凸轮机构课件

,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,*,第三章 凸轮机构,主要内容：,1、凸轮机构的应用和类型；,2、从动件的常用运动规律；,3、凸轮机构的压力角；,4、图解法设计凸轮轮廓,第三章 凸轮机构主要内容：,1,3-1,凸轮机构的组成及分类,凸轮机构是机械中的一种常用机构，在自动化和办自动化机械中应用非常广泛,组成,：主要由凸轮、从动件和机架等三个基本构件组成,分类：,按凸轮的形状分：盘形凸轮，移动凸轮，圆柱凸轮,3-1凸轮机构的组成及分类凸轮机构是机械中的一种常用机构，,2,凸轮机构的分类,.按从动件的型式分：尖底从动件，滚子从动件，平底从动件,凸轮机构的分类.按从动件的型式分：尖底从动件，滚子从动件，平,3,凸轮机构的特点,从动件运动特点：,从动件可以相对于机架作往复移动或作往复摆动，并通过重力、弹簧力或凸轮上的凹槽实现与凸轮的紧密接触。,凸轮机构的优点,：,只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律并且结构简单、紧凑、设计方便。,凸轮机构的缺点：,凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易于磨损，所以通常用于传力不大的控制机构。,凸轮机构的特点从动件运动特点：从动件可以相对于机架作往复移动,4,凸轮机构的基本概念,基圆,：以凸轮最小向径 为半径所绘的圆。,推程,：从动件以一定运动规律由离回转中心最近的点移动到最远点过程。,升程,：推程所走过的距离，一般用h来表示,推程运动角,：与推程对应的凸轮转角，用 表示。,休止角：,从动件停止不动时凸轮继续回转的角度，有远休止角和近休止角，分别用 和 表示,从动件位移线图：,用凸轮转角 为横坐标，而以从动件位移 为纵坐标绘制的位移关系曲线。,凸轮机构的基本概念基圆：以凸轮最小向径 为半径,5,凸轮与从动件的运动关系及其设计思路,凸轮机构中从动件的运动规律与凸轮轮廓的关系,：,从动件的位移图取决于凸轮轮廓的形状。也就是说。从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同的轮廓曲线。,凸轮机构的设计思路：,根据工作要求确定从动件的运动规律，然后按照这一规律设计凸轮轮廓曲线,凸轮与从动件的运动关系及其设计思路凸轮机构中从动件的运动规,6,3-2,从动件的常用运动规律,从动件常用的运动规律：,等速运动规律,等加速或等减速运动规律,简谐运动规律,正弦加速度运动,高阶多相式运动,多种曲线组合运动,3-2 从动件的常用运动规律从动件常用的运动规律：,7,等速运动规律,从动件,：速度：,位移：；加速度：,凸轮,：为常数，故 ；,从动件运动方程：,推程运动方程,回程运动方程,等速运动规律从动件：速度：凸,8,等速运动刚性冲击,从动件运动开始时，速度由零突变为 ，加速度 ；运动终止时，速度 由变成零，其惯性力将引起刚性冲击，因此，这种运动规律不宜单独使用，在运动开始和终止时应当用其它运动规律过渡,等速运动刚性冲击从动件运动开始时，速度由零突变为 ，,9,2.等加速等减速运动规律,约定：,前半程等加速，后半程等减速，时间为T/2，凸轮转角为 /2，代入位移方程,得到,推程等加速运动方程,推程等减速运动方程,由,和,2.等加速等减速运动规律约定：前半程等加速，后半程等减速，,10,等加速等减速回程运动方程,回程等加速运动方程,回程等减速运动方程,运动特点：,1、从动件的位移与凸轮转角的平方成正比，所以位移曲线是一个抛物线；,2、加速减速变换出加速度存在有限的突然变化，从而引起有限惯性突变，产生所谓的柔性冲击。,等加速等减速回程运动方程回程等加速运动方程回程等减速运动方程,11,从动件位移曲线的作图方法,1、计算法,将 /2线段分成若干等分得到等分点1、2、3，过这些点作横坐标的垂直线；,在垂直线上选取相应的位移量，连接各点即可。,2、斜线平行作图法,任意作过O点的斜线；,将斜线分为9等分，9点和1/2位移点连线；,作相应连线的平行线；,平行点向横坐标等分线上投影得到相应点并连线得到等加速抛物线,从动件位移曲线的作图方法1、计算法,12,3.简谐运动规律,简谐运动：,点在圆周上作匀速运动时，其在圆的直径上的投影所构成的运动。,作图方法：,1、以从动件的行程为直径作半园；,2、将半园和凸轮运动角 分成若干等分；,3、将圆周上的等分点投影到转角等分垂直线上；,4、连接转角等分线的投影点形成的光滑曲线即是从动件的位移曲线,3.简谐运动规律简谐运动：点在圆周上作匀速运动时，其在圆的,13,简谐运动方程,从位移曲线图可以看出，从动件的位移为：,当时，故 。由此可以得到：,从动件推程简谐运动方程,从动件回程简谐运动方程,简谐运动方程从位移曲线图可以看出，从动件的位移为：当时,14,3-3,凸轮机构的压力角,如前章所述、作用在从动件L的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角称为压力角。在不计摩擦时，高副中构件间的力是沿法线方向作用的因此，对于高副机构压力角也即是接触轮廓法线与从动件速度方向所夹的锐角。,在设计凸轮机构时，除了要求从功件能实现预期运动规律之外、还希望机构有较好的受力情况和较小的尺寸为此，需些讨论压力角对机构的受力情况及尺寸的影响。,3-3 凸轮机构的压力角如前章所述、作用在从动件L的驱动力,15,一、压力角与作用力的关系,凸轮压力角,：从动件的运动方向与力F之间的锐角。有害用分力F,F,tg。压力角越大，有害用分力F,”,就越大。,自锁,：当增大到一定程度后，以至于导路的摩擦阻力大于有用分力时，无论凸轮给予从动件多大的力，从动件都不能运动。因此凸轮机构设计时存在一个最大压力角。,一、压力角与作用力的关系凸轮压力角：从动件的运动方向与力F之,16,二、压力角与凸轮机构尺寸的关系,凸轮的基圆越大，凸轮的尺寸就越大，因此，欲使凸轮机构结构紧凑应该采用较小的基圆，但基圆的大小又会影响压力角的大小。,由速度瞬心可知,即可得到压力角与凸轮尺寸的关系：,当导杆和瞬心在凸轮轴心的同侧时，偏距e取“”；当导杆和瞬心不在凸轮轴心的同侧时，偏距e取“”。可见，同侧可以减小压力角。,二、压力角与凸轮机构尺寸的关系凸轮的基圆越大，凸轮的尺寸就越,17,凸轮的设计方法,作图法：,设计简便,方法直观,误差大，只适用于从动件运动规律要求不太严格的地方,解析法：,设计精确,计算工作量大,适用于高速凸轮、靠模凸轮等精密机构的设计,凸轮的设计方法作图法：,18,图解法凸轮设计轮廓,一、对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制，已知：、,min,和位移图,反转法：作基圆将位移图分成若干等分作基圆的等分线量取位移量并确定等分点连接等分点,图解法凸轮设计轮廓一、对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制，,19,偏置尖底直动从动件盘形凸轮,作以偏距e为半径的从动件偏距圆；,作基圆选取从动件的初始位置；,将位移图分成若干等分；,作基圆的等分线；,过基圆等分线与基圆交点作偏距圆的切线；,量取位移量并确定凸轮轮廓的等分点；,连接等分点；,偏置尖底直动从动件盘形凸轮作以偏距e为半径的从动件偏距圆；,20,2、滚子直动从动件盘形凸轮,作图方法：,1、将滚子中心看作尖顶从动件的尖顶，采用反转法求出一条轮廓曲线 ，并称之为,理论轮廓,；,2、以 上各点为中心，以滚子半径为半径作一系列圆；,3、作滚子系列圆的内包络线 ，即得到凸轮的,实际轮廓,，并称之为实际轮廓,2、滚子直动从动件盘形凸轮作图方法：,21,滚子半径对实际轮廓的影响,设滚子半径 ，,理论轮廓的最小曲率半径,滚子半径对实际轮廓的影响设滚子半径 ，理论轮廓的最小曲,22,3、平底直动从动件盘形凸轮,作图方法：,1、在平底上选择一个固定点作为尖顶，按照尖顶从动件凸轮轮廓的绘制的方法，求出理论轮廓上一系列点；,2、过理论轮廓上的系列点作系列平底；,3、作系列平底的内包络线 ，即得到凸轮的实际轮廓。,注：平底与凸轮相切的最左位置和最右位置，并使平底左侧的长的大于,m,和,l,3、平底直动从动件盘形凸轮作图方法：,23,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,24,摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制步骤,已知,：从动件的位移图，凸轮与从动件的中心距 ，摆动从动件的长度 ，凸轮基圆半径 ，以及凸轮等角速度 及其方向,作图步骤,：,1、根据 定出O和A点，作基圆和从动件的初位角；,2、以O点为中心及 为半径作圆，并沿 方向取角 、，并将其分成若干等分，得到A点的相应位置；,3、根据从动件位移图，得到相应位置的摆动角，确定从动件相对于机架的一系列位置；,4、以A点转动后的相应点为中心，以 为半径画弧得到B点的相应位置，并连接成光滑曲线，即得到尖顶摆动从动件的凸轮轮廓。,同理，可以得到滚子和平底从动件凸轮的轮廓,摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制步骤已知：从动件的位移图，凸轮与,25,凸轮机构压力角的校核,1、尖顶从动件凸轮的压力角需校核，其最大压力角不得大于许用压力角，一般采用增大基圆的方法来降低压力角；,2、滚子从动件凸轮只需校核理论轮廓的压力角；,3、平底从动件凸轮的压力角很小，一般不需校核。,凸轮机构压力角的校核1、尖顶从动件凸轮的压力角需校核，其最大,26,3-5,解析法设计凸轮轮廓,极坐标：,其中,3-5 解析法设计凸轮轮廓极坐标：其中,27,滚子从动件凸轮的实际轮廓极坐标,其中,式中 是压力角,滚子从动件凸轮的实际轮廓极坐标其中式中 是压力角,28,