凸轮机构设计与分析

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,*,凸轮机构设计与分析,凸轮机构组成及分类,凸轮机构特点及应用,推杆运动规律,凸轮机构设计,凸轮机构运动分析,凸轮机构基本参数设计,凸轮机构设计与分析,凸轮机构组成与分类,基本构件,凸轮,(cam),推杆,(follower),机架,( frame),凸轮机构组成与分类,凸轮机构的分类：,凸轮的类型,凸轮机构组成与分类,（从动件）推 杆 形 状,尖端,滚子,平底,凸轮机构组成与分类,推杆运动形式,移动从动件,摆动从动件,凸轮机构组成与分类,推杆相对凸轮回转中心位置,偏置移动推杆凸轮机构,对心移动推杆凸轮机构,凸轮机构组成与分类,凸轮机构的类型：,偏置移动尖端从动件盘形凸轮机构,摆动滚子从动件盘形凸轮机构,移动凸轮机构,圆柱凸轮机构,凸轮机构设计与分析,凸轮机构组成及分类,凸轮机构特点及应用,推杆运动规律,凸轮机构设计,凸轮机构运动分析,凸轮机构基本参数设计,凸轮机构特点及应用,凸轮机构的优点：,从动件得到任意的预期运动， 而且结构简单、紧凑、设计方便。,凸轮机构的缺点：,1),凸轮与从动件间为点或线接触， 易磨损，只宜用于传力不大的场合；,2),凸轮轮廓精度要求较高， 需用数控机床进行加工；,3),从动件的行程不能过大，则会使凸轮变得笨重,。,凸轮机构特点及应用,凸轮机构特点及应用,印刷机齐纸机构,实现预期运动规律,凸轮机构特点及应用,平板印刷机吸纸机构,实现预期运动轨迹,凸轮机构设计与分析,凸轮机构设计的主要问题：,根据设计任务的要求确定凸轮机构类型,确定从动件运动规律,确定凸轮机构基本尺寸,设计凸轮轮廓,进行必要的分析，如静力分析、效率计算。对于高速凸轮机构，有时需进行动力分析。,凸轮机构设计与分析,凸轮机构组成及分类,凸轮机构特点及应用,推杆运动规律,凸轮机构设计,凸轮机构运动分析,凸轮机构基本参数设计,推杆运动规律设计,凸轮机构的运动过程和基本参数,从动件运动线图,基圆半径：,r,b,（,r,o,),升,程（行程）,：,h,偏距园、偏距,e,推程运动角,远休止角,s,回程运动角,近休止角,s,推杆运动规律设计,推杆运动规律,推杆位移,s,、,速度,v,、,加速度,a,及加速度变化率,j,随时间,t,或凸轮转角,变化规律。,类,速度,类加速度,推杆运动规律设计,推杆常用运动规律,等速运动,等加速等减速运动,余弦加速度运动规律,正弦加速度运动,五次多项式运动规律,推杆运动规律设计,推杆常用运动规律,等速运动规律,刚性冲击,推杆运动规律设计,推杆常用运动规律,等加速等减速运动规律,柔性冲击,推杆运动规律设计,推杆常用运动规律,余弦加速度,(,简谐运动,),柔性冲击,推杆运动规律设计,推杆常用运动规律,正弦加速度（摆线运动）,推杆运动规律设计,推杆常用运动规律,多项式运动规律,推杆运动规律设计,回程推杆运动规律,推杆运动规律设计,推杆常见运动规律比较及应用,推杆运动规律设计,组合运动规律,组合原则： 在各段基本运动规律的位移、类速度和类加速度曲线在连接点处其值应分别相等。,推杆运动规律设计,推杆运动规律的选择,原则：满足运动要求，动力性能好，加工简单。,（,1,）,工作行程要求，无运动规律要求,低速工况，设计便于加工的轮廓，动力性能次要因素。,（,2,）,运动规律要求,严格按运动要求设计轮廓曲线，兼顾较好动力学特性。,（,3,）,高速运动要求,优先考虑动力性能，多项式运动规律、组合运动规律。,凸轮机构设计与分析,凸轮机构组成及分类,凸轮机构特点及应用,推杆运动规律,凸轮机构设计,凸轮机构运动分析,凸轮机构基本参数设计,凸轮机构设计,凸,轮廓线的设计方法,图解法 解析法,凸轮机构设计,凸轮机构 设计的基本原理,反转法原理,：,假想给整个机构加一公共角速度,-,则凸轮相对静止不动，而推杆一方面随导轨以,-,绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期的往复移动。推杆尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。,凸轮机构设计,对心,移动尖端从动件盘形凸轮机构,反转法设计原理,凸轮机构设计,偏置,移动尖端从动件盘形凸轮机构,反转法设计原理,凸轮机构设计,反转法设计原理,摆动,从动件盘形凸轮机构,图解法设计凸轮机构,已知：,r,b,，,方向,从动件运动规律,对心,移动尖端从动件盘形凸轮机构,图解法设计凸轮机构,偏置,移动尖端从动件盘形凸轮机构,图解法设计凸轮机构,偏置,移动尖端从动件盘形凸轮机构,已知：,r,b,，,偏矩,e,，,方向,推杆运动规律,图解法设计凸轮机构,偏置移动,滚子,从动件盘形凸轮机构,图解法设计凸轮机构,理论轮廓,实际轮廓,偏置移动,滚子,从动件盘形凸轮机构,基圆半径,图解法设计凸轮机构,两个实际廓线相同、滚子半径不同的凸轮机构，从动件运动规律是否相同？,两个理论廓线相同、滚子半径不同的凸轮机构，从动件运动规律是否相同？,问题？,图解法设计凸轮机构,对心移动,平底,从动件盘形凸轮机构,图解法设计凸轮机构,对心移动平底从动件盘形凸轮机构,图解法设计凸轮机构,摆动,从动件盘形凸轮机构,图解法设计凸轮机构,摆动,从动件盘形凸轮机构,解析法设计凸轮机构,1.,偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构,已知：,r,b,，,偏矩,e,，,及,方向,推杆运动规律,s=s(,),求解：凸轮廓线坐标值,解析法设计凸轮机构,分别建立机架坐标系,O,0,-X,0,Y,0,、 凸轮坐标系,O,1,-X,1,Y,1,、,从动件坐标系,O,2,-X,2,Y,2,解析法设计凸轮机构,解析法设计凸轮机构,解析法设计凸轮机构,理论廓线,方法,2,解析法设计凸轮机构,实际廓线,解析法设计凸轮机构,分别建立机架坐标系,O,0,-X,0,Y,0,、 凸轮坐标系,O,1,-X,1,Y,1,、,从动件坐标系,O,2,-X,2,Y,2,2.,对心移动平底从动件盘形凸轮机构,解析法设计凸轮机构,解析法设计凸轮机构,解析法设计凸轮机构,解析法设计凸轮机构,方法,2,解析法设计凸轮机构,3.,摆动从动件盘形凸轮机构,已知：,r,b,，,a,摆杆长,l,；,凸轮,及,方向；,推杆运动规律；,求解：凸轮廓线坐标值,解析法设计凸轮机构,分别建立机架坐标系,O,0,-X,0,Y,0,、 凸轮坐标系,O,1,-X,1,Y,1,、,从动件坐标系,O,2,-X,2,Y,2,90,-(,0,),解析法设计凸轮机构,分别建立机架坐标系,O,0,-X,0,Y,0,、 凸轮坐标系,O,1,-X,1,Y,1,、,从动件坐标系,O,2,-X,2,Y,2,90,-(,0,),90,-(,0,),解析法设计凸轮机构,90,-(,0,),解析法设计凸轮机构,解析法设计凸轮机构,方法,2,凸轮机构组成及分类,凸轮机构特点及应用,推杆运动规律,凸轮机构设计,凸轮机构基本参数设计,凸轮机构运动分析,凸轮机构设计与分析,凸轮机构基本参数设计,凸轮机构基本参数：,基圆半径,r,b,偏矩,e,、,滚子半径,r,r,凸轮机构基本参数设计,1,凸轮机构的传力特性,移动滚子从动件 盘形凸轮机构,压力角,：,凸轮给予从动件的正压力方向 与推杆速度方向所夹锐角。,传力特性好。, max ,设计凸轮机构时一定要校核压力角保证机构传力特性,凸轮机构基本参数设计,压力角表达式,凸轮机构基本参数设计,结论： 凸轮机构传力特性受机构尺寸（基圆半径）制约；,采用偏置推杆凸轮机构可以提高传力特性； 但应注意合适选择偏置方向。,凸轮机构基本参数设计,2.,滚子半径的选择,凸轮机构基本参数设计,避免失真的条件：,凸轮机构基本参数设计,1.,避免失真,2.,根据强度和结构条件确定,r,r,，,若产生 失真现象，,则需增大,r,0,，,重新设计凸轮。,滚子半径的确定：,凸轮机构基本参数设计,3.,基圆半径的确定,基圆半径受到以下三方面的限制：,传力特性：应使机构的最大压力角,max,；,结构条件：基圆半径,r,0,应大于凸轮轴的半径,r,s,；,避免失真现象：,凸轮机构基本参数设计,1.,根据具体结构条件初定,r,0,；,然后检验,max,；,若不满足上述要求，应加大,r,0,，再,验算，至,满足要求。,r,0,确定方法：,凸轮机构基本参数设计,r,0,确定方法：,2.,根据强度和结构条件确定,r,r,，,若产生失真现象，,则需增大,r,0,，,重新设计凸轮。,避免失真的条件：,凸轮机构基本参数设计,3.,直动平底推杆凸轮机构,失真现象,避免方法：增大,r,0,，,重新设计凸轮,凸轮机构基本参数设计,凸轮机构的计算机辅助设计,1.,根据实用场合和工作要求，选择凸轮机构的类型。,2.,根据工作要求，选择从动件的运动规律。,3.,根据滚子的结构和强度条件，选择滚子半径。,4.,根据机构的结构条件，初选凸轮的基圆半径。,5.,为保证凸轮机构具有良好的受力状况，确定许用压力角。,6.,为保证凸轮机构不产生运动失真和避免凸轮廓线应力集中， 确定凸轮实际廓线的许用曲率半径。,设计步骤：,凸轮机构的计算机辅助设计,凸轮机构的计算机辅助设计,凸轮机构组成及分类,凸轮机构特点及应用,推杆运动规律,凸轮机构设计,凸轮机构基本参数设计,凸轮机构运动分析,凸轮机构设计与分析,凸轮机构运动分析,图示三个凸轮机构中凸轮完全相同（偏心圆盘），只是推杆不同。试用求各推杆位移曲线,S=S,（,）并比较之。要求三条位移曲线画在同一坐标系上，均以推杆最低位置为起始点。,已知：图示凸轮机构，半径,R=40mm,，,l,OA,=25mm,，,滚子半径,r,r,=8mm,。,求：,1).,凸轮的理论廓线；,2).,凸轮的基圆半径,r,b,；,3).,图示位置推杆位移,4).,从动件的推行程,h,已知：图示偏置滚子移动从动件凸轮机构。试用作图法在图上标出当凸轮廓线在,B1,点接触时，凸轮自图示位置起转过的,角。,已知：图示偏置平底摆动从动件凸轮机构。试用作图法在图上 标出凸轮自图示初始位置起转过,60,时：,1).,摆动从动件摆过的角度,；,2).,机构在该位置的压力角,a,。,