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1、第10章 凸輪機構(gòu) 第10章 凸輪機構(gòu) 10.1 凸輪機構(gòu)的應用和分類凸輪機構(gòu)的應用和分類 10.2 從動推桿常用的運動規(guī)律從動推桿常用的運動規(guī)律 第10章 凸輪機構(gòu) 10.1凸輪機構(gòu)的應用和分類凸輪機構(gòu)的應用和分類 1.1.凸輪機構(gòu)的應用和組成凸輪機構(gòu)的應用和組成 在各種自動化和半自動化機械中，廣泛地應用著各種凸輪機構(gòu)。它的作用主要是將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)化成從動推桿的往復移動或擺動， 例如：第10章 凸輪機構(gòu) （1）圖10-2為一內(nèi)燃機中控制進、排氣門開啟和關(guān)閉時間的凸輪機構(gòu)。 （2）圖10-3為一自動機床的送料機構(gòu)。第10章 凸輪機構(gòu) 圖10-2內(nèi)燃機氣門控制機構(gòu) 第10章 凸輪機構(gòu) 圖1
2、0-3自動機床的送料機構(gòu) 第10章 凸輪機構(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）移動凸輪）移動凸輪（如圖10-5所示）。第10章 凸輪機構(gòu) 圖10-5移動凸輪 第10章 凸輪機構(gòu) 2 2）按從動桿的運動方式分類）按從動桿的運動方式分類（1 1）移動從動推桿凸輪機構(gòu)）移動從動推桿凸輪機構(gòu)（如圖10-2所示）。（2 2）擺動從動推桿凸輪機構(gòu)）擺動從動推桿凸輪機構(gòu)（如圖10-3所示）。3 3）按從動桿端部形狀分類）按從動
3、桿端部形狀分類（1）尖頂從動桿凸輪機構(gòu)（如圖10-6（a）所示）。 （2）滾子從動桿凸輪機構(gòu)（如圖10-6（b）所示）。（3）平底從動桿凸輪機構(gòu)（如圖10-6（c）所示）。第10章 凸輪機構(gòu) 圖10-6從動桿的端部形狀 第10章 凸輪機構(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。利用彈簧力或從動桿重量等外力達到鎖合 目的。 如圖10-2所示（2 2）形鎖合）形鎖合。由凸輪和從動桿的幾何形狀來保證鎖合。 如圖10-7 圖10-8。 第10章 凸輪機構(gòu) 圖10-7盤形內(nèi)凸輪 第10章 凸輪機構(gòu) 圖10-8等寬度凸輪 第10章 凸輪機構(gòu) 10.2從動推桿常用的運動規(guī)律從動推桿
4、常用的運動規(guī)律 在圖10-9所示的凸輪機構(gòu)中，如果將從動推桿的位移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推桿的位移曲線，或稱稱為從動推桿的位移曲線，或稱s-曲線。曲線。 第10章 凸輪機構(gòu) 圖10-9凸輪機構(gòu)的位移曲線（s-曲線） 第10章 凸輪機構(gòu) 由圖10-9可以看出: 在設(shè)計凸輪輪廓時，應按機器工作時的要求和特點來選在設(shè)計凸輪輪廓時，應按機器工作時的要求和特點來選定從動桿的運動規(guī)律，然后設(shè)計出凸輪應有的輪廓曲線。定從動桿的運動規(guī)律，然后設(shè)計出凸輪應有的輪廓曲線。 下面介紹兩種常用的從動桿運動規(guī)律。 第10章 凸輪機構(gòu) 1.等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律在圖
5、10-10(a)所示的凸輪機構(gòu)中，凸輪以角速度(為常數(shù)）按逆時針方向作等角速轉(zhuǎn)動。 當凸輪的轉(zhuǎn)角從當凸輪的轉(zhuǎn)角從0開始均勻地增加到開始均勻地增加到0時時，從動推桿以速度v（v為常數(shù)）等速地從起始位置上升，其行程為h。 第10章 凸輪機構(gòu) 圖10-10等速運動的位移、速度、加速度曲線 第10章 凸輪機構(gòu) 由理論力學可知，等速運動中位移（從動推桿的位移）s與時間t關(guān)系為 s=vt（10-1）同樣，凸輪的轉(zhuǎn)角與時間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
6、關(guān)系。因此，從動推桿的位移曲線（因此，從動推桿的位移曲線（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 凸輪機構(gòu) 當當=0時時，從動推桿的位移s=h，將這些關(guān)系代入式(10-3)中，可得從動推桿上升時的速度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）當當0時時，從動推桿等速地下降，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 凸輪機構(gòu) 由于=t=常數(shù)常數(shù)t，故位移曲線的橫坐標也就反映了時間t的坐標，用（t）表示。故位移(s-)、速度(v-)和加速度(a-)
7、曲線，也可看成是s-t、v-t和a-t曲線。第10章 凸輪機構(gòu) 從動推桿作等速運動時，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），將使從動推桿的瞬時加速度在理論上趨于無窮）所示），將使從動推桿的瞬時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，使凸輪機構(gòu)發(fā)生剛性沖擊。 第10章 凸輪機構(gòu) 2.等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律當凸輪轉(zhuǎn)速較高時，為了避免剛性沖擊，可以采用等加當凸輪轉(zhuǎn)速較高時，為了避免剛性沖擊，
8、可以采用等加速等減速運動規(guī)律速等減速運動規(guī)律。為了使從動推桿在運動開始和終止時的速度不發(fā)生突變，通常將從動推桿的整個行程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。在這兩段時間內(nèi)，加速度的絕對值相等。等。 第10章 凸輪機構(gòu) 根據(jù)理論力學知識，最后得到從動推桿位移、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，從動推桿上升的距離為h
9、，作圖的步驟作圖的步驟為：（1）選取橫坐標軸代表，縱坐標軸代表s（如圖10-11（a）所示）。（2）按適當?shù)谋壤?，在坐標軸上找出代表0/2的一點，并過此點作出垂直向上的直線，在此直線上找出一點，使其縱坐標代表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1、2、3、4和1、2、3、4。 第10章 凸輪機構(gòu) （4）從原點O開始，作各斜直線O1、O2、O3、O4；再過1、2、3、4各點作垂直向上的直線，各斜直線與相應的鉛垂線分別相交于1、2、3、4各點。（5）連接1、2、3、4各點成光滑的曲線，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，對凸輪也會產(chǎn)生沖擊，使凸輪產(chǎn)生柔性沖。是有限值，對凸輪也會產(chǎn)生沖擊，使凸輪產(chǎn)生柔性沖。 第10章 凸輪機構(gòu) 圖10-11等加速等減速運動的位移、速度、加速度曲線
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