机械基础凸轮机构课件

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,机械工业出版社,*,Click to edit Master title style,Copyright,机械工业出版社,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,机械基础,凸轮机构,机械基础凸轮机构,机械工业出版社,案例导入,凸轮机构是机械中的一种常用机构，常用于将主动件的连续转动转变为从动件的往复移动或摆动，能使从动件获得预先给定的运动规律，因而广泛用于自动化和半自动化机械中。,自动车床中的转塔式自动换刀装置,2,机械工业出版社案例导入 凸轮机构是机械中的一种常用机,机械工业出版社,案例导入,问题：,（,1,）凸轮的类型有几种，可以实现何种运动？,（,2,）如何设计凸轮的轮廓以实现从动件预期的运动规律？,（,3,）如何设计可以保证机构具有良好的传动性能？,自动车床中的转塔式自动换刀装置,3,机械工业出版社案例导入问题：自动车床中的转塔式自动换刀装置3,机械工业出版社,凸轮机构,凸轮机构的特点、应用和分类,1,从动件常用的运动规律,2,凸轮轮廓曲线的设计,3,凸轮工作轮廓的校核,4,课堂练习,7,凸轮机构的结构和材料,5,综合案例分析,6,4,机械工业出版社凸轮机构凸轮机构的特点、应用和分类 1 从动件,机械工业出版社,学习目标,1,了解凸轮机构的工作原理、分类和应用,2,掌握从动件常用的运动规律和运动特性,3,熟练掌握用图解法设计对心直动从动件盘形凸轮轮廓,5,机械工业出版社学习目标1 了解凸轮机构的工作原理、分类和应,机械工业出版社,学习重点、难点,2,凸轮从动件常用的运动规律和运动特性,3,图解法设计尖顶对心直动从动件凸轮轮廓,1,凸轮机构的工作原理、类型和特点,6,机械工业出版社学习重点、难点2 凸轮从动件常用的运动规律,机械工业出版社,11.1,凸轮机构的特点、应用和分类,凸轮机构的工作原理,：,借助凸轮的轮廓实现从动件预期的运动规律。,7,机械工业出版社11.1 凸轮机构的特点、应用和分类,机械工业出版社,11.1,凸轮机构的应用和分类,1.,凸轮机构的应用,经分析可知：,凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成,8,机械工业出版社11.1 凸轮机构的应用和分类 1.凸,机械工业出版社,11.1,凸轮机构的应用和分类,2.,凸轮机构的特点,优点：,（,1,）与连杆机构相比，其结构简单、紧凑、设计方便。,（,2,）从动件便于准确地实现预期的运动规律和轨迹。,缺点：,凸轮与从动件为点线接触、压强大、易磨损，所以常用于传力不大的机械、仪表及控制机构中。,自动车床靠模机构,9,机械工业出版社11.1 凸轮机构的应用和分类 2.凸,机械工业出版社,11.1,凸轮机构的应用和分类,11.1.2,凸轮机构的分类,1.,按凸轮形状分类,（,1,）盘形凸轮,（,2,）移动凸轮 （,3,）圆柱凸轮,盘形凸轮,圆柱凸轮,移动凸轮,10,机械工业出版社11.1 凸轮机构的应用和分类11.1.2,机械工业出版社,11.1,凸轮机构的应用和分类,2.,按从动件结构形状分类,（,1,）尖顶从动件 （,2,）滚子从动件 （,3,）平底从动件,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,11,机械工业出版社11.1 凸轮机构的应用和分类 2.按从,机械工业出版社,11.1,凸轮机构的应用和分类,此外，为了使凸轮与从动件始终保持接触，还可以利用重力、弹簧力或依靠凸轮上不凹槽来实现。,力锁合,形锁合,12,机械工业出版社11.1 凸轮机构的应用和分类,机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,11.2.1,凸轮机构的运动过程及有关名称,1.,凸轮机构的运动过程,基圆（,r,0,）,：以凸轮最小向径作的圆称为,基圆,，其半径称为,基圆半径,，用表示,r,0,。,13,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律11.2.1,机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,推程：,当凸轮连续转动时，从动件尖端被凸轮轮廓由最低点推至最高点的过程。,行程（,h,）,:,从动件由最低点上升到最高点的距离称为行程，用,h,表示,。,14,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律,机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,推程运动角,0,：在推程中，凸轮相应的转角称为推程运动角，用,0,表示。,远休止：,当凸轮连续转动时，从动件尖端被在最高点位置不动的过程。,15,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律,机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,远程休止角,s,：在远休止时，当凸轮继续转动，凸轮所转过的角度，用,s,表示。,回程：,当凸轮连续转动时，从动件尖端由最高点回到最低点的过程。,回程运动角,0,：在回程中，凸轮所转过的角度，用,0,表示。,16,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律,机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,近休止：,当凸轮连续转动时，从动件尖端被在最低点位置不动的过程。,近休止角,s,：在近休止时，凸轮所转过的角度，用,s,表示。,17,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律,机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,想一想 练一练,如图,11-5,所示凸轮机构运动简图，凸轮的实际轮廓线为一圆，其圆心为,A,点，半径,R=40mm,，,L,OA,=25mm,。试确定凸轮的基圆半径和从动件的行程。,答案：基圆半径,r,0,=15mm,;,从动件的行程,h=50mm,。,18,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律 想,机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,11.2.2,从动件常用的运动规律,从动件的运动规律：,是指从动件位移,s,、速度,v,、加速度,a,随凸轮转角,的变化规律。,19,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律11.2.2,机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,1.,等速运动规律,（,1,）概念：当凸轮以等角速度,转动时，从动件在推程或回程中的速度保持不变的运动规律，称之为,等速运动规律,。,20,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律,机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,（,2,）运动方程,位移方程,:,s=h,/,0,(0,0,),速度方程,:,v=h,/,0,(0 ,0,),加速度方程,:,a=,0,(0 ,0,),（,3,）,运动线图,位移线图斜直线,速度线图水平线,加速度线图与水平坐标轴重合,21,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律（2）运动方,机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,（,4,）运动特性分析,刚性冲击：,从动件的,瞬时加速度,趋于无穷大时，惯性力也趋于无穷大,，致使机构产生强烈的冲击，这种,冲击称为,刚性冲击,。,（,5,）,适用范围,：,由于产生刚性冲,击，故只适用低速、轻载的凸轮机构。,22,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律 （,机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,2.,等加速等减速运动规律,(1),概念：当凸轮以等角速度,转动时，从动件在推程或回程中,，前半程为等加速运动，后半程为,等减速运动，且加速度的绝对值相,等的运动规律，称之为,等加速等减,速运动规律,。,23,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律,机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,(2),运动方程,位移方程,:,s=,(,2h/,0,2,),2,加速段,(0 ,0,/2,),s=h-2h /,0,2,（,0,）,2,减速段,(,/2 ,0,),速度方程：,v=4h,/,0,2,加速段,(0 ,0,/2,),v=4h,/,0,2,（,0,）,减速段,(,0,/2 ,0,),24,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律 (2),机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,(2),运动方程,加速度方程,:,a=,4,h,/,0,2,加速段,(0 ,0,/2,),a=,-,4,h,/,0,2,减速段,(,0,/2 ,0,),25,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律 (2),机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,（,3,）,运动特性分析：,柔性冲击：,从动件的,瞬时加速,度发生有限值变化，惯性力也发生,有限值变化，机构由此受到的冲击,称为,柔性冲击,。,（）,适用范围,：由于存在柔性冲,击，故仅适用中、低速场合。,26,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律 （3）,机械工业出版社,11.2,从动件的常用运动规律,等加速等减速运动规律的位移线图绘制,27,机械工业出版社 11.2 从动件的常用运动规律等加速等减速,机械工业出版社,11.3,凸轮轮廓曲线设计,11.3.1,凸轮轮廓曲线的设计,凸轮轮廓曲线的设计方法有,图解法,和,解析法,解析法设计凸轮轮廓,图解法,设计凸轮轮廓,28,机械工业出版社 11.3 凸轮轮廓曲线设计11.3.1,机械工业出版社,11.3,凸轮轮廓曲线设计,11.3.1,图解法设计凸轮的原理,反转法原理,：,假设给整个凸轮机构加上一个公共角速度“,-,”,绕凸轮轴心,O,转动时，根据相对运动原理，各构件间相对运动关系不变。,29,机械工业出版社 11.3 凸轮轮廓曲线设计11.3.1,机械工业出版社,11.3,凸轮轮廓曲线设计,11.3.2,对心直动从动件盘形凸轮轮廓的设计,1.,尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,直动从动件盘形凸轮机构中，从动件的导路通过凸轮的轴心，称为,对心直动从动件盘形凸轮机构,。,30,机械工业出版社 11.3 凸轮轮廓曲线设计 11.3.2,机械工业出版社,11.3,凸轮轮廓曲线设计,案例,11-1,试用图解法设计一尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计（图,11-9,）。,已知凸轮的基圆半径,r,0,=30mm,，凸轮以等角速度,顺时针转动，从动件的位移运动规律如下：,凸轮转角,0180,180210,210330,330360,从动件位移,s,等速上升,h=15mm,停止,等加速等减速下降,h=15mm,停止,31,机械工业出版社 11.3 凸轮轮廓曲线设计 案例1,机械工业出版社,11.3,凸轮轮廓曲线设计,作图步骤：,（,1,）绘制从动件的位移图,选取位移比例尺,l,和角度比例尺,，作从动件的位移线图。,（,2,）确定凸轮机构的初始位置,32,机械工业出版社 11.3 凸轮轮廓曲线设计作图步骤：32,机械工业出版社,11.3,凸轮轮廓曲线设计,（,3,）等分位移曲线，得各等分点位移量 。,33,机械工业出版社 11.3 凸轮轮廓曲线设计 （3,机械工业出版社,11.3,凸轮轮廓曲线设计,（,4,）,作从动件尖顶轨迹,；,（,5,）,绘制凸轮轮廓,。,结论：,凸轮的理论轮廓,：按设计尖顶从动件凸轮轮廓的方法作出的轮廓曲线，称为,凸轮的理论轮廓。,34,机械工业出版社 11.3 凸轮轮廓曲线设计 （,机械工业出版社,11.3,凸轮轮廓曲线设计,2.,实际轮廓的设计,实际轮廓,是指凸轮上与从动件直接接触的轮廓。,实际轮廓的作法是：,以理论轮廓为基础，作从动件未端形状的曲线族，再作与曲线族中所有曲线相切的包络线，此包络线便是凸轮的工作轮廓。,35,机械工业出版社 11.3 凸轮轮廓曲线设计 2.实际,机械工业出版社,11.3,凸轮轮廓曲线设计,3.,滚子对心直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,（简介）,（,1,）,已知条件相同，附加条件：滚子半径,r,T,。,（,2,）,对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,36,机械工业出版社 11.3 凸轮轮廓曲线设计 3.滚子对,机械工业出版社,11.3,凸轮轮廓曲线设计,（,3,）凸轮工作轮廓的作法,37,机械工业出版社 11.3 凸轮轮廓曲线设计（3）凸轮工作轮,机械工业出版社,11.3,凸轮轮廓曲线设计,(4),概念,凸轮的理论轮廓,：,按设计尖顶从动件凸轮轮廓的方法作出的轮廓曲线，称为凸轮的理论轮廓,凸轮的工作轮廓：,是指凸轮上与从动件直接接触的轮廓。,凸轮工作轮廓的作法是,：以理论轮廓为基础，作从动件末端形状的曲线族，再作与曲线族中所有曲线相切的包络线，此包络线便是凸轮的实际轮廓线。,38,机械工业出版社 11.3 凸轮轮廓曲线设计 (4),机械工业出版社,11.3,凸轮轮廓曲线设计,4.,对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制,（简介）,39,机械工业出版社 11.3 凸轮轮廓曲线设计4.对心直动平底,机械工业出版社,11.4,凸轮工作轮廓的校核,11.4.1,凸轮机构的压力角,1.,凸轮机构压力角的概念,：,凸轮轮廓上，从动件的运动速度方向与其受凸轮作用力方向所夹的锐角，称为,凸轮机构的压力角,，用,表示。,40,机械工业出版社11.4 凸轮工作轮廓的校核 11.4.1,机械工业出版社,11.4,凸轮工作轮廓的校核,2,、压力角与作用力的关系,F,y,=,Fcos,-,有效分力,F,x,=,Fsin,-,引起摩擦力，有害分力,讨论：,（,）,F,y,传力性能差。,（,）,F,y,传力性能好。,结论：,F,x,产生的摩擦力,F,y,，从动件不能,运动，凸轮机构产生自锁现象。,41,机械工业出版社11.4 凸轮工作轮廓的校核 2、压力角与,机械工业出版社,11.4,凸轮工作轮廓的校核,3.,许用压力角,为了保证机构正常工作，并具有良好的传力性能，必须对压力角的大小加以限制，即使机构的最大压力角,max,。,一般设计中，直动从动件推程中的,=3038,，摆动从动件推程,=4045,。,对于回程,，因载荷很小，且从动件在锁合力作用下返回，不易出现自锁，通常只需校核推程压力角。,42,机械工业出版社11.4 凸轮工作轮廓的校核 3.许用压,机械工业出版社,11.4,凸轮工作轮廓的校核,11.4.2,运动失真,从减小接触应力的角度来看，滚子半径越大越好，但是滚子增大后对凸轮实际轮廓线有很大的影响。,运动失真的概念：,凸轮的实际轮廓，不能使从动件实现预期给定的运动规律，这种现象称为,凸轮的运动失真,。,43,机械工业出版社11.4 凸轮工作轮廓的校核11.4.2,机械工业出版社,11.4,凸轮工作轮廓的校核,1.,凸轮机构运动失真分析,设滚子的半径为,r,T,，凸轮理论轮廓的最小曲率半径为,min,工作轮廓的曲率半径,=,min,-r,T,。,（,1,）若,min,r,T,0,则实际轮廓曲线为一光滑曲线。,（,2,）如若,min,=r,T, =0,则实际轮廓曲线出现尖点,尖点易磨损,磨损后从动件将产生运动“失真”。,（,3,）若,min,r,T, 0,从动件将产生运动“失真”。,44,机械工业出版社11.4 凸轮工作轮廓的校核 1.凸轮机构,机械工业出版社,11.4,凸轮工作轮廓的校核,2.,防止凸轮机构运动失真的条件,凸轮的理论轮廓的最小曲率半径大于滚子的半径即,：,min,r,T,45,机械工业出版社11.4 凸轮工作轮廓的校核 2.防,机械工业出版社,11.4,凸轮工作轮廓的校核,11.4.3,凸轮基圆半径的确定,基圆半径,r,0,是凸轮的主要尺寸参数，从避免运动失真、降低压力角的要求看，,r,0,大比较好，但从结构紧凑看，,r,0,小比较好。,在实际设计中，凸轮基圆半径的确定，除了要满足,max,，还要考虑凸轮的结构及强度要求。通常对于凸轮与轴做成一体的凸轮工作轮廓的最小半径,（,r,0,-,r,T,）比轴的半径大,25mm,，对于凸轮与轴分开做的，（,r,0,-,r,T,）比轮毂半径大,30%60%,。,基圆半径,r,0,的大小也可按运动规律、许用压力角由图,11-14,的诺模图求得。,46,机械工业出版社11.4 凸轮工作轮廓的校核11.4.3,机械工业出版社,11.4,凸轮工作轮廓的校核,案例,11-2,一滚子对心直动从动件盘形凸轮机构，其行程,h,=13mm,，推程运动角,0,=,45,，从动件按正弦加速度运动规律运动，,=30,，请按图,11-14,的诺模图确定基圆半径,r,0,的大小。,47,机械工业出版社11.4 凸轮工作轮廓的校核,机械工业出版社,11.4,凸轮工作轮廓的校核,48,机械工业出版社11.4 凸轮工作轮廓的校核 48,机械工业出版社,11.5,凸轮机构的结构与材料,11.5.1,凸轮机构的结构与材料,1.,凸轮的结构,基圆较小的凸轮，常与轴做成一体，称为凸轮轴（图,11-15,）；基圆较大的凸轮，则做成组合式结构，分别制造好的凸轮和轴，再通过平键联接（图,11-16a,）、销联接（图,11-16b,）及弹性开口锥套螺母联接等方式，将凸轮安装在轴上。,49,机械工业出版社11.5 凸轮机构的结构与材料11.5.1,机械工业出版社,11.5,凸轮机构的结构与材料,组合式凸轮的结构,50,机械工业出版社11.5 凸轮机构的结构与材料组合式凸轮的结,机械工业出版社,11.5,凸轮机构的结构与材料,2.,从动件的结构,滚子从动件的滚子可以是专门制造的圆柱体，也可以采用滚动轴承，滚子与从动件顶端可用螺栓联接，也可用销联接。,螺栓联接,销联接,51,机械工业出版社11.5 凸轮机构的结构与材料2.从动件的结,机械工业出版社,11.5,凸轮机构的结构与材料,11.5.2,凸轮和从动件的材料选择,工作条件：,凸轮机构属于高副机构，凸轮与从动件之间的接触应力大，易出现严重磨损，且多数凸轮机构在工作时还承受一定的冲击。,材料要求：,工作表面具有较高的硬度，而芯部具有较好的韧性。,材料选择：,1,）低速、轻载盘形凸轮：,可选用,HT200,、,HT250,、,HT300,、,QT500-7,、,QT600-3,等作为凸轮的材料。,从动件：,选用,40,、,45,等中碳结构钢，表面淬火至,4050HRC,。,52,机械工业出版社11.5 凸轮机构的结构与材料11.5.2,机械工业出版社,11.5,凸轮机构的结构与材料,2,）中速、轻载盘形凸轮：,常用,45,材料表面淬火，也可选用,15,、,20,、,20Cr20CrMn,等材料渗碳淬火，使硬度达到,5662HRC,。作为凸轮的材料。,从动件,：,可选用,20Cr,，并经渗碳淬火，使其硬度达,5560HRC,。,3,）高速、重载的凸轮：,常用,40Cr,，表面高频淬火，硬度达到,5660HRC,或用,38CrMoAl,经渗氮处理硬度达到,6067HRC,。,从动件：,可用,T8,、,T10,、,T12,等碳素工具钢，经表面淬火硬度达,5862HRC,。,53,机械工业出版社11.5 凸轮机构的结构与材料,机械工业出版社,综合案例分析,如图,11-17,所示为加工水表零件的专用自动车床上的凸轮控制系统，加工零件的名义尺寸和几何形状如图,11-7b,所示。在凸轮轴,1,上安装两个具有曲线凹槽的圆柱凸轮,2,、,3,和一个具有曲线凹槽的盘形凸轮,4,，由这三个凸轮和推杆,5,、,6,、,7,分别控制棒料、刀架和钻头的运动，从而依次实现自动送料、车端面、割槽、钻孔和割断等工序，完成对该零件的自动切削加工,。,54,机械工业出版社综合案例分析 如图11-17所示,机械工业出版社,综合案例分析,55,机械工业出版社综合案例分析 55,机械工业出版社,凸轮机构课堂练习,习,11-5,试写出如图,11-20,所示凸轮机构的名称，并在图上作出行程,h,，基圆半径,r,0,，凸轮转角,0,、,0s,、,0,、,s,以及,A,、,B,两处的压力角。,56,机械工业出版社凸轮机构课堂练习 习11-5,机械工业出版社,凸轮机构课堂练习,习,11-8,如图,11-21,所示机构由那些典型机构组成？若曲柄匀速旋转，凸轮将作什么运动？用箭头标出图示位置时从动杆的运动方向，画出图示位置凸轮的压力角。,57,机械工业出版社凸轮机构课堂练习 习11-8 如,Thank You !,Thank You !,