凸轮机构学习情境.pptx

机电工程系学习目标学习目标 1.熟悉凸轮机构的组成、分类、特点熟悉凸轮机构的组成、分类、特点2.掌握从动件的等加等减速、简谐运动规律掌握从动件的等加等减速、简谐运动规律的作图方法的作图方法3.了解从动件的等加等减速、简谐运动规律了解从动件的等加等减速、简谐运动规律的特点与应用的特点与应用4.掌握尖顶、滚子从动件凸轮廓线的设计方掌握尖顶、滚子从动件凸轮廓线的设计方法、步骤法、步骤5.了解凸轮基本尺寸的确定依据及影响因素了解凸轮基本尺寸的确定依据及影响因素 机电工程系学习内容学习内容 1.凸轮机构的组成、分类、特点凸轮机构的组成、分类、特点2.从动件的等加等减速、简谐运动规律从动件的等加等减速、简谐运动规律的作图方法的作图方法3.从动件的等加等减速、简谐运动规律从动件的等加等减速、简谐运动规律的特点与应用的特点与应用4.尖顶、滚子从动件凸轮廓线的设计方尖顶、滚子从动件凸轮廓线的设计方法、步骤法、步骤5.凸轮基本尺寸的确定依据及影响因素凸轮基本尺寸的确定依据及影响因素 机电工程系教学重点教学重点 1.从动件的等加等减速、简谐运动规律的作图方从动件的等加等减速、简谐运动规律的作图方法法2.从动件的等加等减速、简谐运动规律的特点与从动件的等加等减速、简谐运动规律的特点与应用应用3.尖顶、滚子从动件凸轮廓线的设计方法、步骤尖顶、滚子从动件凸轮廓线的设计方法、步骤 教学方法教学方法 1.以项目为导向的四步教学法；以项目为导向的四步教学法；2.讲授与讨论相结合法；讲授与讨论相结合法；3.理论与实操交替进行法理论与实操交替进行法 机电工程系1.阅读教材、分析凸轮的功用、类型、组成阅读教材、分析凸轮的功用、类型、组成与特点；与特点；2.收集与查阅凸轮机构传动的国家标准资料；收集与查阅凸轮机构传动的国家标准资料；3.观察具有的凸轮机构的设备的工作情况。观察具有的凸轮机构的设备的工作情况。资讯材料：资讯材料：机电工程系授课步骤授课步骤1：一、典型的凸轮机构展示一、典型的凸轮机构展示典型凸轮机构运动动画：典型凸轮机构运动动画：尖顶直动从动件盘形凸轮机构尖顶直动从动件盘形凸轮机构摆动从动件圆柱凸轮机构摆动从动件圆柱凸轮机构滚子从动件滚子从动件盘形槽凸轮机构盘形槽凸轮机构机电工程系步骤步骤2：讲授凸轮机构基本知识：讲授凸轮机构基本知识知识点一：知识点一：凸轮机构的组成、应用及分类凸轮机构的组成、应用及分类知识点二：从动件运动规律及其选择知识点二：从动件运动规律及其选择知识点三：按预定运动规律设计盘形凸轮轮知识点三：按预定运动规律设计盘形凸轮轮廓廓知识点四：盘形凸轮机构基本尺寸的确定知识点四：盘形凸轮机构基本尺寸的确定实训项目指导：实训项目指导：机电工程系知识点一：凸轮机构的组成、应用及分类知识点一：凸轮机构的组成、应用及分类一、一、凸轮机构应用实例凸轮机构应用实例及凸轮机构的组成：及凸轮机构的组成：1、主动件：凸轮；、主动件：凸轮；2、从动件：杆状件；、从动件：杆状件；3、锁合元件或结构：如弹簧、沟槽；、锁合元件或结构：如弹簧、沟槽；4、机架。、机架。12刀架刀架o刀架往复运动机构内燃机配气机构机电工程系 作用：作用：将凸轮的连续回转转变为从动件直线移动或摆动。将凸轮的连续回转转变为从动件直线移动或摆动。优点：优点：可精确实现从动任意运动规律，结构简单、紧凑。可精确实现从动任意运动规律，结构简单、紧凑。缺点：缺点：点、线高副接触，易磨损，传力不大。点、线高副接触，易磨损，传力不大。应用：广泛，如应用：广泛，如 印刷机、纺织机、印刷机、纺织机、内燃机内燃机、补鞋机、配钥匙补鞋机、配钥匙 机、机、绕线机绕线机、牙膏生产自动线等。、牙膏生产自动线等。二、凸轮机构的功用、特点与应用二、凸轮机构的功用、特点与应用机电工程系1、按凸轮的形状分：、按凸轮的形状分：盘形盘形：径向尺寸变化的盘状凸轮，绕定轴转动。：径向尺寸变化的盘状凸轮，绕定轴转动。移移动动：沿沿某某一一方方向向移移动动的的平平面面板板状状凸凸轮轮，可可认认为为是是半半径径无无穷穷大大的的盘盘形形凸凸轮；轮；圆圆柱柱凸凸轮轮：轮轮廓廓曲曲线线位位于于圆圆柱柱面面上上并并绕绕轴轴线线旋旋转转的的凸凸轮轮。可可看看作作是是将将移移动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮）动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮）分为分为端面凸轮，圆柱槽凸轮。三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮机电工程系2、按从动件的形状分：、按从动件的形状分：尖顶尖顶、滚子滚子、平底平底从动件。从动件。尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；滚子滚子磨损小，应用广；磨损小，应用广；平底平底受力好、润滑好，用于高速传动。受力好、润滑好，用于高速传动。直动从动件摆动从动件曲面底曲面底曲面制造困难。曲面制造困难。机电工程系移动（对心直动，偏置直动）从动件凸轮机构：移动（对心直动，偏置直动）从动件凸轮机构：摆动从动件凸轮机构：摆动从动件凸轮机构：3、按从动件运动形式分：、按从动件运动形式分：机电工程系平底摆动从动杆偏置移动从动杆对心移动从动杆曲面滚子尖端从动杆类型按从动件分类的凸轮机构总汇按从动件分类的凸轮机构总汇机电工程系使从动件保持与凸轮相接触的方式使从动件保持与凸轮相接触的方式力锁合：重力、弹力作用使从动件保持与凸轮相接触的方式；力锁合：重力、弹力作用使从动件保持与凸轮相接触的方式；形（几何）锁合形（几何）锁合：槽凸轮、等宽、等径凸轮、共轭凸轮。：槽凸轮、等宽、等径凸轮、共轭凸轮。4、按锁合方式分：、按锁合方式分：机电工程系r1r2r1+r2=constW沟槽凸轮沟槽凸轮（主回）共轭凸轮（主回）共轭凸轮等等宽宽凸凸轮轮等等径径凸凸轮轮机电工程系1 1）实际廓线）实际廓线；2)2)理论理论廓线廓线;3)3)基圆、基圆、基圆半径基圆半径r r0 0；4 4）偏距）偏距e e、偏距圆；、偏距圆；e=0,e=0,对心从动件对心从动件5 5）推程、）推程、推程运动角推程运动角0 0；7 7）回程、）回程、回程运动角回程运动角；8 8）近休止角近休止角s s；s=0，无原位停留，无原位停留9 9）行程）行程h h6 6）远休止角远休止角s s ；s=0,无推程终点停留无推程终点停留知识点二：知识点二：从动件运动规律及其选择从动件运动规律及其选择一、凸轮机构一、凸轮机构的运动循环及的运动循环及基本基本名词名词术语术语 机电工程系二、二、从动件运动规律从动件运动规律 凸凸轮轮机机构构设设计计的的基基本本任任务务是是根根据据工工作作要要求求选选定定凸凸轮轮机机构构的的型型式式、从从动动件件运运动动规规律律、合合理理确确定定结结构构尺尺寸寸、设设计计轮轮廓廓曲曲线线。而而根根据据工工作作要要求求选选定定从从动动件件运运动动规规律律，是是设设计计凸凸轮轮轮轮廓廓曲线的前提。曲线的前提。从从动动件件运运动动规规律律：从从动动件件在在推推程程或或回回程程时时，其其位位移移S S、速速度度V、和加速度、和加速度a 随时间随时间t 的变化规律。的变化规律。从动件运动规律分类：从动件运动规律分类：多项式（等速、等加等减速）、三角函数（正弦、余弦）、组合型。多项式（等速、等加等减速）、三角函数（正弦、余弦）、组合型。S=S(t)S=S(t)V=V(t)(t)a=a(t)(t)由于凸轮一般为匀速转动，转角由于凸轮一般为匀速转动，转角与时间与时间t的关系的关系是是=t,所以从动件运动规律也可写成：所以从动件运动规律也可写成：S=S(S=S()V=V()a=a()机电工程系 v=常数常数 a=0 在推程起始点：在推程起始点：=0 0，s=0,在推程终止点：在推程终止点：=0，s=h 推程推程(0 0)运动方程：运动方程：s （h/0）v （h/0）a =0同理得回程运动方程：同理得回程运动方程：s h（h）/v -（h/h）负号表示负号表示 运动方向与推程相反。运动方向与推程相反。a =0 等速运动规律等速运动规律在行程始末两点有在行程始末两点有刚性冲击刚性冲击(硬冲硬冲)：速度突变，加：速度突变，加速度无穷大引速度无穷大引起的冲击。起的冲击。适用于低速轻载适用于低速轻载。为消除不良影响，常对始、末点附近的运动规。为消除不良影响，常对始、末点附近的运动规律进行必要的修正。律进行必要的修正。1.等速等速运动规律运动规律s va h+刚性冲击刚性冲击机电工程系2.等加速等减速等加速等减速运动规律运动规律s=C2 2 2 v=C C1 1 a=常数常数位位移移曲曲线线为为两两段段抛抛物物线线。加、减速各占一半加、减速各占一半。推程加速段推程加速段(0 00/2 2)起始点起始点 =0 0，s=0，v 0中间点中间点 =0/2 2，s=h/2 推程加速段运动方程为推程加速段运动方程为s （2h/2h/02 2）2 2v （4h/4h/02 2）a 4h4h2 2/02 2 1sva235463h/20 h/22h/2h/04h4h2 2/0 2 2机电工程系推程减速段推程减速段(0/2 2 0)边界条件：边界条件：终止点终止点 =0 ，s=h，v 0中间点中间点=0/2 2，s=h/2 v最大最大推程减速段运动方程为推程减速段运动方程为s h-h-(2h/2h/0 2 2)()(0-)2 2v (4h/4h/0 2 2)()(0-)a-4h4h2 2/0 2 2柔性冲击柔性冲击特点：从动件在运动始、中、末三点有特点：从动件在运动始、中、末三点有柔柔性冲性冲击击(软冲软冲)：由加速度有限值的突变引起的冲击。：由加速度有限值的突变引起的冲击。此时，速度曲线有尖点，加速度曲线不连续。此时，速度曲线有尖点，加速度曲线不连续。应用应用：中速轻载。：中速轻载。1sva235463h/20 h/22h/2h/04h4h2 2/0 2 22.等加速等减速等加速等减速运动规律运动规律机电工程系作图原理：利用相似三角形对应作图原理：利用相似三角形对应边成比例的关系求位移曲线上点：边成比例的关系求位移曲线上点：如下图所示。如下图所示。注意：这里的起点与终点所对应的角注意：这里的起点与终点所对应的角度和位移一定要等分成相同的份数，度和位移一定要等分成相同的份数，常分为常分为三份或四份。三份或四份。等加等减位移曲线的作图方法：有两种等加等减位移曲线的作图方法：有两种1）等分等加等减抛物线段所对应的角度和行程，如图各）等分等加等减抛物线段所对应的角度和行程，如图各3等分，作斜线，等分，作斜线，利用相似三角形知识知图示交点即为对应角度利用相似三角形知识知图示交点即为对应角度处的位移量处的位移量s。如右图所如右图所示。示。2.等加速等减速等加速等减速运动规律运动规律机电工程系2）按比例等分线段法：如下图所示：作射线；以一定长度作基本单位，等分射线26份；按1：4：9：4：1的比例将射线分成6段；将最后分点与对应的从动件总推程在S轴上点连线，过各分点作连线的平行线，在S轴上得到对应分点。2.等加速等减速等加速等减速运动规律运动规律机电工程系3 3、余弦加速度（、余弦加速度（简谐简谐）运动规律）运动规律推程：推程：sh h 1-cos1-cos(/0 0)/2/2 v=hsin=hsin(/0 0)/（2 20 0)a=2 2hh2 2coscos(/0 0)/（2 20 02 2)123456av vs sh0 0123456Vmax=1.57h/特特点点：对对于于“升升停停降降停停”型型的的运运动动曲曲线线，余余弦弦加加速速度度（简简谐谐）运运动动规规律律在在行行程程始始点点和和终终点点加加速速度度a有有有有限限值值的的突突变变，产产生生柔柔性性冲冲击击，适用于中速。适用于中速。对对于于“升升降降-升升”型型的的运运动动曲曲线线，余余弦弦加加速速度度（简简谐谐）运运动动规规律律无无冲冲击，适用于高速。击，适用于高速。简谐运动简谐运动：质点在圆周上作匀速运动时，：质点在圆周上作匀速运动时，它在圆直径上的投影所构成的运动。它在圆直径上的投影所构成的运动。机电工程系简谐运动位移曲线作图方法：简谐运动位移曲线作图方法：1)等分凸轮转角所对应的坐标轴；等分凸轮转角所对应的坐标轴；2)在在S轴上，以轴上，以h/2为半径作半圆，为半径作半圆，用同样等分数等分半圆转角；用同样等分数等分半圆转角；3)过半圆上分点作水平线与过转过半圆上分点作水平线与过转角轴上分点作的铅垂线相交；角轴上分点作的铅垂线相交；4)用曲线光滑连接各交点。用曲线光滑连接各交点。123456av vs sh0 0123456Vmax=1.57h/0 0机电工程系三、从动件运动规律的选择三、从动件运动规律的选择 1 1.若若机器的工作过程只要求凸轮转过一角度机器的工作过程只要求凸轮转过一角度 时，从动时，从动件完成一行程件完成一行程h h（直动从动件）或摆角（直动从动件）或摆角（摆动从动件），对（摆动从动件），对运动规律并无严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工曲线运动规律并无严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸轮。作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸轮。2 2.若若机器的工作过程对从动件运动有要求，则应严格按工机器的工作过程对从动件运动有要求，则应严格按工作要求的运动规律来设计凸轮廓线。如作要求的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮刀架进给凸轮。3 3.V Vmaxmax和和 amax应尽量小。特别是对于高速和重载凸轮，要应尽量小。特别是对于高速和重载凸轮，要求有较好的动力特性，除了避免出现刚性或柔性冲击外，更应求有较好的动力特性，除了避免出现刚性或柔性冲击外，更应当考虑当考虑V Vmaxmax和和 amax。机电工程系夹紧凸夹紧凸轮机构轮机构送料凸送料凸轮机构轮机构机电工程系 高速重载凸轮要选高速重载凸轮要选V Vmaxmax和和amax比较小的理由：比较小的理由：amaxmax动量动量mv,mv,若机构突然被卡住，则冲击力将很大若机构突然被卡住，则冲击力将很大（F=mv/tF=mv/t）。）。对重载凸轮，则适合选用对重载凸轮，则适合选用V Vmaxmax较小的运动规律。较小的运动规律。惯性力惯性力F=-mF=-ma对强度和耐磨性要求对强度和耐磨性要求。对高速凸轮，希望对高速凸轮，希望amaxmax 愈小愈好。愈小愈好。V Vmaxmax,P,Pn n机电工程系等加等减速等加等减速 2.0 4.02.0 4.0 柔性柔性 中速轻载中速轻载五次多项式五次多项式 1.88 5.771.88 5.77 无无 高速中载高速中载余弦加速度余弦加速度 1.57 4.931.57 4.93 柔性柔性 中速中载中速中载正弦加速度正弦加速度 2.0 6.282.0 6.28 无无 高速轻载高速轻载改进正弦加速度改进正弦加速度 1.76 5.531.76 5.53 无无 高速重载高速重载100分钟 从动件常用运动规律特性比较从动件常用运动规律特性比较运动规律运动规律 V Vmaxmax amaxmax 冲击冲击 推荐应用范围推荐应用范围等等 速速 1.0 1.0 刚性刚性 低速轻载低速轻载机电工程系何谓刚性冲击？何谓柔性冲击？它们各在等加等减、余弦加速度运动规律中发生在行程的什麽位置？思考题：思考题：机电工程系自测题自测题1：单项选择题：单项选择题1 与连杆机构相比，凸轮机构最大的缺点是与连杆机构相比，凸轮机构最大的缺点是 。A惯性力难以平衡惯性力难以平衡 B点、线接触，易磨损点、线接触，易磨损C设计较为复杂设计较为复杂 D不能实现间歇运动不能实现间歇运动2 与其他机构相比，凸轮机构最大的优点是与其他机构相比，凸轮机构最大的优点是 。A可实现各种预期的运动规律可实现各种预期的运动规律 B便于润滑便于润滑C制造方便，易获得较高的精度制造方便，易获得较高的精度 D从动件的行程可较大从动件的行程可较大3（）从动杆的行程不能太大。）从动杆的行程不能太大。A.盘形凸轮机构盘形凸轮机构 B.移动凸轮机构移动凸轮机构 C.圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构4、下述从动件运动规律中，、下述从动件运动规律中，是最好的运动规律。是最好的运动规律。A、等速规律、等速规律 B、等加等减速规律、等加等减速规律 C、余弦规律、余弦规律5、运动中点具有加速度突变的运动规律是、运动中点具有加速度突变的运动规律是 。A、等速规律、等速规律 B、等加等减速规律、等加等减速规律 C、余弦规律、余弦规律6、运动始、终点具有刚性冲击的运动规律是、运动始、终点具有刚性冲击的运动规律是 。A、等速规律、等速规律 B、等加等减速规律、等加等减速规律 C、余弦规律、余弦规律7、运动始终点具有、运动始终点具有 柔性冲击的运动规律是柔性冲击的运动规律是 。A、等速规律、等速规律 B、等加等减速规律、等加等减速规律 C、余弦规律、余弦规律机电工程系自测题自测题1：填空题：填空题1、在凸轮机构几种常用的推杆运动规律中，、在凸轮机构几种常用的推杆运动规律中，只宜用于低速；只宜用于低速；和和 不宜用于高速；而不宜用于高速；而 和和 都可在高速下应用。都可在高速下应用。2、滚子推杆盘形凸轮的基圆半径是从、滚子推杆盘形凸轮的基圆半径是从 到到 的最短距离。的最短距离。3、在凸轮机构推杆的四种常用运动规律中，、在凸轮机构推杆的四种常用运动规律中，有刚性冲击；有刚性冲击；、运动规律有柔性冲运动规律有柔性冲击；击；运动规律无冲击。运动规律无冲击。4、凸轮机构推杆运动规律的选择原则为：、凸轮机构推杆运动规律的选择原则为：，。5凸轮机构是凸轮机构是 副机构。副机构。6凸轮是一个能凸轮是一个能 从动件运动规律，而具有从动件运动规律，而具有 或或 凹槽的构件。凹槽的构件。机电工程系自测题自测题1：填空题：填空题7当凸轮转动时，借助于本身的曲线轮廓，当凸轮转动时，借助于本身的曲线轮廓，从动件作从动件作相应的运动。相应的运动。8凸轮机构主要由凸轮机构主要由 ，和和 三个基本构件所组成。三个基本构件所组成。9凸轮的轮廓曲线可以按凸轮的轮廓曲线可以按 任意选择，因此可使从动件任意选择，因此可使从动件得到得到 的各种运动规律。的各种运动规律。10盘形凸轮是一个具有盘形凸轮是一个具有 半径的盘形构件，当它绕固定半径的盘形构件，当它绕固定轴转动时，推动从动杆在轴转动时，推动从动杆在 凸轮轴的平面内运动。凸轮轴的平面内运动。11盘形凸轮从动杆的盘形凸轮从动杆的 不能太大，否则将使凸轮的不能太大，否则将使凸轮的 尺寸变化过大。尺寸变化过大。12凸轮机构从动杆的形式有凸轮机构从动杆的形式有 从动杆，从动杆，从动杆和从动杆和 从动杆。从动杆。13凸轮机构从动杆的运动规律，是由凸轮凸轮机构从动杆的运动规律，是由凸轮 决定的。决定的。机电工程系14以凸轮的以凸轮的 半径所做的圆，称为基圆。半径所做的圆，称为基圆。15在凸轮机构中，从动杆的在凸轮机构中，从动杆的 称为行程。称为行程。16如果把从动杆的如果把从动杆的 量与凸轮的量与凸轮的 之间的关系用曲线之间的关系用曲线表示，则此曲线就称为从动杆的位移曲线。表示，则此曲线就称为从动杆的位移曲线。17将从动杆运动的整个行程分为两段，前半段作将从动杆运动的整个行程分为两段，前半段作 运运动，后半段作动，后半段作 运动，这种运动规律就称为运动，这种运动规律就称为 运动规运动规律。律。18凸轮机构从动杆位移曲线的横坐标轴表示凸轮的凸轮机构从动杆位移曲线的横坐标轴表示凸轮的 ，纵坐标轴表示从动杆的纵坐标轴表示从动杆的 量。量。19凸轮机构的从动件都是按照凸轮机构的从动件都是按照 运动规律而运动的。运动规律而运动的。20当盘形凸轮只有转动，而当盘形凸轮只有转动，而 没有变化时，从动杆的运没有变化时，从动杆的运动是停歇。动是停歇。自测题自测题1：填空题：填空题机电工程系自测题自测题1：判断判断1一只凸轮只有一种预定的运动规律。（一只凸轮只有一种预定的运动规律。（）2凸轮在机构中经常是主动件。（凸轮在机构中经常是主动件。（）3盘形凸轮的轮廓曲线形状取决于凸轮半径的变化。盘形凸轮的轮廓曲线形状取决于凸轮半径的变化。（）4盘形凸轮机构从动杆的运动规律，主要决定于凸轮盘形凸轮机构从动杆的运动规律，主要决定于凸轮半径的变化规律。（半径的变化规律。（）5凸轮机构的从动杆，都是在垂直于凸轮轴的平面内凸轮机构的从动杆，都是在垂直于凸轮轴的平面内运动。（运动。（）6计算从动杆行程量的基础是基圆。（计算从动杆行程量的基础是基圆。（）机电工程系自测题自测题1：判断判断7凸轮曲线轮廓的半径差，与从动杆移动的距离是对凸轮曲线轮廓的半径差，与从动杆移动的距离是对应相等的。（应相等的。（）8能使从动杆按照工作要求，实现复杂运动的机构都能使从动杆按照工作要求，实现复杂运动的机构都是凸轮机构。（是凸轮机构。（）9凸轮转速的高低，影响从动杆的运动规律。（凸轮转速的高低，影响从动杆的运动规律。（）10盘形凸轮的行程是与基圆半径成正比的，基圆半盘形凸轮的行程是与基圆半径成正比的，基圆半径越大，行程也越大。（径越大，行程也越大。（）11盘形凸轮的结构尺寸与基圆半径成正比。（盘形凸轮的结构尺寸与基圆半径成正比。（）12在圆柱面上开有曲线凹槽轮廓的圆柱凸轮，它只在圆柱面上开有曲线凹槽轮廓的圆柱凸轮，它只适用于滚子式从动杆。（适用于滚子式从动杆。（）机电工程系自测题自测题1：分析题分析题1、已知题、已知题4图所示的直动平底推杆盘形凸轮机构，凸轮为图所示的直动平底推杆盘形凸轮机构，凸轮为R30mm的偏心圆盘，的偏心圆盘，20mm，试求：，试求：（1）基圆半径和升程；）基圆半径和升程；（2）推程运动角、回程运动角、远休止角和近休止角；）推程运动角、回程运动角、远休止角和近休止角；（3）凸轮机构的最大压力角和最小压力角；）凸轮机构的最大压力角和最小压力角；机电工程系2、一对心移动尖顶从动件单圆弧盘形凸轮（偏心轮）机构，一对心移动尖顶从动件单圆弧盘形凸轮（偏心轮）机构，偏偏 心距心距e=15mm，偏心轮半径，偏心轮半径R=30mm，凸轮以等角速度，凸轮以等角速度顺时针转动，试作出从动件位移线图。顺时针转动，试作出从动件位移线图。自测题自测题1：分析题分析题机电工程系设某凸轮机构的从动件按如下运动规律运动，设某凸轮机构的从动件按如下运动规律运动，从动件位移曲线绘制从动件位移曲线绘制：推程推程h推终点停留推终点停留回程回程h原位停留原位停留凸轮转角凸轮转角01200120180018027002703600从动件运从动件运动规律动规律等加等等加等减速减速简谐运动简谐运动自测题自测题1：分析题分析题机电工程系一、一、凸轮轮廓设计的基本原理凸轮轮廓设计的基本原理反转法依据此原理可以用几何作图的方法依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：设计凸轮的轮廓曲线，例如：-给给整整个个凸凸轮轮机机构构施施以以-时时，不不影影响响各各构构件件之之间间的的相相对对运运动动，此此时时，凸凸轮轮将将静静止止，而而从从动动件件尖尖顶顶复复合合运运动动（既既转转又又移移）的的轨轨迹迹即凸轮的轮廓曲线即凸轮的轮廓曲线。尖顶凸轮尖顶凸轮轮廓曲线的轮廓曲线的绘制，绘制，滚子凸轮滚子凸轮轮廓曲线的轮廓曲线的绘制绘制知识点三：知识点三：按预定运动规律设计盘形凸轮轮廓按预定运动规律设计盘形凸轮轮廓机电工程系机电工程系机电工程系（一）用（一）用作图法作图法设计凸轮廓线：设计凸轮廓线：特点：精度低，简便，工程上常用特点：精度低，简便，工程上常用二、盘形凸轮廓线的设计方法：二、盘形凸轮廓线的设计方法：1)1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮对心直动尖顶从动件盘形凸轮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3)3)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4)4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮偏置直动尖顶从动件盘形凸轮5)5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构摆动尖顶从动件盘形凸轮机构（二）用（二）用解析法解析法设计凸轮的轮廓曲线：设计凸轮的轮廓曲线：特点：精度高，计算复杂，精度机械中用。特点：精度高，计算复杂，精度机械中用。机电工程系Ar0609090120-s 12345 67 891011121314已知：基圆半径已知：基圆半径r0，角速度角速度，从动件从动件的运动规的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：设计步骤：选选比比例例尺尺l作基圆作基圆r r0 0。在基圆上按在基圆上按 “-”方向划分各运动角。方向划分各运动角。将将位位移移线线图图上上的的推推程程运运动动角角和和回回程程运运动动角角分分别别等等分分为为若若干干等等份份；并并将将凸凸轮轮基基圆圆上上的的推推程程运运动动角角和和回回程程运运动动角角也也做做同同样的划分。样的划分。通通过过各各分分点点作作出出各各导导路路的的直直线线；并并在在各各直直线线上上从从基基圆圆向向外外量量出出一一定定的的长度，与位移线图中各分点的位移量相对应，得各尖顶点的相应位置。长度，与位移线图中各分点的位移量相对应，得各尖顶点的相应位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1)1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮对心直动尖顶从动件盘形凸轮 601209090135781 3 5 7 8911 13 159111312141876543214131211109（一）用（一）用作图法作图法设计盘形凸轮廓线设计盘形凸轮廓线 机电工程系例2：已知位移规律，求：已知位移规律，求凸轮廓线凸轮廓线。1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮对心直动尖顶从动件盘形凸轮机电工程系r0609090120-1234567891011121314已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r0，角速度角速度，从动件的运动从动件的运动规律，滚子半径，设计该凸轮轮廓曲线。规律，滚子半径，设计该凸轮轮廓曲线。A。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s 601209090135781 3 5 7 8911 13 15911131214理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓1876543214131211109设计步骤：设计步骤：按尖顶直动从动件盘形凸轮作出廓按尖顶直动从动件盘形凸轮作出廓线线理论廓线。理论廓线。以理论廓线上的各点为圆心，作一以理论廓线上的各点为圆心，作一系列滚子圆系列滚子圆作各滚子圆的内作各滚子圆的内(外外)包络线包络线实际廓线。实际廓线。机电工程系已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r0，角速度角速度和从动件的和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。作平底直线族的内包络线。作平底直线族的内包络线。3)3)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123456788765432191011121314151413121110 9s 601209090135781 3 5 7 8911 13 15911131214设计步骤：设计步骤：按尖顶直动从动件盘形凸轮作出廓线按尖顶直动从动件盘形凸轮作出廓线理论廓线。理论廓线。以理论廓线上的各点为参考点，作一系列平底直线。以理论廓线上的各点为参考点，作一系列平底直线。机电工程系 偏置直动尖顶偏置直动尖顶从动件从动件凸轮机构中，已知凸凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径轮的基圆半径r0，偏距偏距e，角速度角速度，从动件从动件的的运动规律运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。4)4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机电工程系eA A-O Os 601209090135781 3 5 7 8911 13 1591113121412345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k15123456781514131211109选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r r0 0。设计步骤：设计步骤：在基圆上按在基圆上按 “-”方向划分各运动角。方向划分各运动角。将位移线图上的推程运动角和回程运将位移线图上的推程运动角和回程运动角分别等分为若干等份；并将凸轮基动角分别等分为若干等份；并将凸轮基圆上的推程运动角和回程运动角也做同样的划分。圆上的推程运动角和回程运动角也做同样的划分。通过各分点作出与偏距圆相切的直线；并在各直线上从基圆向外量出一定的长通过各分点作出与偏距圆相切的直线；并在各直线上从基圆向外量出一定的长度，与位移线图中各分点的位移量相对应，得各参考点的相应位置。度，与位移线图中各分点的位移量相对应，得各参考点的相应位置。将各参考点连接成一条光滑曲线。将各参考点连接成一条光滑曲线。机电工程系已知：已知：r0，摆杆长度摆杆长度l，中心距中心距O A=d，摆摆杆运杆运动规律，动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。5)5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构摆动尖顶从动件盘形凸轮机构机电工程系A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B812060 90 B1 1 1B2 2 2B3 3 3B4 4 4B5 5 5B6 6 6B7 7 7-r0ABld 60120909012341 2 3 45 6 7 85768O设计步骤：设计步骤：确定确定O、A的位置，的位置，以以r0为半径画基圆，以为半径画基圆，以d为半径为半径画摆杆中心圆。画摆杆中心圆。在在中心圆中心圆上按上按 “-”方方向划分各运动角。向划分各运动角。将角位移线图上的推程运将角位移线图上的推程运动角和回程运动角分别等分动角和回程运动角分别等分为若干等份；并将为若干等份；并将中心中心圆上圆上的推程运动角和回程运动角的推程运动角和回程运动角也做同样的划分，得也做同样的划分，得A A、A A1 1。根据各时刻的角位移作出根据各时刻的角位移作出摆杆一系列位置摆杆一系列位置ABAB、ABAB1 1、ABAB2 2将将B B、B B1 1、B B2 2各各点点连连接成一条光滑曲线。接成一条光滑曲线。机电工程系知识点四：知识点四：盘形凸轮机构基本尺寸的确定盘形凸轮机构基本尺寸的确定上述设计廓线时的凸轮结构参数上述设计廓线时的凸轮结构参数r0、e、rT等，是预等，是预先给定的。先给定的。实际上，这些参数也是根据机构的受力情况是否良实际上，这些参数也是根据机构的受力情况是否良好、动作是否灵活、尺寸是否紧凑等因素由设计者好、动作是否灵活、尺寸是否紧凑等因素由设计者确定的。确定的。一、滚子半径的选择和平底尺寸一、滚子半径的选择和平底尺寸l 的确定的确定二、凸轮机构的压力角及其许用值二、凸轮机构的压力角及其许用值三、凸轮机构的基本尺寸三、凸轮机构的基本尺寸机电工程系一、一、滚子半径的选择滚子半径的选择和平底尺寸和平底尺寸l 的确定的确定机电工程系一、滚子半径的选择和平底尺寸一、滚子半径的选择和平底尺寸l 的确定的确定a工作轮廓的曲率半径，工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，rT滚子半径滚子半径arT rT arTrTarT0轮廓正常轮廓正常轮廓正常轮廓正常轮廓变尖轮廓变尖 内凹内凹 外凸外凸对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：minmin rTarTrTarTrT arT0轮廓失真轮廓失真rT机电工程系 滚子半径大，受力条件好；但可能使从动件不能实现预定的运动规律。1、内凹凸轮廓线处，工作廓线的曲率半径总是大于理论轮廓曲率半径，不会引起工作廓线失真。最小曲率半径必须大于滚子半径，凸轮工作不失真条件:推荐：当时，实际廓线为平滑曲线；时，实际廓线产生尖点，易磨损，不可用；时，实际廓线不存在，运动失真。一般地，取2、外凸凸轮的理论轮廓曲线机电工程系123456788765432191011121314151413121110 9.平底尺寸平底尺寸l 的确定的确定lmax 作图法确定：作图法确定：l=2lmax+(57)mm机电工程系二、凸轮机构的压力角及其许用值二、凸轮机构的压力角及其许用值压力角压力角:从动件所受正压力方向（公法线从动件所受正压力方向（公法线n-n）与力的作用点推杆上）与力的作用点推杆上B点速度点速度方向之间的夹角方向之间的夹角压力角与基圆半径的关系是：，在其他参数不变情况下，增大基圆半径可减小最大压力角。工程上要求：工程上要求：max 摆动推杆摆动推杆：354545回程回程：708080直动推杆直动推杆：30 40凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角机电工程系提问：平底推杆提问：平底推杆？nn 0 0vOr r0 0压力角的测量：方法：量角器测量法：在轮廓线最徒的区段选几个点，如图所放置量角器，可检验该点的压力角是否符合规定值。机电工程系三、凸轮机构的基本尺寸（基圆半径r0）的确定1、基圆半径受到四个条件限制：、基圆半径受到四个条件限制：1）凸轮轴轴颈）凸轮轴轴颈ds；凸轮结构凸轮结构1、2、32）许用压力角；）许用压力角；3）实际凸轮轮廓的最小曲率半径）实际凸轮轮廓的最小曲率半径4）滚子半径）滚子半径rT。2、实际设计过程是：、实际设计过程是：用经验公式初定基圆半径，用经验公式初定基圆半径，再用压力角、最小曲率半径条件校验。再用压力角、最小曲率半径条件校验。经验公式：经验公式：或：还有用诺模图法确定。基圆半径与压力角关系：基圆半径越大，压力角越小基圆半径越大，压力角越小机电工程系max凸轮转角凸轮转角 余弦加速度运余弦加速度运动动正弦加速度运正弦加速度运动动h/r0h/r0凸轮转角凸轮转角 等速运动等速运动等加等减速运等加等减速运动动h/r0h/r0max诺模图诺模图应用实例：应用实例：一对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，推程运动角一对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，推程运动角45，h=13 mm,推杆以正弦加速度运动，要求推杆以正弦加速度运动，要求max 30，试确定凸轮的基圆半径试确定凸轮的基圆半径r0。作图得：作图得：h/r00.26r0 50 mm确定上述极值确定上述极值r0min不方便，不方便，工程上常根据工程上常根据诺模图诺模图来确定来确定r0机电工程系2RV1=Rv2R V1四、圆柱凸轮机构设计四、圆柱凸轮机构设计思路：思路：将圆柱外表面展开，得一长度为将圆柱外表面展开，得一长度为2R的平面移动凸轮机构，的平面移动凸轮机构，其移动速度为其移动速度为V1=R，以以V1反向移动平面凸轮，相对运动不变，反向移动平面凸轮，相对运动不变，滚子反向移动后其中心点的轨迹即为滚子反向移动后其中心点的轨迹即为理论轮廓理论轮廓，其，其内外包络线内外包络线为实际轮廓为实际轮廓。Bv21、直动从动件圆柱凸轮机构设计、直动从动件圆柱凸轮机构设计机电工程系AR2 2、摆动从动件圆柱凸轮机构、摆动从动件圆柱凸轮机构已知：已知：圆柱凸轮的半径圆柱凸轮的半径R R，滚子，滚子半半径径r rr r从从动动件件的的运运动动规规律律，设设计计该凸轮机构。该凸轮机构。2”3”4”5”6”7”8”9”0”0”-V2 2R R2rr 1”AV=RA5A6A7A8A9A2A3A4A1A0 50分钟 012345 6 7 8 9 02 2R RA0中线中线4,5,632 10879机电工程系自测题自测题2：单项选择题：单项选择题1、盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。A摆动尖顶推杆摆动尖顶推杆 B直动滚子推杆直动滚子推杆C摆动平底推杆摆动平底推杆 D摆动滚子推杆摆动滚子推杆2 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时，可采用对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时，可采用 措施来解决。措施来解决。A增大基圆半径增大基圆半径 B改用滚子推杆改用滚子推杆C改变凸轮转向改变凸轮转向 D改为偏置直动尖顶推杆改为偏置直动尖顶推杆3（）的摩擦阻力较小，传力能力大。）的摩擦阻力较小，传力能力大。A 尖顶式从动杆尖顶式从动杆B.滚子式从动杆滚子式从动杆C 平底式从动杆平底式从动杆4.（）的磨损较小，适用于没有内凹槽凸轮轮廓曲线的高速凸轮机构。）的磨损较小，适用于没有内凹槽凸轮轮廓曲线的高速凸轮机构。A.尖顶式从动杆尖顶式从动杆B.滚子式从动杆滚子式从动杆C.平底式从动杆平底式从动杆5凸轮轮廓曲线上各点的压力角是（凸轮轮廓曲线上各点的压力角是（）。）