机械设计基础第三章教材课件

第第3章章 凸轮机构凸轮机构31 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型32 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律33 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角34 图解法设计凸轮的轮廓图解法设计凸轮的轮廓35 解析法设计凸轮的轮廓解析法设计凸轮的轮廓第3章 凸轮机构31 凸轮机构的应用和类型32 1机械设计基础第三章教材课件21 132e1 132e31 132e1 132e41 132e1 132e51 132e1 132e6132e132e7132e132e8132e132e9132e132e10132e132e11132eh132eh12132eh132eh13132eh132eh14132eh132eh15132eh132eh16132eh132eh17132eh132eh18132eh132eh19132eh132eh20132eh132eh21eh凸轮机构凸轮机构 由凸轮，从动件由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成和机架三个基本构件组成。eh凸轮机构 由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成。2231 凸轮机构的应用和类型31 凸轮机构的应用和类型23设计：潘存云设计：潘存云312A线线绕线机构绕线机构312A线线应用实例：应用实例：设计：潘存云设计：潘存云312A线绕线机构312A线应用实例2431 凸轮机构的应用和类型31 凸轮机构的应用和类型25设计：潘存云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设计：潘存云3皮带轮5卷带轮录音机卷带机构1放音键2摩擦轮42631 凸轮机构的应用和类型31 凸轮机构的应用和类型27设计：潘存云132送料机构送料机构设计：潘存云132送料机构2831 凸轮机构凸轮机构的应用和类型的应用和类型结构：结构：三个构件、三个构件、盘盘(柱柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。状曲线轮廓、从动件呈杆状。作用：作用：将连续回转将连续回转 =从动件从动件直线移动直线移动或或摆动摆动。优点：优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。可精确实现任意运动规律，简单紧凑。缺点：缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。高副，线接触，易磨损，传力不大。应应用用：内内燃燃机机 、牙牙膏膏生生产产等等自自动动线线、补补鞋机、配钥匙机等。鞋机、配钥匙机等。分类：分类：1)按凸轮形状分：按凸轮形状分：盘形盘形、移动移动、圆柱凸轮圆柱凸轮(端面端面)。2)按推杆形状分：按推杆形状分：尖顶尖顶、滚子滚子、平底平底从动件。从动件。特点：特点：尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；滚子滚子磨损小，应用广；磨损小，应用广；平底平底受力好、润滑好，用于高速传动。受力好、润滑好，用于高速传动。31 凸轮机构的应用和类型结构：三个构件、盘(柱)状曲293机架2从动件eh1凸轮高副 3机架2从动件eh1凸轮高副 3031 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的分类凸轮机构的分类1、按凸轮的形状分盘形凸轮移动凸轮温故知新圆柱凸轮31 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的分类1、按凸轮的形3131 凸轮机构的应用和类型2、按从动件的运动形式和接触形式分尖端从动件滚子从动件平底从动件31 凸轮机构的应用和类型2、按从动件的运动形式和接触32接触形式比较接触形式优点缺点应用尖端滚子平底结构紧凑，能与任意形状的轮廓接触，实现任意运动规律。易磨损，承载能力低低速、轻载耐磨损结构复杂中载，应用最广u易形成油膜，润滑好，耐磨损；u=C，一般=0，受力好，效率高凸轮廓线不能内凹，运动规律受限制高速接触形式比较接触形式优点缺点应用尖端滚子平底结构紧凑，能与任33r1r2r1+r2=constW凹凹槽槽凸凸轮轮等等宽宽凸凸轮轮等等径径凸凸轮轮优点：优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：缺点：线接触，容易磨损。线接触，容易磨损。作者：潘存云教授r1r2r1+r2=constW凹槽凸轮等宽凸轮等径凸轮优342、偏置距e偏置圆3、升程h（或 max）1、基圆半径r032 从动件的运动规律一、名词术语一、名词术语r0r0凸轮转动中心到轮廓曲线的最短距离从动件的最大位移（或角位移2、偏置距e偏置圆3、升程h（或 max）1、基圆半3532 从动件的运动规律4、运动过程凸轮转角廓线从动件行程推程推程运动角升程h远休止程远休止角停止回程回程运动角降程h近休止程近休止角停止位移曲线32 从动件的运动规律4、运动过程凸轮转角廓线从动件行3632 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律凸轮机构设计的基本任务凸轮机构设计的基本任务:1)1)根据工作要求选定凸轮机构的形式根据工作要求选定凸轮机构的形式;2)2)推杆运动规律推杆运动规律;3)3)合理确定结构尺寸合理确定结构尺寸;4)4)设计轮廓曲线。设计轮廓曲线。推杆的运动规律推杆的运动规律32 从动件的常用运动规律凸轮机构设计的基本任务:2)37等速运动等速运动等速运动38简谐运动简谐运动简谐运动39正弦加速度运动正弦加速度运动正弦加速度运动40设计：潘存云v2s 2a 2111hooot t正弦改进等速正弦改进等速三、改进型运动规律三、改进型运动规律将将几几种种运运动动规规律律组组合合，以以改改善善运动特性。运动特性。+-v 2s 2a 2111hooot t设计：潘存云v2s 2a 2111hooot正弦改进413压力角和传动角压力角和传动角3压力角和传动角42设计：潘存云OB1定义：定义：正压力与推杆上力作用点正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角速度方向间的夹角 F”F”，若若大到一定程度时，会有：大到一定程度时，会有：机构发生自锁。机构发生自锁。33 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角nn一、压力角与作用力的关系一、压力角与作用力的关系不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。FFF”F-有用分力有用分力,沿导路方向沿导路方向F”-有害分力，垂直于导路有害分力，垂直于导路F”=F tg F 一定时，一定时，F Ff FFF Ff为了保证凸轮机构正常工作，要求：为了保证凸轮机构正常工作，要求：设计：潘存云OB1定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间43设计：潘存云OB1二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系P点为速度瞬心，点为速度瞬心，于是有：于是有：v=lOP1r r0 0 =30=30 -直动从动件；直动从动件；=354545-摆动从动件；摆动从动件；=708080-回程。回程。nnP lOP=v2/1eds/d=ds/d=lOC+lCP lCP=lOC=elCP=ds/d-e tg=S+r20-e2ds/d-eC(S+S0)tg S0=r20-e2若发现设计结果若发现设计结果 ，可增大可增大r0s0sDv2v2r r0 0设计：潘存云OB1二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系P点为44设计：潘存云OB1 ds/d 得：得：tg=S+r20-e2ds/d+enn同理，当导路位于中心左侧时，有：同理，当导路位于中心左侧时，有：lOP=lCP-lOC lCP=ds/d+e 于是：于是：tg=S+r20-e2ds/d ee“+”用于导路和瞬心位于中心两侧；用于导路和瞬心位于中心两侧；“-”用于导路和瞬心位于中心同侧；用于导路和瞬心位于中心同侧；显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小。显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小。注意：注意：用偏置法可减小推程压力角，用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回但同时增大了回 程压力角程压力角，故偏距，故偏距 e 不能太大。不能太大。PC lCP=(S+S0)tg S0=r02-e2r r0 0s0sD正确偏置：正确偏置：导路位于与凸轮旋转方向导路位于与凸轮旋转方向1相反的位置。相反的位置。设计：潘存云OB1 ds/d 得：tg=45设计：潘存云nn提问：对于平底推杆凸轮机构：提问：对于平底推杆凸轮机构：？0 0v2O1r rminmin设计：潘存云nn提问：对于平底推杆凸轮机构：0v2O1rm461.1.凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理34 图解法图解法设计凸轮轮廓设计凸轮轮廓2.2.用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线1)1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮对心直动尖顶从动件盘形凸轮3)3)滚子直动从动件盘形凸轮滚子直动从动件盘形凸轮4)4)对心直动平底从动件盘形凸轮对心直动平底从动件盘形凸轮2)2)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮偏置直动尖顶从动件盘形凸轮5)5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构摆动尖顶从动件盘形凸轮机构1.凸轮廓线设计方法的基本原理34 图解法设计凸轮轮廓47设计：潘存云一、凸轮廓线设计方法的基本原理一、凸轮廓线设计方法的基本原理反转原理：反转原理：依据此原理可以用几何作图的方法依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：设计凸轮的轮廓曲线，例如：给给整整个个凸凸轮轮机机构构施施以以-1时时，不不影影响响各各构构件件之之间间的的相相对对运运动动，此此时时，凸凸轮轮将将静静止止，而而从从动动件件尖尖顶顶复复合合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。尖顶凸轮绘制动画尖顶凸轮绘制动画滚子凸轮绘制动画滚子凸轮绘制动画O O-13311223 33 31 11 12 22 21设计：潘存云一、凸轮廓线设计方法的基本原理反转原理：依据此原48二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制491.1.偏置直动尖顶偏置直动尖顶从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮1.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮50偏置尖顶凸轮偏置尖顶凸轮偏置尖顶凸轮51已知条件：已知条件：1、从动件位移线图；、从动件位移线图；2、偏置距、偏置距e；3、基圆半径、基圆半径r0；4、凸、凸轮角速度轮角速度已知条件：1、从动件位移线图；52已知条件：已知条件：1、从动件位移线图；、从动件位移线图；2、偏置距、偏置距e；3、基圆半径、基圆半径r0；4、凸、凸轮角速度轮角速度已知条件：1、从动件位移线图；53已知条件：已知条件：1、从动件位移线图；、从动件位移线图；2、偏置距、偏置距e；3、基圆半径、基圆半径r0；4、凸、凸轮角速度轮角速度已知条件：1、从动件位移线图；54已知条件：已知条件：1、从动件位移线图；、从动件位移线图；2、偏置距、偏置距e；3、基圆半径、基圆半径r0；4、凸、凸轮角速度轮角速度已知条件：1、从动件位移线图；55已知条件：已知条件：1、从动件位移线图；、从动件位移线图；2、偏置距、偏置距e；3、基圆半径、基圆半径r0；4、凸、凸轮角速度轮角速度已知条件：1、从动件位移线图；56已知条件：已知条件：1、从动件位移线图；、从动件位移线图；2、偏置距、偏置距e；3、基圆半径、基圆半径r0；4、凸、凸轮角速度轮角速度已知条件：1、从动件位移线图；57设计：潘存云s2 1911 13 151 3 5 7 8rminA120-11设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。135789111312142345 67 8910111213146090901876543214131211109理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓作各位置滚子圆的内作各位置滚子圆的内(外外)包络线。包络线。3.3.滚子直动从动件盘形凸轮滚子直动从动件盘形凸轮滚子直动从动件凸轮机构中，已知凸轮滚子直动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径的基圆半径rmin，角速度角速度1和从动件的和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。6012090901设计：潘存云s2 1911131513578rminA58设计：潘存云a工作轮廓的曲率半径，工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，rT滚子半径滚子半径rT arT rT 轮廓失真轮廓失真滚子半径的确定滚子半径的确定arT rT arT0轮廓正常轮廓正常轮廓变尖轮廓变尖内凹内凹arTrTrT rT arT 轮廓正常轮廓正常外凸外凸rTa设计：潘存云a工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径59设计：潘存云s2 1911 13 151 3 5 7 8rmin对心直动平底对心直动平底从动件凸轮机构中，已知从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径rmin，角速度角速度1和从动和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：设计步骤：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。作平底直线族的内包络线。作平底直线族的内包络线。4.4.对心直动平底对心直动平底从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮8765432191011121314-11A13578911131214123456781514131211109 601209090设计：潘存云s2 1911131513578rmin60设计：潘存云对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。Ormin可通过增大可通过增大r rminmin解决此问题。解决此问题。rmin设计：潘存云对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。Ormin可通61设计：潘存云120B11 1rmin 601209090s2 1摆动摆动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角角速度速度1，摆杆长度摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。三、摆动三、摆动从动件从动件盘形凸轮机构盘形凸轮机构12345 6 7 85678B1B2B3B4B5B6B7B860 90 1-1dABl1 2 3 4B22 2B33 3B44 4B55 5B66 6B77 7A1A2A3A4A5A6A7A8设计：潘存云120B11rmin 601209062设计：潘存云B0OB1S0S235 解析法设计凸轮的轮廓解析法设计凸轮的轮廓结果：求出轮廓曲线的解析表达式结果：求出轮廓曲线的解析表达式-已知条件：已知条件：e e、r rminmin、r rT T、S S2=S=S2(1)、1及其方向。及其方向。理论轮廓的极坐标参数方程：理论轮廓的极坐标参数方程：=(S=(S2+S+S0 0)2 2+e+e2 2原理：原理：反转法。反转法。=1+0其中：其中：S S0 0=r=r2 2minmin e e2tgtg0=e/S=e/S0 0tgtg=e/(S=e/(S2 +S+S0 0)-1rT (+(+0 0)(1+)=1e ermin1参数方程。参数方程。S00设计：潘存云B0OB1S0S235 解析法设计凸63设计：潘存云其中：其中：tg tg=B0BO1-11nn实际轮廓方程是理论轮廓的等距曲线。由高等数学可实际轮廓方程是理论轮廓的等距曲线。由高等数学可知：知：等距线对应点具有公共的法线。等距线对应点具有公共的法线。T T=2 2+r+r2 2TmTm-2-2r rT TcoscosT T=+=+实际轮廓上对应点的实际轮廓上对应点的 T T 位置：位置：位于理论轮廓位于理论轮廓 B B 点法线点法线 n-nn-n 与滚子圆的交线上。与滚子圆的交线上。T=arctg=arctgT T点的极坐标参数方程为：点的极坐标参数方程为：由图有：由图有：=+其中：其中：tg=S2+r2min+e2ds2/d1 erT sin -rT cos TT设计：潘存云其中：tg=B0BO1-1164本章重点：本章重点：常用从动件运动规律：特性及作图法；常用从动件运动规律：特性及作图法；理论轮廓与实际轮廓的关系；理论轮廓与实际轮廓的关系；凸轮压力角凸轮压力角与基圆半径与基圆半径r rminmin的关系；的关系；掌握用图解法设计凸轮轮廓曲线的步骤与方法；掌握用图解法设计凸轮轮廓曲线的步骤与方法；掌握解析法在凸轮轮廓设计中的应用。掌握解析法在凸轮轮廓设计中的应用。直角坐标参数方程为：直角坐标参数方程为：x=T T cos cos T T y=T T sin sin T T 本章重点：常用从动件运动规律：特性及作图法；理论轮廓与实65