第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 10.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類 10.2 從動(dòng)推桿常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)推桿常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 10.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類 1.1.凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和組成凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和組成 在各種自動(dòng)化和半自動(dòng)化機(jī)械中，廣泛地應(yīng)用著各種凸輪機(jī)構(gòu)。它的作用主要是將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)化成從動(dòng)推桿的往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng)， 例如：第10章 凸輪機(jī)構(gòu) （1）圖10-2為一內(nèi)燃機(jī)中控制進(jìn)、排氣門開啟和關(guān)閉時(shí)間的凸輪機(jī)構(gòu)。 （2）圖10-3為一自動(dòng)機(jī)床的送料機(jī)構(gòu)。第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 圖10-2內(nèi)燃機(jī)氣門控制機(jī)構(gòu) 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 圖10-3自動(dòng)機(jī)床的送料機(jī)構(gòu) 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 2.2.凸輪的分類凸輪的分類凸輪的種類很多，通常有以下四種分類方法。1 1）按凸輪形狀分類）按凸輪形狀分類（1 1）盤狀凸輪）盤狀凸輪（如圖10-2所示）。（2 2）圓柱凸輪）圓柱凸輪（如圖10-3所示）。（3 3）移動(dòng)凸輪）移動(dòng)凸輪（如圖10-5所示）。第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 圖10-5移動(dòng)凸輪 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 2 2）按從動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)方式分類）按從動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)方式分類（1 1）移動(dòng)從動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)）移動(dòng)從動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)（如圖10-2所示）。（2 2）擺動(dòng)從動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)）擺動(dòng)從動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)（如圖10-3所示）。3 3）按從動(dòng)桿端部形狀分類）按從動(dòng)桿端部形狀分類（1）尖頂從動(dòng)桿凸輪機(jī)構(gòu)（如圖10-6（a）所示）。 （2）滾子從動(dòng)桿凸輪機(jī)構(gòu)（如圖10-6（b）所示）。（3）平底從動(dòng)桿凸輪機(jī)構(gòu)（如圖10-6（c）所示）。第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 圖10-6從動(dòng)桿的端部形狀 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 4 4）按鎖合方式分類）按鎖合方式分類（1 1）力鎖合）力鎖合。利用彈簧力或從動(dòng)桿重量等外力達(dá)到鎖合 目的。 如圖10-2所示（2 2）形鎖合）形鎖合。由凸輪和從動(dòng)桿的幾何形狀來保證鎖合。 如圖10-7 圖10-8。 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 圖10-7盤形內(nèi)凸輪 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 圖10-8等寬度凸輪 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 10.2從動(dòng)推桿常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)推桿常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 在圖10-9所示的凸輪機(jī)構(gòu)中，如果將從動(dòng)推桿的位移s與凸輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系用曲線表示（如圖10-9（d）所示），此曲線此曲線稱為從動(dòng)推桿的位移曲線，或稱稱為從動(dòng)推桿的位移曲線，或稱s-曲線。曲線。 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 圖10-9凸輪機(jī)構(gòu)的位移曲線（s-曲線） 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 由圖10-9可以看出: 在設(shè)計(jì)凸輪輪廓時(shí)，應(yīng)按機(jī)器工作時(shí)的要求和特點(diǎn)來選在設(shè)計(jì)凸輪輪廓時(shí)，應(yīng)按機(jī)器工作時(shí)的要求和特點(diǎn)來選定從動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后設(shè)計(jì)出凸輪應(yīng)有的輪廓曲線。定從動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后設(shè)計(jì)出凸輪應(yīng)有的輪廓曲線。 下面介紹兩種常用的從動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律在圖10-10(a)所示的凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪以角速度(為常數(shù)）按逆時(shí)針方向作等角速轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)凸輪的轉(zhuǎn)角從當(dāng)凸輪的轉(zhuǎn)角從0開始均勻地增加到開始均勻地增加到0時(shí)時(shí)，從動(dòng)推桿以速度v（v為常數(shù)）等速地從起始位置上升，其行程為h。 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 圖10-10等速運(yùn)動(dòng)的位移、速度、加速度曲線 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 由理論力學(xué)可知，等速運(yùn)動(dòng)中位移（從動(dòng)推桿的位移）s與時(shí)間t關(guān)系為 s=vt（10-1）同樣，凸輪的轉(zhuǎn)角與時(shí)間t的關(guān)系為： =t (10-2) 由（10-1）、（10-2）兩式消去t，可得： vs (10-3) 上式中上式中v和和都是常數(shù)，所以位移都是常數(shù)，所以位移s和轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系。成正比關(guān)系。因此，從動(dòng)推桿的位移曲線（因此，從動(dòng)推桿的位移曲線（s-）為一斜直線（如圖）為一斜直線（如圖10-10(b)所示）。所示）。 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 當(dāng)當(dāng)=0時(shí)時(shí)，從動(dòng)推桿的位移s=h，將這些關(guān)系代入式(10-3)中，可得從動(dòng)推桿上升時(shí)的速度v為： 0hv （10-4） 再將公式（10-4）代入式（10-3）中，即可得到位移曲線方程： 0hs （10-5）當(dāng)當(dāng)0時(shí)時(shí)，從動(dòng)推桿等速地下降，故s-曲線發(fā)生轉(zhuǎn)折而變?yōu)榱硪恍敝本€（如圖10-10（b）所示）。 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 由于=t=常數(shù)常數(shù)t，故位移曲線的橫坐標(biāo)也就反映了時(shí)間t的坐標(biāo)，用（t）表示。故位移(s-)、速度(v-)和加速度(a-)曲線，也可看成是s-t、v-t和a-t曲線。第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 從動(dòng)推桿作等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其加速度a=0，所以加速度曲線（a-）為與軸相重合的水平直線。 但在但在s-曲線的轉(zhuǎn)折處，由于速度發(fā)生突變（如圖曲線的轉(zhuǎn)折處，由于速度發(fā)生突變（如圖10-10（c）所示），將使從動(dòng)推桿的瞬時(shí)加速度在理論上趨于無窮）所示），將使從動(dòng)推桿的瞬時(shí)加速度在理論上趨于無窮大，以致引起無窮大的慣性力，使凸輪機(jī)構(gòu)發(fā)生剛性沖擊大，以致引起無窮大的慣性力，使凸輪機(jī)構(gòu)發(fā)生剛性沖擊。 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)速較高時(shí)，為了避免剛性沖擊，可以采用等加當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)速較高時(shí)，為了避免剛性沖擊，可以采用等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。為了使從動(dòng)推桿在運(yùn)動(dòng)開始和終止時(shí)的速度不發(fā)生突變，通常將從動(dòng)推桿的整個(gè)行程h分為兩段：前半段為等加速上升，前半段為等加速上升，后半段為等減速上升。在這兩段時(shí)間內(nèi)，加速度的絕對值相后半段為等減速上升。在這兩段時(shí)間內(nèi)，加速度的絕對值相等。等。 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 根據(jù)理論力學(xué)知識(shí)，最后得到從動(dòng)推桿位移、速度、加速度與凸輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線為： 2202hs 204hv 2024h（10-6） （10-7） （10-8） 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) s-曲線可以通過下面的作圖方法作出曲線可以通過下面的作圖方法作出。設(shè)已知凸輪的轉(zhuǎn)角從0增加到0，從動(dòng)推桿上升的距離為h，作圖的步驟作圖的步驟為：（1）選取橫坐標(biāo)軸代表，縱坐標(biāo)軸代表s（如圖10-11（a）所示）。（2）按適當(dāng)?shù)谋壤?，在坐?biāo)軸上找出代表0/2的一點(diǎn)，并過此點(diǎn)作出垂直向上的直線，在此直線上找出一點(diǎn)，使其縱坐標(biāo)代表h/2。（3）將代表0/2和h/2的兩線段，分成相同的等分，如圖10-11（a）中取為四等分，分別得到各等分點(diǎn)1、2、3、4和1、2、3、4。 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) （4）從原點(diǎn)O開始，作各斜直線O1、O2、O3、O4；再過1、2、3、4各點(diǎn)作垂直向上的直線，各斜直線與相應(yīng)的鉛垂線分別相交于1、2、3、4各點(diǎn)。（5）連接1、2、3、4各點(diǎn)成光滑的曲線，即為所求的等加速上升的s-曲線。同理，也可得圖10-11(b)所示的速度曲線。圖(c)所示的加速度曲線。 從圖從圖10-11(c)中可以看出，加速度仍然有突變，只不過它中可以看出，加速度仍然有突變，只不過它是有限值，對凸輪也會(huì)產(chǎn)生沖擊，使凸輪產(chǎn)生柔性沖。是有限值，對凸輪也會(huì)產(chǎn)生沖擊，使凸輪產(chǎn)生柔性沖。 第10章 凸輪機(jī)構(gòu) 圖10-11等加速等減速運(yùn)動(dòng)的位移、速度、加速度曲線