机械原理第九章凸轮机构及其设计PPT课件

组合原则 要保证在衔接点上运动参数保持连续；在运动的 始末处满足边界条件。
3．推杆的运动规律的选择 1）机器的工作过程只要求凸轮转过角度δ0时，推杆完成一 个行程 h或角行程Φ，而对其运动规律并未作严格要求。 在此情况下，可考虑采用圆弧、直线或其他简单曲线为凸轮 廓线。 例9-1 主令开关中的凸轮机构
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2．凸轮机构的分类
凸轮机构的应用和分类(2/2)
（1）按凸轮的形状分 1）盘形凸轮（移动凸轮） 2）圆柱凸轮
（2）按推杆形状及运动形式分
1）尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆 2）对心直动推杆、偏置直动推杆和摆动推杆
（3）按保持高副接触方法分
1）力封闭的凸轮机构 2）几何封闭的凸轮机构
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§9-2 推杆的运动规律
1．名词术语及符号
基圆 推程 远休 回程 近休
基圆半径 r0 推程运动角 δ0 远休止角 δ01 回程运动角 δ0′ 近休止角 δ02
行程 h
推杆运动规律：
s＝ s(t) ＝ s(δ ) v＝ v(t) ＝ v(δ ) a＝ a(t) ＝ a(δ )
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Baidu Nhomakorabea杆的运动规律(2/4)
2．推杆常用的运动规律 推杆的多项式运动规律的一般表达式为： s = C0+C1δ+C2δ 2+…+Cnδ n
（2）摆动推杆盘形凸轮廓线的设计 1）摆动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计 2）摆动滚子推杆盘形凸轮廓线的设计 3）摆动平底推杆盘形凸轮廓线的设计
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凸轮轮廓曲线的设计(4/4)
结论 摆动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计方法与直动尖顶推 杆盘形凸轮廓线的设计方法基本类似，所不同的是推杆的预期运 动规律及作图设计中都要用到推杆的角位移φ 表示，即将直动推 杆的各位移方程中的位移s改为角位移φ , 行程h改为角行程Φ，就 可用来求摆动推杆的角位移了。
1）偏置直动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计 2）偏置直动滚子推杆盘形凸轮廓线的设计 3）对心直动平底推杆盘形凸轮廓线的设计
结论 尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计是滚子推杆和平底推杆 盘形凸轮廓线设计的基本问题及方法。
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凸轮轮廓曲线的设计(3/4)
总结 对于滚子推杆（或平底推杆）的盘形凸轮廓线的设 计，只要先将其滚子中心点（或推杆平底与其导路中心线的交 点）视为尖顶推杆的尖顶，就可用尖顶推杆盘形凸轮廓线的设 计方法来确定出凸轮理论廓线上各点的位置；然后再以这些点 为圆心作出一系列滚子圆（或过这些点作一系列平底推杆的平 底线），再作出此圆族（或直线族）的包络线。即得所设计凸 轮的工作廓线。
第九章 凸轮机构及其设计
§9-1 凸轮机构的应用和分类 §9-2 推杆的运动规律 §9-3 凸轮轮廓曲线的设计 §9-4 凸轮机构基本尺寸的确定
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§9-1 凸轮机构的应用和分类
1．凸轮机构的应用 （1）实例
内燃机配气凸轮机构 自动机床进刀机构 自动机床凸轮机构 （2）特点 适当的设计凸轮廓线可实现各种运动规律，结构简单，紧凑； 但易磨损，传力不大，而且凸轮制造较困难。
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凸轮轮廓曲线的设计(2/4)
（2）凸轮廓线设计方法的基本原理 在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而其推杆相对凸 轮作反转运动，同时又在其导轨内作预期运动，作出推杆在这种 复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓 线。这就是凸轮廓线设计方法的反转法原理。
2．用作图法设计凸轮廓线 （1）直动推杆盘形凸轮廓线的设计
凸轮廓线设计的方法： 作图法和解析法
1．凸轮廓线设计的基本原理 无论是采用作图法还是解析法设计凸轮廓线，所依据的基本 原理都是反转法原理。 例9-2 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构 （1）凸轮的轮廓曲线与推杆的相对运动关系 当给整个凸轮机构加一个公共角速度－ω，使其绕凸轮轴心 转动时，凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其导轨作反转运动， 另一方面又沿导轨作预期的往复运动。 推杆在这种复合运动中， 其尖顶的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线。
§9-4 凸轮机构基本尺寸的确定
1．凸轮机构的压力角 （1）凸轮机构中的作用力
式中δ 为凸轮转角；s为推杆位移；C0，C1，C2，…Cn为待定系数， 可利用边界条件等来确定。
（1）多项式运动规律 1）一次多项式运动规律（等速运动规律）
推程时：s = hδ /δ0 在始末两瞬时有刚性冲击。
2）二次多项式运动规律（等加速等减速或抛物线运动规律） 推杆等加速推程段： s = 2hδ 2/δ02
（3）直动推杆圆柱凸轮廓线的设计
3．用解析法设计凸轮的轮廓曲线
用解析法设计凸轮廓线，就是根据工作所要求的推杆运动规 律和已知的机构参数，求凸轮廓线的方程式，并精确地计算出凸 轮廓线上各点的坐标值。
（1）偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构 （2）对心直动平底推杆盘形凸轮机构 （3）摆动滚子推杆盘形凸轮机构
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2）机器的工作过程对推杆的运动规律有完全确定的要求。 此时只能根据工作所需要的运动规律来设计。
3）对于速度较高的凸轮机构，还应考虑该种运动规律的速 度最大值vmax、加速度最大值amax和跃度的最大值 jmax等。（表9-1）
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§9-3 凸轮轮廓曲线的设计
当根据凸轮机构的工作要求和结构条件选定了其机构的型式、 基本尺寸、推杆的运动规律和凸轮的转向之后，就可以进行凸轮 轮廓曲线的设计了。
推杆等减速推程段： s = h－2h(δ0－δ )2/δ02
在始、中、末三瞬时有柔性冲击。
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推杆的运动规律(3/4)
3）五次多项式运动规律（3-4-5多项式运动规律）
s＝10hδ 3/δ03－15hδ 4/δ04＋6hδ 5/δ05
既无刚性冲击，又无柔性冲击。
说明 对于多项式运动规律，其多项式中待定系数的数目应 与边界条件的数目相等，其数目多少应根据工作要求来确定。但 当边界条件增多时，会使设计计算复杂，加工精度也难以达到， 故通常不宜采用太高次数的多项式。
（2）三角函数运动规律
1）余弦加速度运动规律（简谐运动规律） 推程时：s＝h[1－cos(πδ /δ0)]/2 在始、末两瞬时有柔性冲击。
2）正弦加速度运动规律（摆线运动规律）
推程时：s＝h[(δ /δ0)－sin(2π δ /δ0) /(2π)]
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推杆的运动规律(4/4)
既无刚性冲击，又无柔性冲击。 （3）组合型运动规律