凸轮机构及其设计-课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 凸轮机构及其设计,9-1,凸轮机构的应用和分类,9-2,推杆的运动规律,9-3,凸轮轮廓曲线的设计,9-4,凸轮机构基本尺寸的确定,第九章 凸轮机构及其设计9-1 凸轮机构的应用和分类,1,1凸轮机构的应用,（1）实例,内燃机配气凸轮机构,自动机床进刀机构,自动机床凸轮机构,（2）特点,适当的设计凸轮廓线可实现各种运动规律，结构简单，紧凑；但易磨损，传力不大。,9-1 凸轮机构的应用和分类,1凸轮机构的应用（1）实例内燃机配气凸轮机构自动机床进刀机,2,2凸轮机构的分类,（1）按凸轮的形状分,1）盘形凸轮（移动凸轮）,2）圆柱凸轮,（2）按推杆形状及运动形式分,1）尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆,2）对心直动推杆、偏置直动推杆和摆动推杆,（3）按保持高副接触方法分,1）力封闭的凸轮机构,2）几何封闭的凸轮机构,9-1 凸轮机构的应用和分类,2凸轮机构的分类（1）按凸轮的形状分1）盘形凸轮（移动凸轮,3,第九章 凸轮机构及其设计,9-1,凸轮机构的应用和分类,9-2,推杆的运动规律,9-3,凸轮轮廓曲线的设计,9-4,凸轮机构基本尺寸的确定,第九章 凸轮机构及其设计9-1 凸轮机构的应用和分类,4,o,t,s,r,0,h,B,A,01,01,0,0,0,0,02,02,D,B,C,360,1名词术语及符号,基圆 基圆半径,r,0,推程 推程运动角,0,远休 远休止角,01,回程 回程运动角,0,近休 近休止角,02,行程,h,推杆运动规律：,s,s,(,t,),s,(,),v,v,(,t,),v,(,),a,a,(,t,),a,(,),otsr0hBA0101000002,5,位移方程：,求一阶导数得速度方程：,求二阶导数得加速度方程：,（1）多项式运动规律,2推杆常用的运动规律,位移方程：求一阶导数得速度方程：求二阶导数得加速度方,6,1)一次多项式运动规律（等速运动规律）,始点处,=0，s=0,终点处,=,0,，s=h,C,0,=0,C,1,=h/,0,推程,回程,1)一次多项式运动规律（等速运动规律）始点处=0，s=0,7,特点：,速度有突变，加速度理论上由零至无穷大，从而使从动件产生巨大的惯性力，机构受到强烈冲击,刚性冲击,适应场合,：低速轻载,特点：速度有突变，加速度理论上由零至无穷大，从而使从动件产生,8,2）二次多项式运动规律（等加等减速）,等加速阶段边界条件,等减速阶段边界条件,推 程,2）二次多项式运动规律（等加等减速）等加速阶段边界条件等减速,9,等减速阶段,等加速阶段,回 程,2）二次多项式运动规律（等加等减速）,等减速阶段 等加速阶段 回 程2）二次多项式运动规律（等加,10,2）二次多项式运动规律（等加等减速）,特点：,加速度曲线有突变，加速度的变化率(即跃度j)在这些位置为无穷大,柔性冲击,适应场合：,中速轻载,分析若满足：,=0 时，s=0，v=0，a=0,=,0,时，s=h，v=0，a=0,则无冲击。,2）二次多项式运动规律（等加等减速）特点：加速度曲线有突变，,11,3）五次多项式运动规律,s,v,a,h,0,3）五次多项式运动规律svah0,12,3）五次多项式运动规律,满足：,=0 时，s=0，v=0，a=0,=,0,时，s=h，v=0，a=0,特点：无冲击,适用场合：高速、中载,回 程,3）五次多项式运动规律满足：特点：无冲击回 程,13,（2）三角函数运动规律,1.余弦加速度(简谐)运动规律,推程阶段运动方程：,（2）三角函数运动规律1.余弦加速度(简谐)运动规律推程阶段,14,特点：,在起始和终止处理论上,a,为有限值,柔性冲击,适用场合：,中速轻载(当从动件作连续运动时，可用于高速),回程阶段运动方程：,特点：在起始和终止处理论上a为有限值柔性冲击回程阶段运,15,2.正弦加速度（摆线）运动规律,半径R=h/2,的滚圆沿纵座标作纯滚动，圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律,摆线运动,推程阶段运动方程：,2.正弦加速度（摆线）运动规律半径R=h/2的滚圆沿纵座标,16,特点：,无刚性、柔性冲击,适用场合：,适于高速,回程阶段运动方程：,特点：无刚性、柔性冲击回程阶段运动方程：,17,（3）组合型运动规律,v,s,a,h,o,o,o,+,-,v,s,a,h,o,o,o,组合原则,：,要保证在衔接点上运动参数保持连续；在运动的始末处满足边界条件。,（3）组合型运动规律vsahooo+-vsahooo组合,18,等速运动规律：有刚性冲击 低速轻载,等加速等减速运动：柔性冲击 中速轻载,余弦加速度运动规律：柔性冲击 中低速重载,正弦加速度运动规律：无冲击 中高速轻载,五次多项式运动规律：无冲击 高速中载,运动规律 运动特性 适用场合,小结：,等速运动规律：有刚性冲击 低速,19,第九章 凸轮机构及其设计,9-1,凸轮机构的应用和分类,9-2,推杆的运动规律,9-3,凸轮轮廓曲线的设计,9-4,凸轮机构基本尺寸的确定,第九章 凸轮机构及其设计9-1 凸轮机构的应用和分类,20,1凸轮廓线设计的基本原理,（1）凸轮的轮廓曲线与推杆的相对运动关系,当给整个凸轮机构加一个,公共角速度,，使其绕凸轮轴心转动时，凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其导轨作反转运动，另一方面又沿导轨作预期的往复运动。推杆在这种复合运动中，其尖顶的运动轨迹即为,凸轮的轮廓曲线,。,1凸轮廓线设计的基本原理（1）凸轮的轮廓曲线与推杆的相对运,21,（2）凸轮廓线设计方法的基本原理,反转法原理：,在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而其推杆相对凸轮作反转运动，同时又在其导轨内作预期运动，作出推杆在这种复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线。,（2）凸轮廓线设计方法的基本原理反转法原理：,22,120,-,1,已知：凸轮的基圆半径r,min,，,角速度,和从动件的运动规律,设计步骤小结：,选比例尺,l,作基圆r,min,。,在位移线图上等分各运动角。原则是：陡密缓疏。,确定反转后，确定从动件尖底在各等份点的位置。,将各尖底点连接成一条光滑曲线：即凸轮轮廓曲线。,（1）对心直动尖底,从动件盘形凸轮,1,3,5,7,8,1,3,5,7,8,9,11,13,15,9,11,13,12,14,s,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,60,90,90,r,min,A,1,8,7,6,5,4,3,2,14,13,12,11,10,9,60,120,90,90,2用作图法设计凸轮廓线,120-1已知：凸轮的基圆半径rmin，角速度设计步,23,已知：凸轮的基圆半径r,min,，,角速度,、,偏心距e和从动件的运动规律,（2）偏置直动尖底,从动件盘形凸轮,60,120,90,90,1,3,5,7,8,1,3,5,7,8,9,11,13,15,9,11,13,12,14,s,-,6,1,2,3,4,5,7,8,15,14,13,12,11,10,9,k,9,k,10,k,11,k,12,k,13,k,14,k,15,15,14,13,12,11,10,9,1,2,3,4,5,6,7,8,k,1,k,2,k,3,k,5,k,4,k,6,k,7,k,8,e,A,o,r,min,12,0,9,0,6,0,90,注意：,从动件导路方向与偏矩圆相切，不通过回转中心O。,已知：凸轮的基圆半径rmin，角速度、偏心距e和从动件的运,24,r,min,A,120,-,1,设计步骤小结：,1.将滚子中心视为尖底，按尖底从动件盘形凸轮机构设计。得,理论廓线,；,60,120,90,90,1,3,5,7,8,1,3,5,7,8,9,11,13,15,9,11,13,12,14,s,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,60,90,90,1,8,7,6,5,4,3,2,14,13,12,11,10,9,理论轮廓,实际轮廓,2.作各位置滚子圆的内,(外),包络线，得,实际廓线,。,（3）对心直动滚子从动件盘形凸轮,已知凸轮的基圆半径r,min,，滚子半径r,t,，,角速度,和从动件的运动规律。,rminA120-1设计步骤小结：1.将滚子中心视为,25,r,min,已知凸轮的基圆半径r,min,，,角速度,和从动件的运动规律,（4）对心直动平底,从动件盘形凸轮,8,7,6,5,4,3,2,1,9,10,11,12,13,14,-,A,60,120,90,90,1,3,5,7,8,1,3,5,7,8,9,11,13,15,9,11,13,12,14,s,1,2,3,4,5,6,7,8,15,14,13,12,11,10,9,设计步骤小结：,1.将平底交叉点视为尖底，按尖底从动件盘形凸轮机构设计。得各,平底位置,；,2.作平底直线族的内包络线，得,实际廓线,。,120,60,90,90,rmin已知凸轮的基圆半径rmin，角速度和从动件的运动规,26,已知凸轮的基圆半径r,min,，,角速度,，,摆杆长度,l,以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的,距离d，摆杆角位移方程，,设计该凸轮轮廓曲线。,（5）摆动,从动件盘形凸轮机构,60,120,90,90,1,2,3,4,5,6,7,8,5,6,7,8,B,1,B,2,B,3,B,4,B,5,B,6,B,7,B,8,120,60,90,-,d,A,B,l,B,1,1,r,min,B,2,2,B,7,7,B,6,6,B,5,5,B,4,4,B,3,3,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,A,6,A,7,A,8,1,2,3,4,已知凸轮的基圆半径rmin，角速度，摆杆长度l以及,27,第九章 凸轮机构及其设计,9-1,凸轮机构的应用和分类,9-2,推杆的运动规律,9-3,凸轮轮廓曲线的设计,9-4,凸轮机构基本尺寸的确定,第九章 凸轮机构及其设计9-1 凸轮机构的应用和分类,28,1凸轮机构的压力角,（1）凸轮机构中的作用力,F,G,/cos(,+,1,)(1+2,b,/,l,)sin(,+,1,)tan,2,1凸轮机构的压力角（1）凸轮机构中的作用力F G/co,29,（2）凸轮机构的压力角,凸轮机构的压力角,是指推杆所受正压力的方向与推杆上点,B,的速度方向之间所夹的锐角，常以,表示。,愈大，,F,愈大,临界压力角,c,arctan1/(12,b/l,)tan,2,1,max,(,c,),推程时：,直动推杆,30,摆动推杆,35 45,回程时：,70 80,（2）凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角是指推杆所受正压力的方,30,O,B,P点为速度瞬心，于是有：,v=,l,OP,n,n,P,l,OP,=v,/,e,ds/d,=ds/d,s,0,s,D,l,CP,=ds/d,-,e,tg,=,S+r,2,0,-e,2,ds/d,-,e,C,v,v,r,0,基圆半径越大，压力角越小，但结构尺寸较大,2,凸轮基圆半径的确定,（1）凸轮机构的压力角与基圆半径的关系,OBP点为速度瞬心，于是有：v=lOPnnP lOP,31,（2）凸轮基圆半径的确定,凸轮基圆半径的确定的原则是：,应在满足,max,的条件下，,合理地确定凸轮的基圆半径，使凸轮机构的尺寸不至过大。,先按满足推程压力角,的条件来确定基圆半径,r,0,，,即,r,0,(d,s,/d,e,)/tan,s,2,+,e,2,1/2,用上式计算得,r,0,随凸轮廓线上各点的,d,s,/d,、s,值的不同而不,同，,故需确定,r,0,的极大值，即为凸轮基圆半径的最小半径值。,还要考虑满足凸轮的结构及强度的要求：,当凸轮和轴做成一体时，凸轮工作廓线的最小半径应略大于,轴的半径。,当凸轮和轴单独制作时，凸轮上要作出轮毂，此时凸轮工作,廓线的最小半径应略大于轮毂的外径。可取凸轮工作廓线的最小,直径等于或大于轴径的（1.62）倍。,（2）凸轮基圆半径的确定 凸轮基圆半径的确定的,32,当导路和瞬心位于回转中心异侧时，有：,于是：,tg,=,S+r,2,0,-e,2,ds/d,e,结论：,导路和瞬心位于回转中心同侧时，推程压力角将减小。,注意：用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，,适用于力锁合式凸轮机构。,tg,=,S+r,2,0,-e,2,ds/d,+,e,ds/d,O,B,n,n,e,P,C,s,0,s,D,r,0,凸轮逆时针回转，从动件右偏置,凸轮顺时针回转，从动件左偏置,3.从动件偏置位置的选择,当导路和瞬心位于回转中心异侧时，有：于是：tg=,33,4,滚子推杆滚子半径的选择,a,r,r,无论滚子半径大小如何，凸轮的工作廓线总是可以平滑地作出来,a,r,r,。,凸轮理论廓线内凹,凸轮理论廓线外凸,r,r,工作廓线出现,变尖现象,r,r,工作廓线出现,交叉,，推杆运动规律出现,失真现象,考虑运动失真：,考虑强度要求：,4滚子推杆滚子半径的选择arr无论滚子半径大小如何,34,