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1、,凸轮机构,1 凸轮机构的特点、应用与分类2 从动件运动规律及其选择3 凸轮轮廓曲线的设计4 盘形凸轮机构基本尺寸的确定,总目录,退出系统,凸轮机构-含有凸轮的高副机构,教学计划,课次一,课次二,1 凸轮机构的特点、应用与分类,一、凸轮机构的组成、特点与应用,基本组成：1-凸轮 一般为主动件 2-推杆 一般为从动件 3-机架,1.凸轮机构的组成,附加装置：4-锁合装置 其作用是保 持高副锁合（封闭）,2.凸轮机构的特点、应用及其实例,(1)推杆可实现各种预期 的运动规律；,用于传力不大的控制和调节装置,凸轮+推杆+机架（+锁合装置）,在印刷机中的应用,在转位设备中的应用,在机加工中的应用,第四
2、章 凸轮机构,(3)结构简单，构件少。,(2)凸轮与推杆高副接触，传力小；,凸轮机构在印刷机中的应用,第四章 凸轮机构,凸轮机构在转位设备中的应用,第四章 凸轮机构,凸轮机构在机加工中的应用,第四章 凸轮机构,二、凸轮机构的分类与命名,用一例说明，对图示凸轮机构作如下分析：,凸 轮 形 状：,那么，该凸轮机构的名字可以命为：,力锁合对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构,盘形凸轮,（对心）直动,尖顶,重力锁合,可以组合出多种类型的凸轮机构,第四章 凸轮机构,单击鼠标继续,高副的锁合方式：,运动副元素形状：,从动件运动形式：,单击鼠标继续,更多类型,偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构,对心直动滚子从动件盘形
3、凸轮机构,尖顶摆动从动件盘形凸轮机构,对心直动平底从动件盘形凸轮机构,滚子摆动从动件盘形凸轮机构,平底摆动从动件盘形凸轮机构,第四章 凸轮机构,空间凸轮机构,形锁合凸轮机构,等宽凸轮 等径凸轮 主回凸轮,第四章 凸轮机构,2 从动件运动规律及其选择,一、从动件位移与凸轮转角的对应关系,偏 距:凸轮回转中心与从动件 导路间的偏置距离,用 e 表示。,推 杆,凸 轮,从距凸轮转动中心最近最远,=推程,-推程运动角0(0),在最远处停止不动,=远休,-远休止角s(01),从距凸轮转动中心最远最近,=回程,-回程运动角0(0),在最近处停止不动,=近休,-近休止角s(01),凸轮基圆：以凸轮转动中心
4、为圆心,以其轮廓最小向径r0 为 半径的圆；,从动件行程:在推程或回程中 从动件的最大位移,用 h 表示；,二、从动件常用运动规律,二、从动件常用运动规律,第四章 凸轮机构,1.等速运动规律,位移：,速度：,加速度：,（以推程为例分析）,二、从动件常用运动规律,等速运动特点：在行程的起始和终止位置有刚性冲击，适用于低速。,第四章 凸轮机构,1.等速运动规律,刚性冲击当速度有突变时，理论上加速度为无穷大，此时推杆上的惯性力产生的冲击。,2.等加速等减速运动规律,第四章 凸轮机构,位移：,速度：,加速度：,（以推程为例分析）,2.等加速等减速运动规律,第四章 凸轮机构,等加速等减速运动特点：在行程
5、的起始、中间和终止 位置有柔性冲击，适用于中速。,柔性冲击当加速度有突变时，推杆上的惯性力 产生的冲击。,3.余弦加速度(简谐)运动规律,第四章 凸轮机构,（以推程为例分析）,位移：,速度：,加速度：,3.余弦加速度(简谐)运动规律,第四章 凸轮机构,余弦加速度运动特点：在行程的起始和终止位置 有柔性冲击，适用于中速。,4.正弦加速度(摆线)运动规律,第四章 凸轮机构,正弦加速度运动特点：无冲击，适用于高速,5.改进型等速运动规律,第四章 凸轮机构,特点：满足等速要求且无冲击，适用于高速,三、从动件运动规律的选择,第四章 凸轮机构,1.首先考虑满足机器工作要求,2.考虑使机器有良好的动力特性,
6、3.考虑凸轮加工方便,简单 h-关系简单曲线,模拟函数关系别无选择,主令开关,三、从动件运动规律的选择,第四章 凸轮机构,考虑因素：冲击、速度幅值Vmax、加速度幅值amax,对于重载凸轮机构：应选择Vmax值较小的运动规律；对于高速凸轮机构：应选择amax值较小的运动规律。,高速凸轮,第四章 凸轮机构,一、凸轮轮廓设计基本原理,3 凸轮轮廓曲线的设计,第四章 凸轮机构,1.直动尖顶从动件盘形凸轮,单击进入动态演示,二、图解法设计凸轮轮廓,第四章 凸轮机构,1.直动尖顶从动件盘形凸轮,二、图解法设计凸轮轮廓,已知：凸轮逆时针回转，其基圆半径r0、偏距e及从动杆运动规律为：,（1）作从动件位移线
7、图,第四章 凸轮机构,1.直动尖顶从动件盘形凸轮,（2）作凸轮机构初始位置,（3）找从动杆的反转位置,（4）量取从动杆在各反转位置上的位移,（5）将从动杆末端各点连成光滑曲线,（1）作从动件位移线图,2.直动滚子从动件盘形凸轮,（1）将滚子中心视为尖顶，按尖顶从动杆设计一凸轮轮廓理论轮廓。,（2）以理论轮廓上各点为圆心，滚子半径为半径，作一系列滚子圆，并作滚子圆族的包络线工作轮廓。,3.直动平底从动件盘形凸轮,（1）将从动杆导路中心线与平底的交点视为尖顶，按尖顶从动杆设计方法找到从动杆末端的一系列点的位置。,（2）过从动杆末端各点作一系列平底直线，并作平底直线族的包络线工作轮廓。,4.摆动从动
8、件盘形凸轮,单击进入动态演示,注意：（1）从动件位移表示的为角位移；,（2）找从动件反转位置时，应保持凸轮转动中心与从动杆摆动中心距离不变。,空间凸轮机构,第四章 凸轮机构,滚子中心 B：,理论轮廓方程,工作轮廓上B：,工作轮廓方程,注意：e的正负：凸轮逆时针，e偏在右侧时为正；e偏在左侧为负；凸轮顺时针，e偏在右侧时为负；e偏在左侧为正；,三、解析法设计凸轮轮廓,4 盘形凸轮机构基本尺寸的确定,求解:轮廓,已知:运动规律,+r0+rr+b+e,4 盘形凸轮机构基本尺寸的确定,一、凸轮机构的压力角及其许用值,压力角:从动件在与凸轮轮廓接触点B处所受正压力的方向与从动件上点B的速度方向之间所夹的
9、锐角。它是反映凸轮机构受力情况的一个重要参数。,通常规定：max 许用压力角的推荐值为：推程：直动从动件=3040 摆动从动件=3545 回程：=7080,第四章 凸轮机构,二、凸轮基圆尺寸的确定,可根据许用压力角计算基圆半径,1.由压力角确定,2.由凸轮结构确定,根据凸轮与轴的结构关系由经验确定基圆。,凸轮轴：r0r,轴毂连接:r0=(1.62.0)r,二、凸轮基圆尺寸的确定,1.由压力角确定,三、滚子半径的选择,（2）凸轮理论轮廓为外凸时：,1)当rr时,a0,2)当rr时,a 0，出现“失真”,（1）凸轮理论轮廓为内凹时：,凹,凸,不失真的条件：滚子半径 rrmin 对于外凸的凸轮轮廓曲
10、线,应使滚子半径小于理论廓线的最小曲率半径.,滚子尺寸的确定：保证不失真 同时保证具有一定的强度 常取：rr=(0.10.15)r0,运动失真:当凸轮的实际轮廓推动从动杆运动时，不能准确实现预期的运动规律。,2)当rr时,a 0，出现“失真”,四、平底尺寸的确定,P,平底宽度：,填空题：（1）在凸轮机构几种基本的从动件运动规律中，运动规律产生刚性冲击，运动规律产生柔性冲击，运动规律则没有冲击。（2）设计滚子推杆盘形凸轮机构的廓线时，若发现凸轮廓线有变尖现象，则在尺寸参数的改变上应采取的措施是 或。（3）滚子从动杆盘形凸轮，它的实际廓线是理论廓线的 曲线。（4）维持凸轮与从动杆高副接触封闭的方法
11、有、。（5）凸轮机构中的压力角是 和 所夹的锐角。,练一练,目录索引,1 凸轮机构的特点、应用与分类,凸轮机构的组成凸轮机构的特点、应用及其实例凸轮机构的分类与命名,2 从动件运动规律及其选择,从动件位移与凸轮转角的对应关系从动件运动规律从动件运动规律的选择,3 按预定运动规律设计盘形凸轮轮廓,凸轮轮廓设计基本原理凸轮轮廓设计,4 盘形凸轮机构基本尺寸的确定,凸轮机构的压力角及其 许用值按许用压力角确定凸轮 的基本尺寸按凸轮全部外凸条件确定 凸轮基圆半径滚子半径的选择,*主要参考资料,*知识拓展,知识拓展,（1）根据工作要求和使用场合选择或设计从动件的运动规律，是现代凸轮机构设计中至关重要的一
12、步，它将直接影响凸轮机构的运动和动力特性。本章介绍了从动件五种常用运动规律及其适用场合，并简要介绍了运动规律组合需要满足的条件及其组合方法。在实际工程中，为了获得更好的运动和动力特性，还经常需要选择或设计其它形式的运动规律，如改进梯形加速度运动规律、改进正弦加速度运动规律等。关于这方面的详细情况可参阅邹慧君、董师予等编译的凸轮机构的现代设计一书（上海：上海交通大学出版社，1991）。该书是根据美国著名机构学教授F.Y.Chen所著的凸轮机构的权威著作 Mechanics and Design of Cam Mechanisms一书编译的。书中除介绍了若干改进型及组合型的运动规律、用复杂多项式和
13、傅里叶级数表示的运动规律外，还论述了用有限差分法使从动件运动规律曲线光滑的方法。鉴于从动件运动规律的设计在现代凸轮机构设计中的重要性，迄今为止，仍有不少学者在致力于这方面的研,知识拓展,究。除继续探寻更好的运动规律外，还致力于研究更为有效的方法，以便使用这些方法创造出满足工作要求且性能更为优良的运动规律。（2）在设计凸轮机构时，需要恰当选择机构的某些参数，如基圆半径等。若这些参数选择不当，则可能造成压力角过大或产生运动失真现象。本章着重讨论了移动从动件盘形凸轮机构设计中，由于参数选择不当可能造成的问题及应采取的对策，并推导了有关的方程式。虽然对于摆动从动件盘形凸轮机构和其它类型的凸轮机构，这些
14、方程式是不同的，但为了防止压力角过大和避免运动失真，也需要对其进行类似的研究。根据给定的参数,也能够推导出类似的方程式。有兴趣的同学可参阅S.Molian所著的The Design of Cam Mechanisms and Linkages一书（London：Constable，1968）。此外，在邹慧君、董师予等人根据F.YChen的专著所编译的凸轮机构的现代设计一书中，也对摆动从动件盘形凸轮机构的压力角与凸轮基本尺寸的关系，以及凸轮廓线最小曲率半径的求法，作,知识拓展,了较详细的论述，并给出了有关的诺模图。(3)本章在研究凸轮机构的运动设计时，是把机构中除力封闭弹簧外的各构件均视为绝对刚
15、体，不考虑弹簧及各构件弹性变形对运动的影响。在这种情况下，从动件工作端 的运动规律，仅取决于凸轮廓线的形状。这种将凸轮机构按刚性系统来处理的方法，称为凸轮机构的静态分析和静态设计。它适用于系统刚性较大、构件质量较轻的中、低速凸轮机构。当凸轮机构运转速度较高、构件刚性较低时，由于构件的惯性力相当大，构件的弹性变形的影响便不能忽略，在这种情况下，应将整个系统看成是一个弹性系统。这种将凸轮 机构按弹性系统来分析和设计的方法，称为凸轮机构的动态分析和动态设计，它比静态分 析和设计要复杂得多。关于这方面的情况，可参阅孔午光所著高速凸轮（北京：高等 教育出版，1992）一书。书中首先介绍了高速凸轮运转时的
16、真实运动情况，以及引起凸轮从动件系统振动的原因和减小振动的途径；然后讨论了高速凸轮机构的,知识拓展,弹性动力模型和运动方程，以及确定从动件系统工作端真实运动的方法；最后详细介绍了高速凸轮运动曲线的设计，包括连接基圆和工作段与过渡段运动曲线的设计问题。(4)随着计算机技术的迅猛发展，计算机在工程设计领域已获得广泛应用，并在优化设计、计算机辅助设计和专家系统等方面取得了惊人的成就。在凸轮机构设计中，如何发展通用有效的CAD系统和引入专家系统或人工智能CAD系统，已成为当前一些机构学工作者研究的热点。有关这方面的情况，可参阅赵韩、丁爵曾等人编著的凸轮机构设计（北京：高等教育出版社，1993）一书。书
17、中除介绍了一种较为通用的凸轮机构优化设计程序外，还着重对凸轮机构的CAD系统、凸轮机构设计的专家系统、以及凸轮机构的Expert/CAD系统作了较详细的介绍，并附有算例和部分源程序。其中，Expert/CAD系统是专家系统与CAD系统的有机结合，它在很大程度上弥补了单一的CAD系统或专家 系统的不足，因此可以更为有,知识拓展,效地用于凸轮机构的设计。(5)剖析和掌握现有机械设备，尤其引进设备中的关键技术，是促进我国科技现代化的重要措施之一。凸轮机构的检测和反求，是研究有关自动机械设备时涉及的一项重要内容，正日益引起人们的重视。有关这方面的内容，可参阅石永刚、徐振华编著的凸轮机构 设计（上海：上
18、海科学技术出版社，1995）一书。这是一本有关凸轮机构设计的专著，书中除介绍了从动件运动规律设计、凸轮廓线设计、凸轮机构基本尺寸设计、凸轮机构计算机辅助设计等内容外，还介绍了凸轮机构设计的新进展，包括反求设计、动态设计等，是一本系统研究凸轮机构的参考书。,参考文献,1.黄锡恺、郑文纬主编 机械原理（北京：高等教育出版社，1989）2.孙恒、陈作模主编.机械原理（北京：高等教育出版社，1999）3.朱友民滚子摆动从动杆盘状凸轮机构的合理设计方法（重庆：重庆大学学报，1984第3期）4.华大年、唐之伟主编 机械分析与设计（北京：纺织工业出版社，1985）5.孔午光 高速凸轮的判定准则（中国机械工程学会第三届机构 学年会论文.西安：西安交通大学，1985）6.盛启舜主编 机器动力学（西安：西北纺织工学院，1983）,进 入 下一章学习,回本章首页,该下课了！,
