武汉理工大学机械设计基础课件第3章

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三、从动件运动规律的选择 选择考虑因素：刚性冲击和柔性冲击
vmax和amax §3-3 盘状凸轮轮廓的设计 凸轮运动 一、 反转法 凸轮机构的相对运动情况： 凸轮1方向转+ 从动件移
凸轮静止 从动件移 +从动件以- 1 方向绕凸轮回中心转动

F" F '
当F’’f ＞ F’ 时发生自锁。
一般要求[] =30°～38°
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二、压力角与基圆半径的关系 复习：点的合成运动 动点相对于定参考系的运动，称为绝 对运动a动点相对于动参考系的运动， 称为相对运动.动参考系相对于定参考 系的运动，称为牵连运动, 点的速度合成定理：动点在某瞬时的 绝对速度等于瞬时牵连速度与相对速 度的矢量和。
在起始点及等加等减的交结点加速 度发生突变，产生柔性冲击，适宜 于中、低速，轻载场合。
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3.余弦加速度(简谐)运动规律 (Law of Cosine Acceleration Motion)
简谐运动——质点在圆周上作 匀速运动，它在该圆直径 上的 投影所构成的运动
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偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法） -
已知：S=S（），rb，e， ，rr
S
h 1 2 3 s2
1
rb

O
1'
1
s1 s2
2
1
s1
2

1
h
3
e
四、摆动尖顶动件凸轮机构的设计
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lim v0 0 开始a2= t 0 t
dv2 a2= =0 dt
开始、停止时加速度无穷大，惯性力也无穷大， 我们把加速度无穷大引起的冲击称刚性冲击.只 适用于低速和从动件质量较小的凸轮机构
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lim 0 v0 停止a2= t 0 t
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故：对外凸的凸轮轮廓曲线，应使 滚子半径rs小于理论轮廓曲线的最小 曲率半径。常取rs ≤0.8 ρmin
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本章英语主题词
凸轮轮廓 cam surface 盘形凸轮 disk cam 移动凸轮 translating cam 圆柱凸轮 cylindrical cam (drum cam) 尖端从动件 knife-edge (tip) follower 滚子从动件 roller follower 平底从动件 plain-faced follower 直动从动件 rectilinear translating follower 摆动从动件 pivoted follower 基圆 prime circle 行程 travel (stroke) 推程 actuating travel 回程 return travel 刚性冲击 rigid shock 柔性冲击 soft shock
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凸轮机构的应用及分类
内燃机配气凸轮机构
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凸轮机构的应用及分类
冲压机
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凸轮机构的应用及分类
2. 按从动件形式分 1）尖顶从动件 (Tip Follower)
位移线图
回程运动角 h ：与从动件回程相对应的凸轮转角 近休止角 s' ： 与从动件近休程相对应的凸轮转角
从动件行程: 在推程或回程中从动件的最大位移,用 h 表示； 偏 距 : 凸轮回转中心与从动件导路间的偏置距离,用 e 表示。
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2）滚子从动件 (Roller Follower)
3）平底从动件(Flat-faced Follower)
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凸轮机构的应用及分类
3. 按从动件 运动形式分 1）移动从动件 (Translating Follower)
2）摆动从动件( Oscillating )
§3-4 凸轮设计中应注意的问题
设计中要求受力良好，结构紧凑。
一、凸轮机构的压力角和自锁Pressure Angle And Self Lock 驱动力F与从动件绝对速度所夹锐角称为压力角。 沿导路方向(有用) F ' F cos 力F可分解为 ： 对导路的压力(有害 ) F " F sin
从动件始终与凸轮保持接触，从动件尖顶 的一系列位置——凸轮轮廓
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盘状凸轮轮廓的设计
二、对心尖顶直动从动件凸轮轮廓的设计(Line Translating Tip Follower Cams) 1.已知条件：基圆半径r0 , 凸轮的转动方向，从动件 的位移线图s2 = f(1) 2. 设计步骤 （1）按同一比例尺绘制 从动件位移线图和基圆。 （2）等分从动件位移 线图和基圆。
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凸轮机构的应用及分类
二、凸轮机构 的分类(Classification of Cams） 1. 按凸轮形状分 1）盘形凸轮 (Disk Cam) 2）移动凸轮 (Translating Cam) 3）空间凸轮(Spatial Cam)
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1)当 ρmin > rs 时,ρsmin>0, 2)当ρmin= rs 时,ρsmin= 0, 工 实际轮廓为一光滑曲线。 作轮廓上出现尖点,极易磨损， 会引起运动失真。
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演示
3)当ρmin< rs 时,ρsmin< 0， 实际轮廓将出现交叉现象，会引起运动失真。
三、滚子半径的选择(Selection of Roller Radius) 2. 凸轮理论轮廓为外凸时 1. 凸轮理论轮廓为内凹
s min min rs
理论轮廓
s min min rs
实际轮廓 实际轮廓 理论轮廓
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s2=R-R
cos
h 1 1 其中R= ； ( ) 2 t t
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即位移方程： 速度曲线方程：
ds2 h d1 hw v2 sin 1. . sin 1 dt 2 t t dt 2t t
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例1：凸轮的基圆半径为 r0 ，要求凸轮由图示位 置转过600时，从动件位移 S 20 mm ，求作凸轮 轮廓上的相应点M（ L 2mm/ mm）。
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例2：根据图示已知条件作出从动件与凸轮在 B点接触时的压力角 和从动件的位移 S B 。
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§3- 2从动件常用运动规律 一、基本术语 凸轮基圆 ： 以凸轮轴心为 圆心,以其理论轮廓最小向 径 r0为半径的圆； 推程运动角t ：与从动 件推程相对应的凸轮转 角 远休止角 s ：与从动件远 休程相对应的凸轮转角
（3）量取11’=C1B1,
22’=C2B2,… 得B1 ，B2 ，… （4）以光滑曲线连C0，B1，B2，…得凸轮轮廓曲线
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凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）
S
-
3 h 1 2 3 s2
h
s2 s 1
2 1
1 s1
2.等加速等减速运动规律 (Law of Constant Acceleration and Deceleration Motion) 从动件在前半推程（回程）作等加速 运动，在后半推程（回程）作等减速 运动，通常加速度和减速度绝对值相 等。
a2 a0 v2 a0t
1 s 2 a0 t 2 2
三、凸轮机构的工作原理
行程 行程 S
远休止角 B (,S) h C
近休止角 h
S’
B
’
A
e
S
基圆
O (A) B
S ’
D
2π

O
回程运动角 C 推程运动角
D 武汉理工大学 物流工程学院 罗齐汉 qhluo@
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二、从动件运动规律(Law of Motion of Follower ) 以推程为例进行分析 1. 等速运动规律(Law of Constant Velocity Motion) 从动件运动的速度为常数称为等速运动规律 v2=v0=常数 s2=v0t
s1
2

rb

O
1 1
1' 2'
3'
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三、移动滚子从动件凸轮机构(Translating Roller Follwer Disk Cams)的设计
演示
把滚子中心看成是 尖端从动件的尖点， 绘理论轮廓曲线， 然后以理论轮廓曲 线上各点为圆心画 一系列滚子圆，作 这些滚子圆的内包 络线为实际轮廓曲 线。（注意基圆半 径 r0 ）
vB 2 vB1 vB 2 B1
其中 VB2=V2 VB1=ω(r0+s2) V2=ω(r0+s2)tg