凸轮机构设计与运用ppt课件

簡諧運動機構簡諧運動機構 設計與運用設計與運用凸輪之應用凸輪之應用凸輪之分類凸輪之分類相關術語相關術語凸輪之設計凸輪之設計v 什麼是凸輪什麼是凸輪 有關凸輪之速度及加速度變化，前面已經談到很多，這裡一個簡有關凸輪之速度及加速度變化，前面已經談到很多，這裡一個簡單的試驗可以解釋凸輪之功用。取出一枝鉛筆與一本書，可以如圖單的試驗可以解釋凸輪之功用。取出一枝鉛筆與一本書，可以如圖8.18.1作一個簡單的試驗。先讓書本傾斜於桌上，成為一個斜面，然後用鉛作一個簡單的試驗。先讓書本傾斜於桌上，成為一個斜面，然後用鉛筆作為滑動件用手當導桿。當書本移動時，筆會被往上推，沿著筆作為滑動件用手當導桿。當書本移動時，筆會被往上推，沿著導槽移動。利用這種方法，他可以將某一種運動轉換為另一種運動，導槽移動。利用這種方法，他可以將某一種運動轉換為另一種運動，這是凸輪的根本構想功能。這是凸輪的根本構想功能。优点：构造紧凑设计便，复杂运动能实现。凸轮机构的特点凸轮机构的特点 缺陷：传力不大较易磨，行程较小自控件。凸輪機構與連桿機構的比較凸輪機構與連桿機構的比較凸輪機構連桿機構比較容易設計比較難設計難仿製易仿製能滿足甚多的運動要求只能滿足有限的運動要求體型小而精簡體型大而佔空間製造誤差對動態特性影響頗大製造誤差對動態特性影響較小製造本钱高製造本钱比較廉价動態平衡較容易動態平衡較難外表容易磨損接頭磨損呵斥的影響較小且噪音小 多用在传送动力不大的各种自动机械、仪表及自动控制安装中。如：凸轮机构的运用凸轮机构的运用内燃机的配气凸轮机构缝纫机的凸轮拉线机构绕线机的凸轮机构绕线机的凸轮机构自动机床进刀凸轮机构自动机床进刀凸轮机构3皮带轮皮带轮5卷带轮卷带轮录音机卷带机构录音机卷带机构1放音键放音键2摩擦轮摩擦轮413245放音键放音键卷带轮卷带轮皮带轮皮带轮摩擦轮摩擦轮录音机卷带机构录音机卷带机构粉料压片机机构系统图粉料压片机机构系统图4O1123567810911O212型腔上冲头下冲头1 1挪动料斗挪动料斗4 4，装入粉料。，装入粉料。2 2下冲头下冲头5 5下沉，防止粉料抖出。下沉，防止粉料抖出。3 3上、下冲头对粉料加压，上、下冲头对粉料加压，4 4上冲头退出，下冲头顶出药片。上冲头退出，下冲头顶出药片。料斗凸轮机构的组成凸轮1从动件2机架3O11当凸轮作等速转动时，迫使从动件完成某种预期的运动。当凸轮作等速转动时，迫使从动件完成某种预期的运动。V2从动件从动件followerfollower 2 2或称推杆或称推杆机架机架(frame(frame、fixed linkage)3fixed linkage)3一凸轮机一凸轮机 构的组成构的组成由由组成组成凸轮机构的分类凸轮机构的分类一按凸轮的外形分：一按凸轮的外形分：盘形凸轮盘形凸轮挪动凸轮挪动凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮二按从动件上高副元二按从动件上高副元素的几何外形分：素的几何外形分：尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件 三按从动件的运动分：摆动从动件摆动从动件挪动从动件挪动从动件偏置挪动从动件偏置挪动从动件对心挪动从动件对心挪动从动件摆动从动件摆动从动件挪动从动件挪动从动件偏置挪动从动偏置挪动从动件件对心挪动从动对心挪动从动件件四按凸轮与从动四按凸轮与从动件维持接触锁合件维持接触锁合的方式分：的方式分：力锁合力锁合内燃机凸轮与挺杆依托弹内燃机凸轮与挺杆依托弹 簧力坚持接触簧力坚持接触等宽凸轮等宽凸轮等径凸轮等径凸轮等宽凸轮等宽凸轮等径凸轮等径凸轮形锁合形锁合 四按凸轮与从动件维持接四按凸轮与从动件维持接 触锁合的方式分：触锁合的方式分：力锁合力锁合形锁合形锁合尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件二按从动件上高副元二按从动件上高副元 素的几何外形素的几何外形分：分：摆动从动件摆动从动件挪动从动件挪动从动件偏置挪动从动件偏置挪动从动件对心挪动从动件对心挪动从动件三按从动件的运动分三按从动件的运动分盘形凸轮盘形凸轮挪动凸轮挪动凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮一按凸轮的外形分：一按凸轮的外形分：凸凸轮轮机机构构的的分分类类分类小结：分类小结：CBDr0Ao1t凸轮的基圆初始位置CD2B凸轮的基圆凸轮的基圆以凸轮的最小向径以凸轮的最小向径r0r0所作的圆称为基圆。所作的圆称为基圆。行程Sht推程运动角s远休止角h回程运动角s 近休止角推程运动角推程运动角t t 从动件推程过程，从动件推程过程，对应凸轮转角称为推程运动角对应凸轮转角称为推程运动角近休止角近休止角s s 推杆在最低位置静推杆在最低位置静止不动，凸轮相应的转角止不动，凸轮相应的转角远休止角远休止角ss推杆在最高位置静止不推杆在最高位置静止不动，凸轮相应的转角动，凸轮相应的转角回程回程 从动件从间隔凸轮回转中心从动件从间隔凸轮回转中心最远位置到起始位置，从动件移向最远位置到起始位置，从动件移向凸轮轴线的行程，称为回程。对应凸轮轴线的行程，称为回程。对应凸轮转角凸轮转角hh称为回程运动角。称为回程运动角。推程推程从动件从间隔凸轮回转中从动件从间隔凸轮回转中心最近位置到间隔凸轮回转中心最心最近位置到间隔凸轮回转中心最远位置的过程，称为推程。相应挪远位置的过程，称为推程。相应挪动的间隔动的间隔h h称为行程称为行程22s 相關術相關術語語1 1、雙滯留運動：具有兩個滯留、雙滯留運動：具有兩個滯留時間，即在一周期內分別在最低時間，即在一周期內分別在最低點與最高點處均有滯留動作，兩點與最高點處均有滯留動作，兩者之滯留時間能够不同。者之滯留時間能够不同。2 2、無滯留運動：在一周期內，、無滯留運動：在一周期內，僅有升程與返程，其間並無任僅有升程與返程，其間並無任何滯留時間。何滯留時間。2 2、單滯留運動：具有一個滯、單滯留運動：具有一個滯留時間，能够在最低點或最高留時間，能够在最低點或最高點產生滯留。點產生滯留。v 從動件之運動行程從動件之運動行程 當凸輪旋轉一個運動周期內，從動件會從事一系列的動作，包括當凸輪旋轉一個運動周期內，從動件會從事一系列的動作，包括升程、滯留與返程等。從動件之運動目的在達成升程與返程之動作，升程、滯留與返程等。從動件之運動目的在達成升程與返程之動作，並完成某些預設的功能。就物體之運動而言，假设不考慮重力加速度，並完成某些預設的功能。就物體之運動而言，假设不考慮重力加速度，具有等加速度具有等加速度 之物體位移、速凍及角位移等應具有以下關系：之物體位移、速凍及角位移等應具有以下關系：v 運動的參數運動的參數1、速度：V(t)=Vo+At 1、速度：V(t)=Vo+At 2、位移：s(t)=so+Vto+（1/2)2、位移：s(t)=so+Vto+（1/2)AtAt 2 (8.1)(8.1)3、角位移及角速度：3、角位移及角速度：(t)=o+t(t)=o+t在单位时间内所走的弧度即为角速度 构件内恣意一线段或平面由原始位置到新位置转过的角度称为该线段或平面的角位移 公式公式8.18.1中以經歷時間中以經歷時間t t為自變數，其一次微分之速度微為自變數，其一次微分之速度微V=y(t)V=y(t)，二次微分之加速度微二次微分之加速度微A=yA=y(t),(t),均為時間均為時間t t之函數。由於從動件回轉一之函數。由於從動件回轉一周期間，凸輪均以定角速度驅動旋轉，故其位移、速度、加速度之是周期間，凸輪均以定角速度驅動旋轉，故其位移、速度、加速度之是以角位移以角位移 為變數較為方便。因此假设將為變數較為方便。因此假设將8.18.1式稍作改變即可變為式稍作改變即可變為8.28.2式：式：1、時間：t()=(-o)/1、時間：t()=(-o)/2、速度：y=V()=Vo+A(-o)/(8.2)2、速度：y=V()=Vo+A(-o)/(8.2)2、位移：y（）=so+Vo(-o)/+(-o2、位移：y（）=so+Vo(-o)/+(-o)2 2/2/2 公式公式8.28.2中中y y 表示從動件之運動路徑，對表示從動件之運動路徑，對 變數之第一微變數之第一微分導式分導式y()y()與速度與速度y(t)y(t)有關，第二微分導式有關，第二微分導式y y()()則與加速則與加速度度y y(t)(t)有關；其第三次導式有關；其第三次導式y y()()則與急跳度則與急跳度Jerk)yJerk)y(t)(t)有關。有關。低速轻负荷低速轻负荷中速轻负荷中速轻负荷中低速中负荷中低速中负荷中高速轻负荷中高速轻负荷高速中负荷高速中负荷低速重负荷低速重负荷中高速重负荷中高速重负荷高速轻负荷高速轻负荷运动规律运动规律)/(0maxhv)/(202maxha冲冲 击击运用场所运用场所等速等速等加速等减速等加速等减速余弦加速度余弦加速度正弦加速度正弦加速度3-4-53-4-5多项式多项式改良型等速改良型等速改良型正弦加速度改良型正弦加速度改良型梯形加速度改良型梯形加速度刚刚 性性柔柔 性性柔柔 性性4.004.936.285.778.385.534.891.002.001.572.001.881.331.762.00从动件常用运动规律特性比较从动件常用运动规律特性比较 凸轮轮廓曲线的设计一、对心式凸轮机构凸轮廓线的设计一、对心式凸轮机构凸轮廓线的设计1.1.尖顶从动件尖顶从动件1)1)凸轮机构相对运动分析凸轮机构相对运动分析凸轮上的察看结果凸轮上的察看结果机架上的察看结果机架上的察看结果22.反转法原理反转前反转后机架凸轮从动件不动不动转动-转动S挪动S挪动-转动-o 1r0BB0S-SoS2901201 2 35 6 7h15048-二二.挪动从动件盘型凸轮机构设计挪动从动件盘型凸轮机构设计作图法作图法一尖顶挪动从动件盘型凸轮机构一尖顶挪动从动件盘型凸轮机构1 1按已设计好的运动规律作出按已设计好的运动规律作出 位移线图；位移线图；2 2按根本按根本 尺寸作出凸轮机构的尺寸作出凸轮机构的 初始位置；初始位置；3 3按按-方向划分基圆周得方向划分基圆周得 c0 c0、c1c1、c2 c2 等等 点；并过这点；并过这 些点作射线些点作射线，即为反转后的导道路；，即为反转后的导道路；4 4在各反转导道路上量取与位移在各反转导道路上量取与位移 图相应的位移，得图相应的位移，得B1B1、B2B2、等点，即为凸轮轮廓上的点。等点，即为凸轮轮廓上的点。rbB0B1B2B4B8B5c1c2c4c5120c8B6B7c6c7c0c315090B3二二)滚子从动件盘型凸轮机构滚子从动件盘型凸轮机构实际轮廓曲线实践轮廓曲线滚子从动件盘型凸轮机构轮廓曲线的设计步骤：滚子从动件盘型凸轮机构轮廓曲线的设计步骤：1 1画出滚子中心的轨画出滚子中心的轨迹迹称为实际轮廓称为实际轮廓2 2以实际轮廓为圆心，以实际轮廓为圆心，滚子半径滚子半径rSrS为半径画圆，再为半径画圆，再画滚子圆族的包络线，那么为画滚子圆族的包络线，那么为从动件凸轮的任务轮廓曲线从动件凸轮的任务轮廓曲线称为实践轮廓曲线。称为实践轮廓曲线。留意：留意：1实际轮廓与实践轮廓互为等距曲线；2 2凸轮的基圆半径是指实际轮廓曲线的最小向径。凸轮的基圆半径是指实际轮廓曲线的最小向径。nnBCr0rS实践轮廓曲线 实际轮廓曲线B1B2从动件摆角max最大摆角摆角 max最大摆角三三.摆动摆动(oscillating)(oscillating)从动件盘形凸轮轮廓设计从动件盘形凸轮轮廓设计CD2oBs 近休止角tB0OA一摆动从动件一摆动从动件 凸轮机构特点凸轮机构特点1.1.从动件的运动为绕从动件的运动为绕某一固定点的摆动某一固定点的摆动2.2.从动件的位移为角位从动件的位移为角位移移，而不是直线位移，而不是直线位移推程运动角t远休止角s回程运动角h0B1B-A0反转前反转后机架凸轮从动件不动不动转动-反转-转动转动-反转-LB0OAar00对于摆动从动件对于摆动从动件二尖顶摆动从动件盘形凸轮机构设计二尖顶摆动从动件盘形凸轮机构设计尖顶摆动从动件盘形凸轮机构设计方法及步骤尖顶摆动从动件盘形凸轮机构设计方法及步骤2max18012060o1 2 3 4 5 67 89101 1作出角位移线图；作出角位移线图；2 2作初始位置；作初始位置；4 4找从动件反转后的一系找从动件反转后的一系列位置列位置AiBiAiBi，再按角位移规律，再按角位移规律得得 C1 C1、C2C2、等点，即等点，即为凸轮轮廓上的点。为凸轮轮廓上的点。A1A2A3A5A6A7A8A9A10A400000000003 3按按-方向划分圆方向划分圆R R得得A0A0、A1 A1、A2A2等点；即得机架等点；即得机架 反转的一系列位置；反转的一系列位置；0rbB0L18060120B1B2B3B4B5B6B7B8B9B101C12C23C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-從動件之移動或轉動位移是凸輪轉動角度之函數，故設計人員可從動件之移動或轉動位移是凸輪轉動角度之函數，故設計人員可以配合前面討論之從動件運動之型式，再與凸輪任务曲線結合。有關以配合前面討論之從動件運動之型式，再與凸輪任务曲線結合。有關凸輪之設計過程，即是將所需之運動型式交融到凸輪之外形制造，以凸輪之設計過程，即是將所需之運動型式交融到凸輪之外形制造，以達到從動件之運動效果。達到從動件之運動效果。凸輪之設計凸輪之設計 普通設計的方法與步驟：普通設計的方法與步驟：1 1、問題之需求：凸輪旋轉一周時，從動件的運動必須按、問題之需求：凸輪旋轉一周時，從動件的運動必須按照原先之照原先之 需求動作，因此凸輪之外輪廓必須符合從動件之路需求動作，因此凸輪之外輪廓必須符合從動件之路徑，才干達徑，才干達 到設計之需求。到設計之需求。2 2、決定機構類型：由主動輪及從動件之相對位置選擇平面機構或空、決定機構類型：由主動輪及從動件之相對位置選擇平面機構或空 間機構，其次間機構，其次 依運動規則，決定採用簡單式，符合式或組合依運動規則，決定採用簡單式，符合式或組合 式式 凸輪機構。凸輪機構。3 3、擇定運動曲線：依最終凸輪之需求，選擇採用等速、等加速度、擇定運動曲線：依最終凸輪之需求，選擇採用等速、等加速度、簡諧、擺線等運動。簡諧、擺線等運動。4 4、設計凸輪之輪廓：利用圖解法或解析法繪出其輪廓。兩者均有其、設計凸輪之輪廓：利用圖解法或解析法繪出其輪廓。兩者均有其 優缺點，後者可以利用電腦程式計算，可以同時解出許多不同優缺點，後者可以利用電腦程式計算，可以同時解出許多不同的的 條件。條件。5 5、結果分析：分析整個凸輪機構之性能參數，諸如位移、速度、加、結果分析：分析整個凸輪機構之性能參數，諸如位移、速度、加 速度、急跳度、曲率半徑、壓力角、扭力、接觸應力、震動及速度、急跳度、曲率半徑、壓力角、扭力、接觸應力、震動及噪噪 音等，以驗証其結果能否符合原先設計的要求與限制。音等，以驗証其結果能否符合原先設計的要求與限制。FQo3r0113ttnnBFyFxFn2v2一、压力角与凸轮基圆半径一、压力角与凸轮基圆半径1.1.压力角压力角法向力法向力FnFn与从动件运动方与从动件运动方向之间所夹的锐角向之间所夹的锐角sinFFcosFFnXnY;那么那么FY FXFY FX，设计时应使，设计时应使 maxmax S2r 凸轮机构根本尺寸确实定2.2.基圆半径确实定基圆半径确实定假设构造尺寸无严厉限制假设构造尺寸无严厉限制,为减少压为减少压力角，可适当取较大的基圆半径。力角，可适当取较大的基圆半径。FQo3r0113ttnnBFyFxFn2v2S2rr0r01.8r+(410)mm1.8r+(410)mm220tan/sddsr2120stgvr1.1.計算法計算法:計算公式計算公式=arctg(ds/=arctg(ds/d-e)/(s+s0)d-e)/(s+s0)s0=s0=Rb2-e2Rb2-e22.2.用圖表法來校核用圖表法來校核 校核條件校核條件:須求得須求得 rSmin=rSminrSminrS为防止运动失真，为防止运动失真，Smin=min-rS3mm建议：建议：rSrS0.80.8minmin，或，或rS rS 0.4r00.4r0rS min实际廓线rS min实践廓线 滚子半径对凸轮轮滚子半径对凸轮轮廓外形的影响廓外形的影响凸輪時序圖設計凸輪時序圖設計步驟步驟:1.1.確定期望轉速確定期望轉速n=?(r/s)n=?(r/s)2.2.計算轉動周期計算轉動周期 T=?(s)T=?(s)3.3.計算送料所需時間計算送料所需時間t=?t=?4.4.確定送料角度確定送料角度=360=360*t/T t/T a.a.准確時段送料准確時段送料;b.b.考慮刀具結構需提早送料考慮刀具結構需提早送料.5.5.確定凸輪系運動角度確定凸輪系運動角度=360=360 -6.6.時序圖上各凸輪角度分配時序圖上各凸輪角度分配 a.a.考慮到滿足第一次插針動作所需的送料時間考慮到滿足第一次插針動作所需的送料時間,普通安普通安排排在前在前,在后在后;b.b.机構、動作方向與動作性質確定后才可分配角度机構、動作方向與動作性質確定后才可分配角度.凸輪時序圖設計凸輪時序圖設計時序圖設計原則時序圖設計原則 (振動最小原則振動最小原則)a.a.各凸輪單位角度上分攤的升程相近各凸輪單位角度上分攤的升程相近,再根據載荷再根據載荷和机構作適當的調整和机構作適當的調整;b.b.交點錯開交點錯開,防止共振防止共振;c.c.空間允許空間允許,增大基圓增大基圓.凸輪時序圖凸輪時序圖凸輪资料及熱處理凸輪资料及熱處理 THE END