《机械设计基础课件》第四章.ppt

4-1 概 述 4-2 从 动 件 常 用 运 动 规 律 4-3 图 解 法 设 计 盘 形 凸 轮 轮 廓 4-4 用 解 析 法 设 计 凸 轮 机 构 4-5 凸 轮 机 构 设 计 中 的 几 个 问 题 4-6 凸 轮 常 用 材 料 和 结 构第 四 章 凸 轮 机 构 及 其 设 计 在 机 械 装 置 中 ， 尤 其 是 在 自 动 控 制 机 械 中 ， 为 实 现 某 些特 殊 或 复 杂 的 运 动 规 律 ， 广 泛 地 应 用 着 各 种 凸 轮 机 构动 画 演 示 1动 画 演 示 21 概 述 4-1 概 述一 、 凸 轮 机 构 的 组 成 和 特 点凸 轮 机 构 由 凸 轮 1、 从 动 件 2和 机 架 3三 个 基 本 构 件 组 成 ， 如 图 ，其 中 凸 轮 是 一 个 具 有 控 制 从 动 件 运 动 规 律 地 曲 线 轮 廓 或 凹 槽 地主 动 件 ， 通 常 作 连 续 等 速 运 动 （ 也 有 作 往 复 移 动 地 ） ； 从 动 件则 在 凸 轮 轮 廓 驱 动 下 按 预 定 运 动 规 律 作 往 复 直 线 运 动 或 摆 动1、 凸 轮 机 构 的 组 成 2、 凸 轮 机 构 的 特 点优 点 ： 只 要 正 确 地 设 计 和 制 造 出 凸 轮 的 轮 廓 曲 线 ， 就能 把 凸 轮 的 回 转 运 动 准 确 可 靠 地 转 变 为 从 动 件 所 预 期的 复 杂 运 动 规 律 的 运 动 ， 而 且 设 计 简 单 ;凸 轮 机 构 结构 简 单 、 紧 凑 、 运 动 可 靠 。缺 点 ： 点 、 线 接 触 易 磨 损 ； 凸 轮 轮 廓 加 工 困 难 ； 行 程不 大 。4-1 概 述 二 、 凸 轮 机 构 的 分 类按 照 凸 轮 的 形 状 不 同 可 把 凸 轮 分 为 以 下 几 种 ：盘 形 凸 轮 移 动 凸 轮圆 柱 凸 轮 曲 面 凸 轮按 照 凸 轮 的 锁 合 方 式 可 把 凸 轮 分 为 以 下 几 种 ： 力 锁 合 形 锁 合 4-1 概 述 4-2 从 动 件 常 用 运 动 规 律确 定 从 动 件 的 运 动 规 律 是 凸 轮 设 计 的 前 提1推 程 、 2远 休 止 、 3回 程 、 4近 休 止 当 凸 轮 连 续 转 动 时 ， 从 动 件 将 重 复 上 述 运 动 过 程 。 1 2 3 4一 、 凸 轮 机 构 的 工 作 过 程 二 、 从 动 件 常 用 运 动 规 律等 速 运 动 （ 刚 性 冲 击 ）等 加 速 等 减 速 运 动 （ 柔 性 冲 击 ）余 弦 加 速 度 运 动 （ 起 停 有 柔 性 冲 击 ）正 弦 加 速 度 运 动 等 速 运 动 等 加 速 等 减 速 运 动余 弦 加 速 度 运 动 正 弦 加 速 度 运 动 4-2 从 动 件 常 用 运 动 规 律 三 、 从 动 件 运 动 规 律 的 选 择1、 在 选 择 从 动 件 的 运 动 规 律 时 ， 应 根 据 机 器 工 作 时 的 运 动 要 求 来 确定 。2、 对 无 一 定 运 动 要 求 ， 只 需 要 从 动 件 有 一 定 位 移 量 的 凸 轮 机 构 。3、 对 于 高 速 机 构 ， 应 减 小 惯 性 力 、 改 善 动 力 性 能 ， 可 选 用 正 弦加 速 度 运 动 规 律 或 其 他 改 进 型 的 运 动 规 律 。4-2 从 动 件 常 用 运 动 规 律 4-3 图 解 法 设 计 盘 形 凸 轮 轮 廓图 解 法 绘 制 凸 轮 轮 廓 曲 线 是 利 用 反 转 法 原 理 完 成 的 。加角速度-w(与凸轮角速度大小相等、方向相反)从动件与导路绕角速度-w以凸轮转动凸 轮 静 止 不 动从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线从 动 件 相 对 导 路 移 动 基圆半径R b1.选 与 位 移 线 图 一 致 的 比 例 作凸 轮 的 基 圆 2.将 基 圆 分 成 与 位 移 线 图 中 相对 应 的 等 份 3.分 别 自 基 圆 圆 周 向 外 量 取 从动 件 位 移 线 图 中 相 应 的 位 移 量 4.光 滑 连 接 各 点 即 为 所 求 的 凸轮 轮 廓 已 知 ， 如 图 ：对 心 尖 顶 移 动 从 动 件 盘 形 凸 轮 轮 廓 曲 线 的 设 计4-3 图 解 法 设 计 盘 形 凸 轮 轮 廓 偏 置 直 动 滚 子 从 动 件 盘 形 凸 轮 轮 廓 的 设 计建 立 凸 轮 转 轴 中 心 的 坐 标 系 xOy根 据 反 转 法 原 理 ， 凸 轮 以 w转 过 j角 ；B点 坐 标 为 jj jj sincos)( cossin)( 00 essy essx上 式 即 为 凸 轮 理 论 廓 线 方 程 实 际 廓 线 与 理 论 廓 线 在 法 线 上 相 距滚 子 半 径 rT， 则 推 出 sincosTTryy rxx 式 中 取 “ ”号 时 为 内 等 距 曲 线 ， 取 “ ” 号 时 为 外 等 距 曲 线 4-4 用 解 析 法 设 计 凸 轮 机 构 4-5 凸 轮 机 构 设 计 中 的 几 个 问 题一 、 凸 轮 轮 廓 的 加 工1.铣 、 锉 削 加 工 对 用 于 低 速 、 轻 载 场 合 的 凸 轮 ， 可 以 应 用 反 转 法 原 理 在 未 淬 火 凸轮 轮 坯 上 通 过 作 图 法 绘 制 轮 廓 曲 线 ， 采 用 铣 床 或 用 手 工 锉 削 办 法 加 工而 成 。 必 要 时 可 进 行 淬 火 处 理 ， 但 用 这 种 方 法 则 凸 轮 的 变 形 难 以 得 到修 正 。 2.数 控 加 工 采 用 数 控 线 切 割 机 床 对 淬 火 凸 轮 进 行 加 工 ， 这 是 目 前 最 常 用 的 一种 凸 轮 加 工 方 法 。 加 工 时 应 用 解 析 法 ， 求 出 凸 轮 轮 廓 曲 线 的 x,y坐 标 ，并 将 xOy坐 标 系 的 原 点 换 算 成 切 割 时 的 起 点 ， 而 滚 子 半 径 相 当 于 钼 丝半 径 再 加 上 放 电 间 隙 。 二 、 滚 子 半 径 的 确 定 凸 轮 轮 廓 曲 线 形 状 与 滚 子 半 径 的 关 系r = r + rr当 理 论 廓 线 内 凹 时此 时 ， 无 论 滚 子 半 径 大 小 ， 凸 轮 工 作 轮 廓 总 是 光 滑 曲 线 (如 图 a)当 理 论 廓 线 外 凸 时 (可 分 为 三 种 情 况 ) r = r - rr1) r rr时 r 0这 时 所 得 的 凸 轮 实 际 轮 廓 为 光 滑 的 曲 线 (如 图 b)2) r = r r 时 r = 0，实 际 轮 廓 线 变 尖 ， 极 易 磨 损 ， 不 能 使 用 (如 图 c)。3) r rr 时 r 0， ，即 实 际 曲 线 出 现 交 叉 会 出 现 失 真 (如 图 d)。4-5 凸 轮 机 构 设 计 中 的 几 个 问 题 压 力 角 ： 不 计 摩 擦 时 ， 凸 轮 对 从 动 件 的 作 用力 （ 法 向 力 ） 与 从 动 件 上 受 力 点 速 度 方 向 所夹 的 锐 角 。 该 力 可 分 解 为 两 个 分 力 ： 有 效 分 力有 害 分 力压 力 角 越 小 ， 有 效 分 力 越 大 ， 机 构 传 力 越 好 。 aasincos nx ny FF FF 三 、 压 力 角 及 校 核许 用 压 力 角 ： 凸 轮 机 构 在 运 转 中 的 压 力 角 是 变 化 的 ， 为 避 免 机 构 发 生 自 锁 并具 有 较 高 的 传 动 效 率 ， 必 须 对 最 大 压 力 角 加 以 限 制 ， 其 许 用 值 应 远 低 于 临 界压 力 角 ， 即 ：对 移 动 从 动 件 的 推 程 ， 取 a=30对 摆 动 从 动 件 的 推 程 ， 取 a=35 45 回 程 时 ， 可 取 a=70 caaa max4-5 凸 轮 机 构 设 计 中 的 几 个 问 题 4-6 凸 轮 常 用 材 料 和 结 构低 速 、 轻 载 ： 凸 轮 材 料 可 选 HT250、 QT800-2、 QT900 2等 ，用 球 墨 铸 铁 时 ， 轮 廓 表 面 可 进 行 淬 火 处 理 ， 以 提 高 其 耐 磨 性 。 从动 件 受 弯 曲 应 力 大 ， 不 用 脆 性 材 料 ， 可 选 中 碳 结 构 钢 ， 高 副 端 表面 淬 火 至 40 50HRC。 为 减 小 冲 击 ， 也 可 选 用 质 量 小 的 尼 龙 作为 从 动 件 材 料 。中 速 、 中 载 ： 凸 轮 常 用 45、 45Cr、 20Cr、 20CrMn等 材 料 ， 从 动件 可 用 20CR等 低 碳 合 金 钢 ， 并 经 表 面 淬 火 ， 低 碳 合 金 钢 应 渗 碳淬 火 ， 渗 碳 层 深 0.8-1.5mm， 使 硬 度 达 56 62HRC。高 速 、 重 载 ： 凸 轮 可 用 40CR等 中 碳 合 金 钢 。 表 面 高 频 淬 火 至 56 60HRC， 或 用 38CrMoAl， 经 渗 氮 处 理 至 60 67HRC， 但 渗 氮 表 层 脆 而 不 宜 受 冲 击 。 从 动 件 则 可 用 T8、 T10等 碳 素 工 具 钢 ， 经表 面 淬 火 处 理 。一 、 常 用 材 料 及 热 处 理 4-6 凸 轮 常 用 材 料 和 结 构二 、 凸 轮 的 结 构 整 体 式凸 轮 与 轮 毂 可 调 整 组 成 凸 轮 的 部 分 可 调 整 三 、 滚 子 从 动 件 结 构 专 门 制 造 的 圆 柱 体 滚 动 轴 承销 轴 联 接4-6 凸 轮 常 用 材 料 和 结 构