机械设计基础第四章

不论Fn有多大，都无法推
动从动件运动。
——自锁机械设计基础第四章
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❖ 凸轮机构的自锁: 从动件在驱动力作用下, 所 引起的摩擦力使机构不能产生运动的现象。
F yF nco ； sF xF nsin
压力角标志着机构的传力性能 压力角越小，传力性能越好
推程和回程压力角的区别
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❖ 极限压力角：机构开始自锁时的压力角。 ❖ 许用压力角：设计凸轮机构时允许采用的
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❖ 按从动件的结构型式分
尖顶从动件
构造简单、易磨损、用于仪表机构
滚子从动件
磨损小，应用广
平底从动件
受力小、润滑好，用于高速传动
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❖ 按从动件的运动方式分
直动从动件 摆动从动件
❖ 按保持接触方式分
力封闭接触 形封闭接触
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§4-2 从动件常用的运动规律
❖ 从动件的的位移、速度及加速度随时间变化 的规律。(s2~t, v2~t, a2~t)
第四章 凸轮机构及其他 间歇运动机构
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❖ 凸轮机构的应用和分类 ❖ 从动件常用的运动规律 ❖ 凸轮机构的压力角与基圆半径 ❖ 盘形凸轮轮廓曲线的设计 ❖ 常见的间歇运动机构
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§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮：具有一定形状的曲线 轮廓或凹槽的构件
凸轮机构的组成：凸轮、 从动件、机架
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简谐运动位移方程
s RRcos R(1cos)
❖ 从动件作简谐运动, 行程h=2R, 时间为t1,
R h， t
2
t1
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位移s2 方 h 2(程 1cot1st)
速度方 v22程 th1sint1t
加速度 a2 方 2t212 h程 cot1st
有柔性冲击
❖ 表示方法：运动方程，运动线图
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❖ 基圆及基圆半径 r0
❖ 推程：行程h，推程运
动角δ1
❖ 远停：远休止角δ2
❖ 回程：回程运动角δ3
❖ 近停：近休止角δ4
对心尖端直动从动件
盘形凸轮机构 机械设计基础第四章
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❖ 等速运动规律 ❖ 等加速等减速运动规律 ❖ 余弦加速度运动规律 ❖ 正弦加速度运动规律
[]机构自锁
压力角与凸轮尺寸的关系
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为什么r0取决于[α] ？
（1）r0 1tva2 设计基础第四章
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例题
已知一对心尖端直动从动件
盘形凸轮机构如图所示，凸轮是 以B点为中心的圆盘，A点为其回 转中心。试用作图法画出：
❖ 则R＝h/2π，θ＝2π·t/t1。
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位移 s2 方 h(tt1 程 21 si2 tn 1t)
速度v2方 th1(程 1co2t1st) 加速度 a2方 2t12hs程 i2 nt1 t
❖ 既无刚性冲击，又无柔性冲击。
❖ 适用高速场合。
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3-4-5多项式运动
❖ 压力角及其许用值 ❖ 压力角与基圆半径的关系
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一、压力角及其许用值
❖ 压力角：从动件所受法向力 方向与从动件运动方向之间 所夹的锐角。
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F yF nco ； sF xF nsin
Fx → 摩擦力Ff
Fy推动从动件运动，需 克服工作阻力FQ和Ff。
当Fy< Ff时，即使FQ=0，
(1)凸轮的基圆和基圆半径；
(2)凸轮机构的从动件尖端在图示 位置C点与凸轮接触时，从动件的 位移s；
(3)从动件尖端在图示C点和D点接
用于中速、中载场合
当从动件作连续运动时，
可用于高速
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四、正弦加速度运动规律
❖ 圆在一直线上作匀速纯滚动时，圆上某点 的运动轨迹为正摆线，这点在直线上的投 影点的运动为正弦加速度运动规律。
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m点的位移方程
sRRsinR(sin)
❖ 从动件的运动与m点相同， 行程h=2πR，时间为t1，
最大压力角。 直动从动件：[α]≤30° 摆动从动件：[α]≤35～45°
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二、压力角与基圆半径的关系
r=r0+s2 → r0=r- s2
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v2co svB1sin
vB1 r1
r v2
1 tan
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r0
1
v2
tan
s2
，r0，r， 结构紧凑
v2 a0 (t1 t )
s 12 a 机械设计2基础第四章 0 (t1 t ) 2
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❖柔性冲击: 从动件的加速度发生有 限突变时对凸轮机构造成的冲击。
❖等加速等减速运动规律适用于中速、 轻载场合。
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三、余弦加速度运动规律
❖ 即简谐运动规律 当一个动点M作等速圆周运动时， M在这个圆的直径上投影点的运动 为简谐运动。
❖ 无刚性冲击、柔性冲击
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从动件运动规律的选择原则：
❖ 满足工作对运动规律的要求 ❖ 为避免刚性冲击，速度曲线必须连续；
为避免柔性冲击，加速度曲线也必须连续。 ❖ 尽量减小速度和加速度的最大值。 ❖ 凸轮便于加工和动力特性
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§4-3 凸轮机构的压力角与基圆半径
F=3n-2PL-2PH
=3×2-2×2-2×1=1
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3
内
燃
机
的
凸
轮
配
气
机
构
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4
绕线机的凸轮绕线机构
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5
缝纫机的凸轮拉线机构
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6
移动凸轮机构
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分类
❖ 按凸轮的形状分
盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
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❖ 从动件在行程中，先作等加速运动，后 作等减速运动。前半行程和后半行程对 称，等加速等减速的加速度绝对值相等， 即行程结束时，速度为零。
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柔性冲击
等加速阶段（ 0～ t1 / 2)
a2 a0
v2 a0 t
s2
1 2
a0
t2
等减速阶段（ t1 / 2～ t1 )
a2 a0
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一、等速运动规律
v2
h t1
常数
s2
v2
t
h t1
t
a2 0
刚性冲击
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❖ 从动件的速度有突变，加速度理论上 发生无穷突变，产生巨大的惯性力， 从而对凸轮机构造成强烈冲击。
❖ 匀速运动规律适用于低速轻载的凸轮 机构。
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二、等加速等减速运动规律