸轮高副的锁合方式分类图 4-6，图 4- 7，图 4- 8 形锁合 图4-1 力锁合凸轮机构的优缺点

4、：凸轮机构的优缺点： 只要设计出适当的凸轮轮廓，即只要设计出适当的凸轮轮廓，即可使从动件实现预期的运动规律；结可使从动件实现预期的运动规律；结构简单、紧凑、工作可靠。构简单、紧凑、工作可靠。 凸轮为高副接触（点或线），压凸轮为高副接触（点或线），压强较大，容易磨损，凸轮轮廓加工比强较大，容易磨损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。较困难，费用较高。优点：优点：缺点：缺点：4-2 4-2 从动件运动规律及其选择从动件运动规律及其选择一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语进入进入 CAI 教学软件教学软件二、从动件运动规律二、从动件运动规律进入进入 CAI 教学软件

5、教学软件三、从动件运动规律的选择三、从动件运动规律的选择 在选择从动件的运动规律时，除要考虑在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性冲击外，还应该考虑各种运刚性冲击与柔性冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值动规律的速度幅值 、加速度幅值、加速度幅值 及其影响加以分析和比较。及其影响加以分析和比较。maxvmaxamaxvmaxmvmaxvmaxamaxmamaxa因此：对于重载凸轮机构，应选择 较小的运动规律；对于高速凸轮机构，宜选择 值较小的运动规律。maxvmaxa表 4-2 若干种从动件运动规律特性比较运动规律 )/(0maxhv)/(202maxha冲 击应用场合等速1.0

6、0刚 性低速轻负荷等加速等减速2.004.00柔 性中速轻负荷余弦加速度1.574.93柔 性中低速中负荷正弦加速度2.006.28中高速轻负荷3-4-5多项式1.885.77高速中负荷改进型等速1.338.38低速重负荷改进型正弦加速度1.765.53中高速重负荷改进型梯形加速度2.004.89高速轻负荷4-3 4-3 按预定运动规律设计盘形凸轮廓线按预定运动规律设计盘形凸轮廓线一、凸轮廓线设计的基本原理一、凸轮廓线设计的基本原理进入进入 CAI 教学软件教学软件二、尖顶、滚子从动件盘形二、尖顶、滚子从动件盘形 凸轮的设计原理凸轮的设计原理进入进入 CAI 教学软件教学软件1、直动从动件盘形

7、凸轮、直动从动件盘形凸轮（1）尖顶直动从动件盘形凸轮）尖顶直动从动件盘形凸轮 已知：从动件运动规律已知：从动件运动规律 ，尖，尖顶从动件导路相对于凸轮轴心顶从动件导路相对于凸轮轴心O的偏距的偏距e，凸，凸轮基圆半径及凸轮沿顺时针转动；要求：设轮基圆半径及凸轮沿顺时针转动；要求：设计凸轮轮廓计凸轮轮廓。)(ss(02 )cossin)(sincos)(00essyessxxyRxycossinsincosRxysse0 xyssecossinsincos02200-ers （2）滚子直动从动件盘形凸轮）滚子直动从动件盘形凸轮 1） 理论轮廓方程理论轮廓方程 2）工作轮廓方程）工作轮廓方程 滚子中

8、心的运动规律即为尖顶的运动规滚子中心的运动规律即为尖顶的运动规律。故按尖顶从动件求得的凸轮廓线，称为律。故按尖顶从动件求得的凸轮廓线，称为该滚子从动件凸轮的理论廓线。该滚子从动件凸轮的理论廓线。cossin)(sincos)(00essyessx2222)/()/(/)/()/(/ddyddxddxryYddyddxddyrxXrrcrrrcrrr0crrr0crrr刀具中心轨迹刀具中心轨迹理论廓线理论廓线实际廓线实际廓线刀具中心轨迹刀具中心轨迹理论廓线理论廓线实际廓线实际廓线图图 4-12a)b)进入进入 CAI 教学软件教学软件2、摆动从动件盘形凸轮、摆动从动件盘形凸轮 已知：摆动从动件运

9、动规律已知：摆动从动件运动规律 ，从动件长度从动件长度l，中心距，中心距a，凸轮基圆半径，凸轮基圆半径r0及凸轮及凸轮沿顺时针转动；要求：设计凸轮轮廓。沿顺时针转动；要求：设计凸轮轮廓。)(摆动从动件盘形凸轮机构可分为两种：摆动从动件盘形凸轮机构可分为两种： 顺摆式，逆摆式顺摆式，逆摆式。xyRxyxyallcos()sin()00 xyRxy00sin()cos()lxalycossinR sincos00cos()cossinsin()sincosalxly 00sin()cossincos()sincoslxaly 00coscos()(02 )sinsin()xalyal00sinsi