机械设计基础-第四章课件

第四章第四章 凸轮机构凸轮机构4.1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律4.3 图解法设计凸轮机构图解法设计凸轮机构4.4 设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构应注意的问题4.1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用：凸轮机构的应用：凸轮机构具有结构简单，凸轮机构具有结构简单，可以准确实现可以准确实现 要求的运动规律等优点，因而要求的运动规律等优点，因而在工业生产中得到广泛的应用在工业生产中得到广泛的应用盘形凸轮机构盘形凸轮机构在印刷机中的在印刷机中的应用应用利用分度凸轮机构实现转位：利用分度凸轮机构实现转位：凸轮机构的分类：凸轮机构的分类：按凸轮形状按凸轮形状分：分：（1）盘形凸轮盘形凸轮（2）移动凸轮）移动凸轮（3）圆柱凸轮）圆柱凸轮按按从动件的形状分：从动件的形状分：（1 1）尖顶从动件：）尖顶从动件：a a：尖顶可与任意尖顶可与任意凸轮轮廓保持接触，凸轮轮廓保持接触，能实现任意预期的运能实现任意预期的运动规律动规律 b b：点接触，滑动点接触，滑动摩擦，磨损快。摩擦，磨损快。用于低速、轻载的用于低速、轻载的凸轮机构凸轮机构 (2)滚子从动件滚子从动件滚子与凸轮滚子与凸轮之间为滚动之间为滚动摩擦，耐磨摩擦，耐磨损，承载较损，承载较大。大。是最常用的是最常用的从动件形式从动件形式（3）平底从动件平底从动件不能与凹陷不能与凹陷的凸轮轮廓的凸轮轮廓接触。接触。接触面间易接触面间易形成油膜，形成油膜，利于润滑。利于润滑。常用于高速、常用于高速、重载的场合。重载的场合。凸轮机构的优缺点：凸轮机构的优缺点：1、只要设计适当的凸轮轮廓，从动件可、只要设计适当的凸轮轮廓，从动件可以实现任意的运动规律以实现任意的运动规律2、机构结构简单，工作可靠、机构结构简单，工作可靠3、为高副接触，压强大，易磨损，不宜、为高副接触，压强大，易磨损，不宜传递大的载荷传递大的载荷4.2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语推程：推程：从动件从离回转中心最近到离回转中心最从动件从离回转中心最近到离回转中心最远位置的过程。远位置的过程。回程：回程：从动件从最高位置回到最低位置。从动件从最高位置回到最低位置。升程：推程中从动件所走过的距离。升程：推程中从动件所走过的距离。基圆：以凸轮轮廓的最小向径为半径所绘的圆。基圆：以凸轮轮廓的最小向径为半径所绘的圆。推程运动角：推程运动角：0远休止角远休止角：s回程运动角：回程运动角：0 近休止角近休止角：s从动件升程：从动件升程：h基圆半径基圆半径r0：凸轮轮廓的最小向径凸轮轮廓的最小向径二、从动件常用的运动规律：二、从动件常用的运动规律：1，等速运动，等速运动凸轮的角速度为凸轮的角速度为，从动件推程角，从动件推程角 0，升程升程h，推程运动时间推程运动时间T，则从动件运动速则从动件运动速度度v=h/T=v0，从动件位移从动件位移s=v0t=h t/T，又又 0=1T，=t所以从动件的运动方程为（推程）所以从动件的运动方程为（推程）回程回程 中中s=h-h /0 位移、速度、加速度线图位移、速度、加速度线图 =0时，速度时，速度 0v0，a=；=0 0时，速度时，速度V00，a=-；刚性冲击，一般用于低速、轻载的凸轮机构。刚性冲击，一般用于低速、轻载的凸轮机构。2.等加速等减速运动等加速等减速运动一般令前半行程作等加速运动，后半行程作等一般令前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动。减速运动。令前半行程作等加速运动时，运动时间为令前半行程作等加速运动时，运动时间为T/2，对应的凸轮转角为对应的凸轮转角为 0 0/2/2，加速度为定值。加速度为定值。前半行程作等加速前半行程作等加速运动的运动方程运动的运动方程加速度进行一次加速度进行一次积分为速度，进积分为速度，进行两次积分为位行两次积分为位移。其初步条件移。其初步条件是：是：=0时：时：v=0 s=0位移、速度、加速度线图位移、速度、加速度线图加速度在起始、前半推程终止处等有有限值的突变，加速度在起始、前半推程终止处等有有限值的突变，为软性冲击，一般用于中速运动中。为软性冲击，一般用于中速运动中。位移线图的绘制方法位移线图的绘制方法3.简谐（余弦加速度）运动简谐（余弦加速度）运动 （点在圆周（点在圆周上作匀速运动时，它在该圆的直径上投影所构成上作匀速运动时，它在该圆的直径上投影所构成的运动）的运动）位移线图的绘制方法位移线图的绘制方法推程的运动方程：推程的运动方程：S=h/2（1-cos）=时时 =0则则=/0则其运动方程为：则其运动方程为：4、正弦加速度、正弦加速度(摆线摆线)运动规律运动规律加速度没有突变，不产生冲击。加速度没有突变，不产生冲击。4.3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓1.对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制方法：对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制方法：采用反转法（根据相对原理）采用反转法（根据相对原理）一般已知位移线图一般已知位移线图S-（t），（），（或运动或运动规律），基圆半径规律），基圆半径r0，凸轮的角速度凸轮的角速度，绘制凸轮轮廓。绘制凸轮轮廓。2.自自OA0沿沿-方向依次取方向依次取 0、s、0、s并将并将它们分成与位移线图相对应的等分，得：它们分成与位移线图相对应的等分，得：A1、A2、A3.点，连接点，连接OA1、OA2等，它们等，它们是从动件反转后的导路位置。是从动件反转后的导路位置。3.量取各个位移量，即取量取各个位移量，即取A1A1=11、A2A2=22.得到反转后从动件尖顶的一系列得到反转后从动件尖顶的一系列位置位置A1、A2、.。4.将将A0、A1、A2、A14连成光滑的曲线，便得到连成光滑的曲线，便得到所要求的凸轮轮廓所要求的凸轮轮廓1.以以r0为半径作基圆，与从动件的初始位置交与为半径作基圆，与从动件的初始位置交与A0点。点。2.偏心尖顶直动从动件凸轮：偏心尖顶直动从动件凸轮：与对心的做法相同，只是导路的位置与偏心圆相与对心的做法相同，只是导路的位置与偏心圆相切。切。3.滚子直动从动件盘形凸轮滚子直动从动件盘形凸轮把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，绘制出理论轮廓曲把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，绘制出理论轮廓曲线，再以其上的各点为中心，以滚子半径为半径，画一线，再以其上的各点为中心，以滚子半径为半径，画一系列圆，作这些圆的包络线，它是实际轮廓。系列圆，作这些圆的包络线，它是实际轮廓。4.平底直动从动件盘形凸轮：平底直动从动件盘形凸轮：与尖顶从动件的绘制方法相似，先在平底上选一与尖顶从动件的绘制方法相似，先在平底上选一点点A，按照尖顶从动件凸轮轮廓的绘制方法，求出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理论轮廓上一系列点A1、A2、A3.；再过这些点再过这些点作各个位置的平底，然后作这些平底的作各个位置的平底，然后作这些平底的 包络线，包络线，便可得凸轮的实际轮廓曲线。便可得凸轮的实际轮廓曲线。A1A0A25.摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制：摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制：1 0 0+1 0+2 0+3 2 3OA0A1A2A3OA0的长度保持不变，用反转法做出的长度保持不变，用反转法做出A1、A2、A3、.各点，各点，OA1、OA2、OA3、.即为机架在反转中占据即为机架在反转中占据的各个位置。然后利用摆角的各个位置。然后利用摆角 及、从动件及、从动件A0B0的长度，的长度，作出作出B0、B1、B2.各点，用光滑的曲线将各点，用光滑的曲线将B0、B1、B2、.各点连接，便得到尖顶从动件的轮廓曲线。各点连接，便得到尖顶从动件的轮廓曲线。B0B1B2B34.4 4.4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定从动件的运动方向与从动件的运动方向与其受力之间其受力之间 的锐角的锐角 一、凸轮的压力角：一、凸轮的压力角：1有用分力有用分力R，有害分力有害分力R=R tg，R，机构效机构效率低，当率低，当 大到使大到使R 引起的阻力大于引起的阻力大于R 时，机构出现自锁。时，机构出现自锁。一般一般 直动从动件：直动从动件：=30 摆动从动件：摆动从动件：=40 二、基圆半径的确定：二、基圆半径的确定：分析：分析：1.若从动件的运动规律已知，凸轮的转速若从动件的运动规律已知，凸轮的转速确定，基圆半径与压力角成反比。确定，基圆半径与压力角成反比。2.rmin，则机构尺寸则机构尺寸，但压力角但压力角，传，传动效率动效率。3.rmin ，则机构尺寸则机构尺寸，但压力角但压力角 ，传动效率，传动效率 。4.在保证压力角小于许用压力角的条件下，在保证压力角小于许用压力角的条件下，选小些的基圆半径，以减小机构的尺寸选小些的基圆半径，以减小机构的尺寸及重量。及重量。三、滚子半径的选择：三、滚子半径的选择：理论轮廓理论轮廓曲线最小曲线最小曲率曲率 min凹形凸轮凹形凸轮实际轮廓实际轮廓曲线最小曲线最小曲率曲率=min+rt=min-rt min=rt minrt练习：练习：