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1、学习情境学习情境 三三凸轮机构和间歇运动机构的凸轮机构和间歇运动机构的运动分析与设计运动分析与设计能够认知凸轮机构的类型、特点并合理利用。能够认知凸轮机构的类型、特点并合理利用。能够认知常见间歇运动机构的类型、特点并合理利用。能够认知常见间歇运动机构的类型、特点并合理利用。能够初步运用凸轮机构和间歇运动机构进行机械创新能够初步运用凸轮机构和间歇运动机构进行机械创新设计。设计。能力目标能力目标3.1 3.1 凸轮机构的组成、应用及分类凸轮机构的组成、应用及分类u 3.2 3.2 凸轮机构的工作过程及从动件的运动规律凸轮机构的工作过程及从动件的运动规律u 3.3 3.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓
2、曲线的设计u 3.4 3.4 常见间歇运动机构的工作原理及应用常见间歇运动机构的工作原理及应用学习内容学习内容内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构绕线机中排线凸轮机构绕线机中排线凸轮机构案例导入案例导入3.1 凸轮机构的组成、应用及分类凸轮机构的组成、应用及分类一、一、凸轮机构的组成、应用及分类凸轮机构的组成、应用及分类1、凸轮机构的组成、应用及特点凸轮机构的组成、应用及特点凸轮机构凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个构件组成的是由凸轮、从动件和机架三个构件组成的高副机构高副机构。 其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般作其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般作等速连续转动，也有作往
3、复移动的。等速连续转动，也有作往复移动的。2、凸轮机构的应用、凸轮机构的应用靠模车削移动凸轮机构靠模车削移动凸轮机构刀具进给槽型凸轮机构刀具进给槽型凸轮机构3、凸轮机构的特点、凸轮机构的特点优点优点：只要设计出适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任只要设计出适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便，因此在意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便，因此在自动机床、轻工机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、自动机床、轻工机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、包装机械和机电一体化产品中得到广泛应用。包装机械和机电一体化产品中得到广泛应用。缺点缺点：凸轮与从动件间为点接触
4、或线接触，易磨损，只宜凸轮与从动件间为点接触或线接触，易磨损，只宜用于传力不大的场合；凸轮轮廓精度要求较高，常采用数用于传力不大的场合；凸轮轮廓精度要求较高，常采用数控机床进行加工；从动件的行程不能过大，否则会使凸轮控机床进行加工；从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重等。变得笨重等。 二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类1.按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类(1) 盘形凸轮盘形凸轮(2) 移动凸轮移动凸轮(3) 圆柱凸轮圆柱凸轮2.按从动件的结构形式分类按从动件的结构形式分类(1)尖顶从动件尖顶从动件(2)滚子从动件滚子从动件(3)平底从动件平底从动件3.按从动件的运动形按从动件的运动形式
5、和相对位置分类式和相对位置分类(1)直动从动件直动从动件(2)摆动从动件摆动从动件4按凸轮与从动件维持高副接触（锁合）的方式分类按凸轮与从动件维持高副接触（锁合）的方式分类(1) 力锁合力锁合(2) 几何锁合几何锁合 从动件的运动规律是指其运动参数从动件的运动规律是指其运动参数( (位移位移s s、速度、速度v v和加和加速度速度 ) )随凸轮转角的变化规律，常用运动线图来表示。随凸轮转角的变化规律，常用运动线图来表示。 3.2凸轮机构的工作过程及从动件的运动规律凸轮机构的工作过程及从动件的运动规律凸轮的轮廓形状取决于从动件的运动规律。凸轮的轮廓形状取决于从动件的运动规律。本节分析凸轮机构的工
6、作过程及从动件的运动规律本节分析凸轮机构的工作过程及从动件的运动规律l 回程运动角回程运动角， h h l 休止角休止角， s s、 s sl 行程（行程（推程或回程中移动的距离推程或回程中移动的距离），h hl 运动线图：运动线图：从动件的从动件的位移位移s s、速度、速度v、加速度、加速度a等随等随时间时间t t或或凸轮转角凸轮转角 变化的关系图。变化的关系图。 t推程角推程角 s远休止角远休止角 h回程角回程角 s近休止角近休止角hABCDArb t s h s 一、凸轮机构的工作过程一、凸轮机构的工作过程ts0l 基圆基圆，基圆半径基圆半径r rb bl 推程运动角推程运动角， t1、
7、等速运动规律、等速运动规律推程推程回程回程从动件在推程（或回程）开从动件在推程（或回程）开始和终止的瞬间速度突变始和终止的瞬间速度突变加速度和惯性力非常大加速度和惯性力非常大低速轻载场合低速轻载场合二、从动件的常用运动规律二、从动件的常用运动规律21t21t20hshva12h21h2(1)0shhva2、等加速等减速运动规律、等加速等减速运动规律推推程程等等加加速速推推程程等等减减速速加速度有限值的突加速度有限值的突变变惯性力突变惯性力突变柔性冲击柔性冲击中速轻载场合中速轻载场合2212t1212t2122t244hshvha22t12t12t12t2122t2()4()4hshhvha3、
8、简谐运动规律（余弦加速度运动规律）、简谐运动规律（余弦加速度运动规律）s sa123456v vhtn冲击特性：冲击特性：起、末点柔性冲击起、末点柔性冲击n适用场合：适用场合：中速中载中速中载4、摆线运动规律（正弦加速度运动规律、摆线运动规律（正弦加速度运动规律）av0 1 2 3 4 5 6 7 8htttsn冲击特性：冲击特性：无冲击无冲击n适用场合：适用场合：高速场合高速场合三、从动件运动规律的选择三、从动件运动规律的选择 凸轮轮廓曲线完全取决于从动件的运动规律凸轮轮廓曲线完全取决于从动件的运动规律。 选择从动件运动规律时，选择从动件运动规律时，主要考虑以下方面：主要考虑以下方面： （1
9、）满足工作要求）满足工作要求 （2）加工制造方便）加工制造方便 （3）动力特性要好）动力特性要好 在实际应用时，或者采用单一的运动规律，或者采用在实际应用时，或者采用单一的运动规律，或者采用几种运动规律的配合，应视推杆的工作需要而定。原则上几种运动规律的配合，应视推杆的工作需要而定。原则上应注意减轻机构中的冲击。应注意减轻机构中的冲击。反转后尖顶的运动轨迹即是凸轮的理论廓线。反转后尖顶的运动轨迹即是凸轮的理论廓线。一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理 反转法原理反转法原理3.3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计 以凸轮作动参考系，按相对以凸轮作动参考系，按相对运动原
10、理设计凸轮轮廓曲线的方运动原理设计凸轮轮廓曲线的方法即称为法即称为反转法反转法。已知：已知：从动件的位移运动规律，如图从动件的位移运动规律，如图a所示，凸轮的基圆半径所示，凸轮的基圆半径rb，以及，以及凸轮以等角速度凸轮以等角速度 1顺时顺时针回转，试设计此凸轮的轮廓曲线。针回转，试设计此凸轮的轮廓曲线。作图步骤作图步骤(见图见图b）：）：二、常用凸轮轮廓曲线的设计二、常用凸轮轮廓曲线的设计1. 1. 对心尖顶直动从动件盘形凸轮廓曲线的设计对心尖顶直动从动件盘形凸轮廓曲线的设计（1）将如图）将如图a所示的已知从动件的位移线图的所示的已知从动件的位移线图的横坐标用若干点等分分段。横坐标用若干点等
11、分分段。（2）以）以rb为半径作基圆。此基圆与导路的交点为半径作基圆。此基圆与导路的交点A0便是从动件尖顶的起始位置。便是从动件尖顶的起始位置。（3）自）自OA0沿沿 1的相反方向取角度的相反方向取角度 t、 h、 s，并将它们各分成与图并将它们各分成与图3-11b对应的若干等分，得对应的若干等分，得A1、A2、A3、。连接。连接OA1、OA2、OA3、，它们便是反转后从动件导路的各个，它们便是反转后从动件导路的各个位置。位置。（4）量取各个位移量，即取）量取各个位移量，即取A1 A1=11、 A2A2=22、 A3 A3=33、，得反转后尖，得反转后尖顶的一系列位置顶的一系列位置A1、A2、
12、A3、。（5）将）将A0、A1、A2、A3、，连成光滑曲线，连成光滑曲线，便得到所求的凸轮轮廓，如图便得到所求的凸轮轮廓，如图b。图图a图图b2. 2. 对心滚子移动从动件盘形凸轮廓线的设计对心滚子移动从动件盘形凸轮廓线的设计（1）把滚子中心看作尖顶从动把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，按照件的尖顶，按照对心尖顶对心尖顶的方的方法画出一条理论轮廓曲线法画出一条理论轮廓曲线0 。 （方法步骤同尖顶从动件）（方法步骤同尖顶从动件）（2）以以0上各点为中心，以滚上各点为中心，以滚子半径为半径，画一系列圆。子半径为半径，画一系列圆。（3）作这些圆的包络线，它便作这些圆的包络线，它便是使用滚子从动件时凸轮
13、的实是使用滚子从动件时凸轮的实际轮廓曲线。际轮廓曲线。作图步骤：作图步骤：注意：注意：滚子从动件凸轮滚子从动件凸轮轮廓的基圆半径轮廓的基圆半径rb应当在理应当在理论轮廓上度量。论轮廓上度量。3. 3. 对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计（1）在平底上选一固定点在平底上选一固定点A0，按照尖顶，按照尖顶从动件凸轮轮廓的绘制方法，求出理论轮从动件凸轮轮廓的绘制方法，求出理论轮廓上一系列点廓上一系列点A1、A2、A3、 。（2）过这些点画出各个位置的平底过这些点画出各个位置的平底A1B1、A2B2、A3B3 。（3）作这些平底的包络线，便得到凸轮作这些平
14、底的包络线，便得到凸轮的实际轮廓曲线。的实际轮廓曲线。 为了使平底从动件始终保持与凸轮实为了使平底从动件始终保持与凸轮实际轮廓相切，应要求凸轮实际轮廓曲线全际轮廓相切，应要求凸轮实际轮廓曲线全部为外凸曲线。部为外凸曲线。作图步骤：作图步骤：4. 4. 尖顶偏置直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计尖顶偏置直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计（1） 根据已知从动件的运动规律，作出从根据已知从动件的运动规律，作出从动件的位移线图，并将横坐标分段等分。动件的位移线图，并将横坐标分段等分。（2）在基圆上，任取一点在基圆上，任取一点A0作为从动件升作为从动件升程的起始点，并过程的起始点，并过A0作偏距圆的切线，该
15、切作偏距圆的切线，该切线即是从动件导路线的起始位置。线即是从动件导路线的起始位置。（3）由由A0点开始，沿相反方向将基圆分成点开始，沿相反方向将基圆分成与位移线图相同的等份，得各等分点与位移线图相同的等份，得各等分点A1、A2、A3、。过。过A1、A2、A3、各点作偏距圆的切线并延长，则这些切线即各点作偏距圆的切线并延长，则这些切线即为从动件在反转过程中依次占据的位置。为从动件在反转过程中依次占据的位置。（4）在各条切线上自在各条切线上自A1、A2、A3.截截取取A1A1=11，A2A2=22，A3A3=33、，得得A1、A2、A3、各点。将各点。将A0、A1、A3、各点连成光滑曲线，即为凸轮
16、轮廓曲线。各点连成光滑曲线，即为凸轮轮廓曲线。作图步骤：作图步骤：三、凸轮机构基本尺寸的确定三、凸轮机构基本尺寸的确定 凸轮机构的设计要求凸轮机构的设计要求: :综合考虑后确定综合考虑后确定 压力角压力角 滚子半径滚子半径 r rT T 凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径 r rb b 实现预期运动规律实现预期运动规律 传力性能良好传力性能良好 结构尺寸紧凑结构尺寸紧凑1. 1.压力角的校核压力角的校核 压力角压力角 作用力作用力F与从动件上该力与从动件上该力作用点的速度方向间所夹的锐角作用点的速度方向间所夹的锐角称称为凸轮机构在该位置的压力角为凸轮机构在该位置的压力角。 有效分力有效分力有害分力有害分力cosFFysinFFx压力角压力角 有害分力有害分力 机构效率机构效率 从改善受力情况，提高传动效率，避免自锁的观点看，从改善受力情况，提高传动效率，避免自锁的观点看，压力角愈小愈好。压力角愈小愈好。 设计时一般推荐规定许用压力角设计时一般推荐规定许用压力角 。推程（工作行程）：直动从动件：推程（工作行程）：直动从动件： =30；摆动从动件：；摆动从动件： =45。回程：因受力较小且无自锁
