凸轮机构与间歇运动机构

1 第三章 凸轮机构与间歇运动机构 【 能力目标 】 【 案例导入 】 【 知识要点 】 3.1 凸轮机构的类型和识别 3.2 凸轮机构的运行特性分析 3.3 用图解法设计盘行凸轮轮廓 3.4 间歇运行机构 棘轮机构 3.5 间歇运行机构 槽轮机构 【 能力训练 】 本章小结 2 【 能力目标 】 1. 熟悉凸轮机构的分类、从动件运动规律及其特性。 2. 熟练掌握平面凸轮轮廓曲线的图解法设计。 3. 了解滚子半径、压力角和基圆半径之间的关系。 4. 熟悉间歇运动机构的特点和应用。 5. 掌握棘轮机构和槽轮机构的工作原理和特点。 返回目录 3 【 案例导入 】 当向径变化的凸轮轮廓 与气门的平底接触时， 气门产生向下开启或向 上关闭的往复运动 (向 上运动是借助弹簧的弹 力作用 )；当以凸轮回 转中心为圆心的圆弧段 轮廓与气门接触时，气 门将静止不动。因此， 当具有某种轮廓曲线的 凸轮 2连续转动时，气 门 1可获得间歇的、按 预期规律的开闭运动 , 从而使内燃机正常工作。 返回目录 图 3-1 内燃机配气机构 4 3.1凸轮机构的类型识别 3.1.1凸轮机构的组成 、 特点和应用 凸轮机构广泛应用于自动机械和自动控制装 置中 ， 它是一种常见的高副机构 ， 由 凸轮 、 从 动件 、 机架以及辅助装置 组成 。 图 3-2所示为一自动机床的进刀机构 。 当圆 柱凸轮 1回转时 ， 其凹槽的侧面迫使从动件 2做 往复摆动 ， 通过从动件 2上的扇形齿轮与固定 在刀架上的齿条啮合 ， 控制刀架作进刀和退刀 运动 。 返回目录 5 圆柱凸轮是一个具有曲 线轮廓或凹槽的构件 ， 被凸轮直接推动的构件 称为从动件 （ 或称为推 杆 ） 。 凸轮通常作等速 转动 ， 但也有作往复摆 动或者往复直线移动等 其他运动 。 从动件通过 凸轮的曲线轮廓与其以 高副接触从而获得预期 的运动 ， 所以凸轮机构 是由凸轮 、 从动件和机 架三个基本构件组成的 高副机构 。 返回目录 图 3-2 自动机床进刀机构 图 3-2 自动机床进刀机构 6 凸轮机构在自动送料机构 、 仿形机床进刀机构 、 内燃机配气机构 、 汽车的凸轮式制动器以及印 刷机 、 纺织机 、 插秧机 、 闹钟和各种电气开关 等传力不大的控制装置中得到广泛应用 。 如下 图纺织机械里的绕线机构 。 返回目录 7 3.1.2凸轮机构的类型 返回目录 1、按凸轮形状分类：盘形、圆柱、移动凸轮 8 返回目录 2、从动件的形状：尖顶 滚子、平底 3、从动件运动：移动、 摆动 9 3.2凸轮机构的运动特性分析 凸轮机构的基本名词术语 基圆、基圆半径 以凸轮轮廓最小向径 rmin为半径所作 的圆 称为凸轮的 基圆 ， rmin 称为 基圆半径 。如 图 所示。 从动件推程 、 升程 、 推程运动角 从动件在凸轮轮廓的 作用下由距凸轮轴心最近位置被推到距凸轮轴心最远位置 的过程称为从动件的 推程 ， 在推程中从动件所走过的距离 称为从动件的 升程 h， 推程对应的凸轮转角 称为 推程运动 角 ， 如 图 所示 。 返回目录 10 返回目录 h A B O O r0 a b c D B a b c d S 基圆 回程运动角 近休止角 推程运动角 远休止角 C 11 从动件常用的运动规律 返回目录 1、等速运动规律 s()= CS ()=C a()= 0 特点 ： 1）刚性冲击 从 动件在某瞬时速度 突变，其加速度及惯性力在理论上 均趋于无穷大。 2）只适用于低速轻载的凸轮机构。 12 返回目录 2、等加速等减速运动规律 s()= CS 2 ()=C a()= Ca （常数） 特点 ： 1）柔性冲击 从 动件在 某瞬时加速度发生有限值 的突变所引起的冲击。 2）适用于中、低速的凸 轮机构。 13 返回目录 3、间谐运动规律 s()=h(1-cos/0)/2 ()=C sin/0 a()= Cacos/0 特点 ： 1）仅在运动始末两处有柔 性冲击。 2）适用于高速凸轮机构。 14 3.3用图解法设计盘形 凸轮轮廓 返回目录 15 返回目录 3.3.1直动从动件盘形凸轮轮廓的设计 a)在凸轮轮廓作用下从动件向上移动 b)机架和从动件绕凸轮中心相对转动 图 3-8 反转法原理 16 返回目录 尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制过程 17 选取比例尺 ， 以 rmin为半径作凸轮的基圆 ， 并把基圆与从动件导路的 交点 A0作为从动件尖顶的起始位置 。 将位移图线的推程运动角 t和回程运动角 h分为若干等份 ， 求得从动 件各分点的位移值 11、 22、 ， 如 图 b所示 。 沿 -方向由从动件尖顶起始位置 A0处开始取角 t、 h、 s， 再将 t、 h 各分为与 图 b相对应的若干等份 ， 得 A1、 A2、 A3、 点 ， 连接 OA1、 OA2、 OA3、 ， 这些径向线即为反转后从动件导路所占据的各个位 置 。 分别以 A1、 A2、 A3 为起点从位移图线上量取各个位移量使 A1A1=11、 A2A2=22、 A3A3=33、 得反转后尖顶所占据的一系列位 置 A1、 A2、 A3、 。 将 A0、 A1、 A2、 A3、 连成光滑曲线 ， 便是所要求的凸轮轮廓曲线 。 返回目录 18 滚子直动从动件盘形凸轮 轮廓的绘制过程 滚子式可改善尖顶型从动件与凸轮 接触处的摩擦、磨损情况，其凸轮 轮廓设计方法如右图所示。把滚子 中心看作尖顶从动件的尖顶，按上 述方法求出一条理论轮廓 0，再以 0上各点为圆心，以滚子半径为半 径，作一系列圆，并作这一系列圆 的内包络线 ，就得到滚子从动件凸 轮的实际廓线。 返回目录 19 返回目录 平底 从动件盘形凸轮 轮廓的绘制过程 把平底与导路的交点 A0看作尖顶从动件的 尖顶，按照尖顶从动件 凸轮轮廓的绘制方法， 求出理论轮廓上一系列 点 A1、 A2、 A3、 ； 过这些点画平底的各 个位置 A0B0、 A1B1、 A2B2、 A3B3、 ； 作这些平底的包络线， 便得到平底从动件凸轮 的轮廓曲线。 20 返回目录 3.3.2盘形凸轮机构设计基本参数 1、压力角： 从动件与凸轮在 接触点处的受力方向与其在 该点绝对速度方向之间所夹 的锐角 ser e ss eOP BD PD 22 00 d s / d t a n e r b s s 0 O D B P n n v F F F 21 许用压力角： 为改善凸轮机构的受力情况、提高 机械效率，规定了允许采用的最大压力角 。 推程 （工作行程）推荐的许用压力角为： 直动从动件 摆动从动件 回程 （空回行程） m a x 00 8070 00 4535 00 4030 返回目录 22 2 、 基圆半径的确定 22 0 ) d s / d( es tg er 为保证凸轮机构在整个运动周期中均 能满足 ，应选取计算结果 中的最大值作为凸轮的基圆半径。 max 返回目录 23 3、滚子半径的选择 外凸凸轮廓线 0r r 0 m i nm i n 0 m i n 返回目录 24 滚子半径大小对凸轮实际轮廓的影响 r T r T a a r T r T a ) b ) d )c ) 返回目录 25 0r r 0 m i nm i n 0 m i n 实际廓线出现交叉，从动件 不能准确地实现预期的运动 规律 运动失真 返回目录 26 运动失真 原因： 避免方法： 滚子半径的选择 考虑结构、强度与运动规律等因素 rm i n0 m i n0 m i n0 增大增大 )8.0(减 小 滚 子半 径 br rr 返回目录 27 返回目录 3.4间歇运动机构 棘轮机构 3.4.1棘轮机构的工作原理 28 一 、 棘轮 类型 返回目录 组成： 摆杆、棘爪、棘轮、止动爪。 工作原理： 摆杆往复摆动，棘爪推动棘轮间 歇转动。 优点： 结构简单、制造方便、运动可靠、转 角可调。 缺点： 工作时有较大的冲击和噪音，运动精 度较差。适用于速度较低和载荷不大的场 合。 29 返回目录 只能够实现单向间歇运动 外接棘轮机构 30 返回目录 内接棘轮机构 31 返回目录 双向式棘轮机构 棘爪可翻转的矩形棘齿可以获得不同转向的间歇运动。 32 返回目录 双动式棘轮机构 运动特点：摇杆来回摆动都能使棘轮向同一方向转动。 33 a) 加调节摇杆 b)加遮板 图 3-19 调节棘轮转角的方法 返回目录 34 返回目录 3.4.2棘轮机构的应用 制动 35 返回目录 间歇送进 36 返回目录 超越、离合 37 返回目录 3.5间歇运动机构 槽轮机构 3.5.1棘轮机构的工作原理 典型槽轮机构的组成： 由主动拨 盘、从动槽轮和机架等组成。 槽轮机构的工作原理： 主动拨盘 连续转动，当主动拨盘的圆销 A 未进入槽轮径向槽时，槽轮 的内 凹锁住弧被构件 1的外凸圆弧卡 住， 静止不动；当主动拨盘的圆 销 A进入槽轮径向槽时，槽轮受 圆销 A驱动而转动。从而使槽轮 做间歇运动。 38 返回目录 3.5.2槽轮机构的特点及应用 槽轮机构的特点： 槽轮机构结构简单，转位迅速，效率较高， 工作可靠，能较平稳、间歇地进行换位。与 棘轮机构相比运转平稳，但因圆柱销突然进 入与脱离径向槽，传动存在柔性冲击，不适 用于高速场合。制造与装配精度要求较高， 且槽轮转角大小不能调节 39 一般用于转速不很高的自动机械、轻工机 械或仪器仪表中。 电 影 放 映 机 的 送 片 机 构 返回目录 40 【 能力训练 1】 1问题提出 (1)尖顶偏置直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制； (2)如何测量该机构的压力角； (3)若将尖顶从动件改为滚子从动件，试分析滚子半 径、压力角和基圆半径对该机构工作特性的影响。 返回目录 41 【 能力训练 2】 1问题提出 试分析自行车的后轴上的飞轮结构是什么机构 ？ 工 作原理如何 ？ 返回目录 42 第 3章小结 本章内容： 凸轮机构的特点、类型与应用；从动 件常用运动规律；凸轮廓线设计；设计凸轮机构 应注意的问题。 基本概念： 升程、基圆、推程角、回程角、从动 件运动线图、刚性冲击、柔性冲击、反转法 要求的技能： 能根据给定运动规律正确绘制从动 件位移线图；能正确进行凸轮廓线的图解设计。 返回目录