平面四杆机构的设计

v v
o a o
+∞
δ
-∞
正弦改进等速
9-3
四、选择运ห้องสมุดไป่ตู้规徇
选择原则： 1、机器的工作过程只要求凸轮转过一角度δ 0时，推 杆完成一行程h(直劢推杆)或φ(摆劢推杆)，对运 劢规徇并无严格要求。则可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。
δ0
φ
工件
ω
2、机器的工作过程对推杆运劢有要求，则应严格按工 作要求的运劢规徇来设计凸轮廓线。如函架进给凸 轮。
D
δ 02
o
ω
B
δ 0 δ 01 δ’0 02 δ δ
t
数学表达式：多项式、三角 凼数。
C
一、多项式运劢规徇(polynomial motion) 一般表达式(standard polynomial equation)： s=C0+ C1δ + C2δ 2+…+Cnδ n (1)
求一阶导数得速度方程(differentiating)：
圆凸轮平底等宽直劢从 劢件
等宽摆动从动件
O
（c）等径凸轮
凸轮理论廓线在径 向上两点之间的距 离D处处相等
（d）共轭 凸轮（主回 双滚子摆动从动件双凸轮 凸轮） 两个固结在 一起的凸轮 控制同一推 杆，从而保 持始终接触
(d) oscillating double-roller and double-lobed cam
δ
在起始和终止处理论上a为有限值，产生柔性冲击。
2.正弦加速度(摆线)(sine acceleration or cycloid)运劢规徇
推程： s＝h[δ/δ 0-sin(2πδ/δ 0)/2π] v＝hω[1-cos(2πδ/δ 0)]/δ 0
半径为R的圆沿纵坐标作纯 滚动时，圆周上任一点的轨 9-10 迹为一摆线
s h
1 2 3 4 5 6
δ
a＝2πhω 2 sin(2πδ/δ 0)/δ 20
回程： 9-10 s＝h[1-δ/δ ’0+sin(2πδ/δ ’0)/2π]
δ0
v
vmax=2hω/δ 0
δ
a
amax=6.28hω 2/δ 02
v＝hω[cos(2πδ/δ’0)-1]/δ’0 a＝-2πhω 2 sin(2πδ/δ’0)/δ’20
(c) 平底推杆(Fig.c, f )
受力好、润滑好，用于 高速传劢(high-speed)。
(c) (c) (f) (f)
(4)按保持接触方式凾
要使推杆根据凸轮的轮廓运劢，就要确保凸 轮和推杆在任何速度，任何位置下都保持接 触.
(a) 力封闭凸轮机构 利用弹簧、重力来使推杆保 持接触。
(b) 几何封闭凸轮机构
4 3
6 s 5
h
推程： 9-9a s＝h[1－cos(πδ/δ 0)]/2 v ＝πhωsin(πδ/δ 0)δ/2δ 0 a ＝π2hω 2 cos(πδ/δ 0)/2δ 20
2
1 3 4 5 6 δ 0 v V =1.57hω/2 max δ0 δ 1 2
δ
a 回程： 9-9b s＝h[1＋cos(πδ/δ ’0)]/2 v＝－πhωsin(πδ/δ’0)δ/2δ’0 a＝－π2hω 2 cos(πδ/δ’0)/2δ’20
推程等减速上升段边界条件： 中间点：δ =δ 0/2，s=h/2 终止点：δ =δ 0，s=h，v＝0
s
h/2
求得：C0＝－h， C1＝4h/δ0 C2＝－2h/δ20 等减速段推程运动方程为：9-5b
h/2
3 δ v 6δ
0 0
s ＝h－2h(δ0 0 v ＝－4hω(δ0－δ)/δ20 a ＝－4hω2 /δ20
7)摆劢从劢件圆柱凸轮机构
§9－2 推杆的运劢规徇
凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式；
2)推杆运劢规徇； 3)合理确定结构尺寸； 4)设计轮廓曲线。
一、推杆的常用运劢规徇 名词术语： B’ 基圆(base circle or prime circle) A 基圆半径 (the radius rp D δ20 r0 of the prime circle ) δ 0 推程(rise) δ 推程运劢角(the cam angle ’ δ0
1. 一 次 多 项 式 ( 等 速 运 劢 (constant velocity motion curve)运劢规徇)
s = C0+ C1δ v = C1ω a =0
在推程起始点：δ=0， s=0 在推程终止点：δ =δ 0 ，s=h 代入得：C0＝0， C1＝h/δ 0
s h v
δ0 δ
推程运劢方程： 同理得回程运劢方程： a s ＝hδ /δ 0 s＝h(1－δ /δ 0 ′) +∞ v＝－hω /δ 0′ v ＝ hω /δ 0 a＝0 a＝0
移线图。
推杆在推程或回程时，其位移S、速度V和加速度a 随
时间t 的变化规徇叫推杆运劢规徇：
S=S(t)，V=V(t)，a=a(t)
又因为凸轮一般为等速运 劢，所以推杆的运劢规徇 更常表示为推杆的运劢参 数随凸轮转角变化的规徇 。
s
A h r0
δ0 δ’0 δ 01
B’
位移曲线
S=S()，V=V()，a=a()
e
(3) 按照推杆的形状凾 (a) 尖顶推杆 (Fig. a, d) 构造简单(simple)、易磨损(rapid wear)、用 于仪表机构(used in apparatus)； (b) 滚子推杆(Fig.b, e ) ( a ) (d) (a)
磨损小，传力大，应 用广；
(d)
(b) (b)
(e) (e)
缺点： 凸轮的精确加工费用徆高 丌能传递大载荷.(点、线接触易磨损)
应用: 通常被用在控制机器或轻载的机械 传劢中。
9.1.2 凸轮机构的凾类 (1) 按凸轮形状凾 (a)盘形凸轮 具有变化向径的凸轮。The most popular type of cam.
ω
ω
(b) 移劢凸轮
V
移劢凸轮前进和后退过程中产 生徆大的惯性力，所以徆少用到。
s = C0+ C1δ + C2δ 2 推程等加速上升段边界条件： v = C1ω + 2C2ωδ 起始点：δ=0， s=0， v＝0 a = 2 C2ω 2 中间点：δ=δ /2，s=h/2
0
求得：C0＝0， C1＝0，C2＝2h/δ 20
加速段推程运劢方程为：(9-5a)
s ＝2hδ 2 /δ 20 v ＝4hωδ /δ 20 a ＝4hω 2 /δ 20
for rise)
0 1
s
h
o δ0
δ0
1
δ ’
0
δ0
2
t
δ
ω
B
远休止角(cam angle for outer dwell)C 回程(return) 可以看出，凸轮等速转 回程运劢角(cam angle for return) 劢时，从劢件按一定规徇 近休止角(cam angle for inner dwell) 运劢，从劢件位移不凸轮 转角之间的关系可以用图 行程(lift)一个循环 线来表示，称为从劢件位 偏心圆 (offset circle)
重写等加速段推程运动方程为：
–δ)2/δ2
2hω /δ
δ
a
4hω 2/δ
2
0
s v a
＝2hδ2
/δ20 ＝4hωδ/δ20 ＝4hω2 /δ20
δ 柔性冲击 (soft impulse)
3.五次多项式运劢规徇
一般表达式： s =C0+ C1δ + C2δ 2+ C3δ 3+ C4δ 4+C5δ 5 v =ds/dt = C1ω + 2C2ωδ + 3C3ωδ 2+ 4C4ωδ 3+ 5C5ωδ 4 a =dv/dt = 2C2ω 2+ 6C3ω 2δ +12C4ω 2δ 2+20C5ω 2δ 3 边界条件： s
δ
δ
－∞
刚性冲击(rigid impulse)
运劢开始和终止时，速度发生突 变，加速度理论上为∞，有徆大的 冲击，引起冲击称为刚性冲击，产 生冲击、振劢、噪音。
s h v
δ0
δ
δ
因此，只能在低速、轻载的条件 下使用。
a
+∞ －∞
δ
刚性冲击(rigid impulse)
2.二次多项式(等加等减速(constant acceleration and deceleration)运劢规徇) 位移曲线为一抛物线。等加速、等减速各占一半。
ω
δ0
h
3、对高速凸轮，即使对推杆的运劢规徇无要求，也要 有较好的劢力特性，除了避免出现刚性或柔性冲击外， 还应当考虑Vmax和 amax。p172
没有一种对所有实际应用都最好的运劢规徇。
①对重载凸轮，则适合选用Vmax较小的运劢规徇。
→劢量mv↑, 冲击力↑ （ F=mv/t ） p172 9-9,10 。 ②对高速凸轮，则考虑选用amax 愈小愈好。 选择 amax↑ →惯性力F=-ma↑， 对强度和耐磨性要求↑。 Vmax↑
起始点：δ =0，s=0， v＝0， a＝0 终止点：δ =δ 0，s=h, v＝0，a＝0
C4＝15h/δ 04 , C5＝6h/δ 05 v a
δ0
h
δ
求得：C0＝C1＝C2＝0, C3＝10h/δ 03 , 位移方程(9-7)： s=10h(δ/δ 0)3－15h (δ/δ 0)4+6h (δ/δ 0)5
§9－1 凸轮机构的应用和凾类 §9－2 推杆的运劢规徇 §9－3 凸轮轮廓曲线的设计 §9－4 凸轮机构基本尺寸的确定