《机械原理计算机辅助教与学》第四章凸轮机构及其设计PPT

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1、 第四章第四章 凸轮机构及其设计4.1 4.1 内容提要及基本概念内容提要及基本概念4.2 4.2 本章重点、难点本章重点、难点4.3 4.3 典型例题精解典型例题精解 4.1 内容提要及基本概念内容提要及基本概念 凸轮机构是一种结构简单且能实现任意复杂运动规律的机构，因而在各凸轮机构是一种结构简单且能实现任意复杂运动规律的机构，因而在各类机械中获得了广泛的应用。本章目的是掌握凸轮机构设计的基础知识，并类机械中获得了广泛的应用。本章目的是掌握凸轮机构设计的基础知识，并能根据生产实际需要的运动规律设计凸轮机构。能根据生产实际需要的运动规律设计凸轮机构。4.1.1 内容提要内容提要 凸轮机构的基本

2、概念、凸轮机构的分类及应用凸轮机构的基本概念、凸轮机构的分类及应用 从动件常用运动规律及其设计原则从动件常用运动规律及其设计原则 确定凸轮机构的基本尺寸确定凸轮机构的基本尺寸 反转法的基本原理及平面凸轮轮廓曲线的设计方法反转法的基本原理及平面凸轮轮廓曲线的设计方法4.1.2 基本概念复习基本概念复习1.凸轮机构的组成凸轮机构的组成如右图所示，凸轮机构由凸轮如右图所示，凸轮机构由凸轮1、从动件从动件2、机架、机架3三个构件组成。三个构件组成。本章内容包括本章内容包括11 2 3 3 2 2.凸轮机构的分类凸轮机构的分类 1)按凸轮形状分按凸轮形状分 盘形凸轮盘形凸轮 移动凸轮移动凸轮 圆柱凸轮圆

3、柱凸轮 端面凸轮端面凸轮 2)按推杆形状分按推杆形状分 尖顶尖顶从动件从动件 滚子滚子从动件从动件 平底平底从动件从动件 3)按推杆运动分按推杆运动分 直动从动件凸轮机构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 4)按维持高副接触的方式分按维持高副接触的方式分 力封闭力封闭（如（如重力、弹簧力等） 凹槽凸轮 等宽凸轮 几何形状封闭几何形状封闭（凹槽凸轮、 等宽凸轮 、 等径凸轮、主回凸轮） 等径凸轮 主回凸轮 3.凸轮机构的命名规则凸轮机构的命名规则 名称名称=“从动件的运动形式从动件的运动形式+从动件形状从动件形状+凸轮形状凸轮形状+机构机构” 实例：实例： 直动滚子从动件盘

4、形凸轮机构直动滚子从动件盘形凸轮机构 摆动滚子从动件圆柱凸轮机构摆动滚子从动件圆柱凸轮机构 4.凸轮机构的基本名词术语凸轮机构的基本名词术语反转法原理反转法原理为了研究的方便，将参考坐标系固定在凸轮上，并且给整个为了研究的方便，将参考坐标系固定在凸轮上，并且给整个机构施加一个与凸轮的角速度机构施加一个与凸轮的角速度大小相等、方向相反的角速度大小相等、方向相反的角速度- 的运动，此的运动，此时，并不改变凸轮与从动件之间的相对运动。而观察者看到的景象是凸轮将时，并不改变凸轮与从动件之间的相对运动。而观察者看到的景象是凸轮将静止不动，而从动件一边绕凸轮中心以静止不动，而从动件一边绕凸轮中心以- 角速

5、度反向旋转，同时，从动件还角速度反向旋转，同时，从动件还将沿其运动导路移动（若是移动从动件）、或绕其摆动中心摆动（指摆动从将沿其运动导路移动（若是移动从动件）、或绕其摆动中心摆动（指摆动从动件）。动件）。反转法是凸轮机构研究与轮廓设计的重要方法，必须重点掌握。反转法是凸轮机构研究与轮廓设计的重要方法，必须重点掌握。 凸轮机构的反转法原理凸轮机构的反转法原理实际廓线实际廓线 凸轮与从动件直接接触的轮廓曲线，也称工作廓线。看得见，凸轮与从动件直接接触的轮廓曲线，也称工作廓线。看得见， 摸得着。摸得着。 对于尖顶从动件，理论轮廓与实际轮廓重合。对于尖顶从动件，理论轮廓与实际轮廓重合。理论廓线理论廓线

6、 对于滚子从动件，反转时滚子中心相对于凸轮的轨迹。对于滚子从动件，反转时滚子中心相对于凸轮的轨迹。 对于平底从动件，反转时平底上任选一点相对于凸轮的轨迹。对于平底从动件，反转时平底上任选一点相对于凸轮的轨迹。基圆基圆对于尖顶从动件，以凸轮中心为圆心，实际轮廓上最小向径所作之圆。对于尖顶从动件，以凸轮中心为圆心，实际轮廓上最小向径所作之圆。 对于滚子从动件，以凸轮中心为圆心，理论轮廓上最小向径所作之圆。对于滚子从动件，以凸轮中心为圆心，理论轮廓上最小向径所作之圆。 基圆是设计凸轮廓线的基础，其半径用基圆是设计凸轮廓线的基础，其半径用r0表示。表示。理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓 偏距偏距 凸轮

7、回转中心到从动件移动导路中心线间的距离凸轮回转中心到从动件移动导路中心线间的距离e 。偏距圆偏距圆以凸轮回转中心为圆心，偏距为半径所作之圆。以凸轮回转中心为圆心，偏距为半径所作之圆。推程推程从动件从距凸轮中心最近点向最远点的运动过程。从动件从距凸轮中心最近点向最远点的运动过程。推程运动角推程运动角从动件从距凸轮中心最近点运动到最远点时，从动件从距凸轮中心最近点运动到最远点时， 凸轮所转过的角度凸轮所转过的角度 。远休止角远休止角从动件运动到最远点静止不动时，凸轮所转过从动件运动到最远点静止不动时，凸轮所转过 的的 角度角度s。偏距圆偏距圆e回程回程从动件从距凸轮中心最远从动件从距凸轮中心最远点

8、向最近点的运动过程。点向最近点的运动过程。回程运动角回程运动角从动件从距凸轮中从动件从距凸轮中心最远点运动到最近点时心最远点运动到最近点时 凸轮所转凸轮所转过的角度过的角度 。近休止角近休止角从动件运动到达最近从动件运动到达最近点静止不动时，凸轮所转过的角度点静止不动时，凸轮所转过的角度s。一个运动循环中，有一个运动循环中，有 + + s +s =360作者：潘存云教授Ot sh AssDBCBss 行程行程 从动件距凸轮回转中心最近点到最远点的距离从动件距凸轮回转中心最近点到最远点的距离h 。凸轮转角凸轮转角凸轮以从动件位于最近点作为初始位置而转过的角度凸轮以从动件位于最近点作为初始位置而转

9、过的角度。从动件位移从动件位移凸轮转过凸轮转过 角时，从动件相对于基圆的距离角时，从动件相对于基圆的距离s。从动件运动规律从动件运动规律从动件的位移、速度、加速度与凸轮转角（或时间）之从动件的位移、速度、加速度与凸轮转角（或时间）之 间的函数关系。间的函数关系。刚性冲击刚性冲击由于加速度发生突变，其值在理论上达到无穷大，导致由于加速度发生突变，其值在理论上达到无穷大，导致从动件从动件 产生非常大的惯性力。产生非常大的惯性力。柔性冲击柔性冲击由于加速度发生有限值的突变，导致由于加速度发生有限值的突变，导致从动件产生从动件产生有限值有限值的惯性的惯性 力突变而产生有限的冲击。力突变而产生有限的冲击

10、。压力角、许用压力角压力角、许用压力角从动件在高副接触点所受的法向力与从动件该从动件在高副接触点所受的法向力与从动件该点的速度方向所夹锐角点的速度方向所夹锐角 。压力角过大时，会使机。压力角过大时，会使机构的传力性能恶化。工程上规定其临界值为许用压构的传力性能恶化。工程上规定其临界值为许用压力角力角。不同的机器的许用压力角要求不同，凸轮。不同的机器的许用压力角要求不同，凸轮机构设计时要求机构设计时要求 。BvF 作者：潘存云教授BOs0sDds/dnnPv vr r0 0eCr0以上三种直动从动件中，平底从动件的压力角始终以上三种直动从动件中，平底从动件的压力角始终为为=0，在其他条件相同时，

11、尖顶从动件与滚子从在其他条件相同时，尖顶从动件与滚子从动件的压力角相等。动件的压力角相等。右图可用来推导压力角的计算公式，过程如下：右图可用来推导压力角的计算公式，过程如下：由由BCP得得 tan = =CP/BC= CP/（s+s0） （1）由由ODC得得 s0 = r20 +e2由瞬心法知，由瞬心法知，P点是瞬心，有点是瞬心，有 OP=v/=ds/dCP=OP-e= ds/d-e 代入（代入（1）式得）式得B=0vFBvFBvF1）直动从动件的压力角）直动从动件的压力角 压力角计算公式压力角计算公式增大基圆半径增大基圆半径 r r0 0 或增大偏距或增大偏距 e e 可减小压力角。可减小压