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,*,凸轮机构及其设计,本章教学内容,凸轮机构的应用和分类,推杆的运动规律,凸轮轮廓曲线的设计,3-1 凸轮机构的应用和分类,一凸轮机构的组成及应用,1 .组成：,高副机构,凸轮,具有曲线轮廓或凹槽的构件,推杆,被凸轮直接推动的构件,机架,相对参照系,锁合装置,保证高副始终可靠接触的装置,内燃机配气机构,凸轮1、从动件2、机架、锁合装置4,2 .应用：,凸轮机构具有结构简单，可以准确实现要求的运动规律等优点，因而在工业生产中得到广泛的应用。,自动送料机构,3 .特点：,优点：,1）可使从动件得到各种预期的运动规律。,3）从动件行程不宜过大，否则会使凸轮变得笨重。,2）加工比较困难。,缺点：1）高副接触，易于磨损，多用于传递力不太大的场合。,3）实现停歇运动,2）结构紧凑。,2、按从动件端部型式分：,尖顶从动件,易磨损，承载能力低，用于轻载低速,滚子从动件,磨损小，承载能力较大，用于中载中速,平底从动件,受力好，润滑好，常用于高速,3、按从动件的运动方式分：,直动从动件,摆动从动件,对心,偏置,机构的命名,对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构,偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构,绕线机构,3,作者：潘存云教授,1,2,A,线,应用实例：,1,3,2,4,5,放音键,卷带轮,皮带轮,摩擦轮,录音机卷带机构,运动规律：推杆在推程或回程时，其位移S、速度,V,、,和加速度,a,随时间,t,的变化规律。,形式：多项式、三角函数。,S=S(t),V,=,V,(t),a,=,a,(t),从动件常用运动规律,按照从动件在一个循环中是否需要停歇及停在何处等，可将凸轮机构从动件的位移曲线分成如下四种类型：,（1）升-停-回-停型,（2）升-回-停型,（3）升-停-回型,（4）升-回型,s,O,01,02,2,s,O,02,2,s,O,01,2,s,O,2,多项式运动规律,s,=,C,0,+,C,1,+,C,2,2,+,C,n,n,1.1,n,=1,运动方程式一般表达式：,推程运动方程：,等速运动规律,等速运动规律,边界条件,运动始点：,=0,s,=,0,运动终点,：,=,0,，s=,h,c,0,=0,c,1,=,h,/,0,推程运动方程式：,回程运动方程,边界条件,运动始点：,=0,s,=,h,运动终点,：,=,0,，,s,=0,c,0,=,h,c,1,=,h,/,0,等速运动规律运动特性,从动件在运动起始和终止点存在,刚性冲击,适用于,低速轻载,场合,1.2,n,=2,运动方程式一般表达式：,s,=,C,0,+,C,1,+,C,2,2,v,= d,s,/d,t,=,C,1,+2,C,2, ,a,= d,v,/d,t,= 2,C,2,2,等加速运动规律,等加速等减速运动规律,等加速等减速运动规律亦称为,抛物线运动规律,注意：,为保证凸轮机构运动平稳性，常使推杆在一个行程,h,中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加速度和减速度的绝对值相等。,例如：将推程0，,0,划分为两个区段：,加速段0，,0,/2,减速段,0,/2 ，,0,推程运动方程,推程等加速段边界条件：,s,=,C,0,+,C,1,+,C,2,2,v,= d,s,/d,t,=,C,1,+2,C,2, ,a,= d,v,/d,t,= 2,C,2,2,运动始点：,=0,s,=0，,v,=0,运动终点：,=,0,/2，,s,=,h,/2,C,0,=,C,1,= 0,C,2,=2,h,/,0,2,加速段运动方程式为：,推程等减速段边界条件：,运动始点：,=,0,/2，,s,=,h,/2,运动终点：,=,0,s,=,h,，,v,=0,C,0,=,h,，,C,1,= 4,h,/,0,C,2,=,2,h,/,0,2,减速段运动方程式为：,作推程运动线图,s,1,2,3,4,1,4,9,16,s,O,h,0,0,/2,h,/2,作位移曲线,v,O,0,0,/2,2h,/,0,a,O,0,/2,4,h,2,/,0,2,0,4,h,2,/,0,2,作速度曲线,作加速度曲线,同理可得回程运动方程：,回程加速段运动方程式：,回程减速段运动方程式：,三角函数运动规律,2.1,余弦加速度运动规律,（,简谐运动）,升程加速度为1/2周期余弦波，故设：,a,=,C,1,cos(,t,/,t,0,)=,C,1,cos(,/,0,),则：,t,边界条件：,起点：,=0,s=0,v=0,终点：,= ,0,s=h,升程运动规律：,同理，得,回程运动规律：,作推程运动线图,速度线图,5,6,7,8,1,2,3,5,6,7,8,4,h,/2,0,0,0,/2,v,O,1,2,3,4,0,=(/ ,0,) ,1,2,3,4,5,6,7,8,0,加速度线图,a,O,1,2,3,5,6,7,8,4,0,0,/2,R=,2,2,h,/2,0,2,=(/ ,0,) ,组合运动规律,采用组合运动规律的目的：,避免有些运动规律引起的冲击，改善推杆其运动特性。,构造组合运动规律的原则：,根据工作要求选择主体运动规律，然后用其它运动规律组合；,保证各段运动规律在衔接点上的运动参数是连续的；,在运动始点和终点处，运动参数要满足边界条件。,组合运动规律示例,例1：改进梯形加速度运动规律,主运动：,等加等减运动规律,组合运动：,在加速度突变处以正弦加速度曲线过渡。,组合运动规律示例2：,组合方式：,主运动：,等速运动规律,组合运动：,等速运动的行程两端与正弦加速度运动规律组合起来。,三. 从动件运动规律的选择,1. 选择推杆运动规律的基本要求,满足机器的工作要求；,使凸轮机构具有良好的动力特性；,使所设计的凸轮便于加工。,2. 根据工作条件确定推杆运动规律几种常见情况,当机器的工作过程只要求从动件具有一定的工作行程，而对其运动规律无特殊要求时，应从便于加工和动力特性来考虑。,低速轻载凸轮机构：,采用圆弧、直线等易于加工的曲线作为凸轮轮廓曲线。,高速凸轮机构：,首先考虑动力特性，以避免产生过大的冲击。,当机器对从动件的运动特性有特殊要求，而只用一种基本运动规律又难于满足这些要求时，可以考虑采用满足要求的组合运动规律。,为避免刚性冲击，位移曲线和速度曲线必须连续；而为避免柔性冲击，加速度曲线也必须连续。,尽量减小速度和加速度的最大值。,3-3 凸轮轮廓曲线的设计,一凸轮廓线设计的方法及基本原理,设计方法,图解法,解析法,基本原理,反转法,假想给整个机构加一公共角速度,-,，各构件的相对运动关系并不改变,原机构,转化机构,-,=0,凸轮,从动件,机架,0,0,-,= -,凸轮：,转动,相对静止不动,从动件：,沿导轨作预期运动规律的往复移动,沿导轨作预期运动规律的往复移动,随导轨以,-,绕凸轮轴心转动,s,1,s,2,s,2,s,1,假想给整个机构加一公共角速度,-,，则凸轮相对静止不动，而从动件一方面随导轨以,-,绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期运动规律的往复移动。从动件尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。,二图解法设计凸轮轮廓曲线,1. 对心直动尖端从动件盘形凸轮机构,已知：推杆的运动规律、升程,h,；凸轮的,及其方向、基圆半径,r,0,设计：凸轮轮廓曲线,h,s,O,/2,h,/2,2,5,/4,7,/4,从动件位移,凸轮在从动件导路方向上，基圆以外的尺寸,9,10,11,13,12,1,2,3,4,5,6,7,取长度比例尺,l,绘图,h,s,O,/2,h,/2,2,5,/4,7,/4,1,2,3,4,5,6,7,8,14,9,10,11,13,12,14,将位移曲线若干等分；,沿,-,方向将,基圆,作相应等分；,沿导路方向解曲相应的位移，得到一系列点；,光滑联接。,取长度比例尺,l,绘图,h,s,O,/2,h,/2,2,5,/4,7,/4,1,2,3,4,5,6,7,8,14,9,10,11,13,12,9,10,11,13,12,1,2,3,4,5,6,7,14,2. 对心直动滚子从动件盘形凸轮机构,理论廓线,实际廓线,取长度比例尺,l,绘图,h,s,O,/2,h,/2,2,5,/4,7,/4,1,2,3,4,5,6,7,8,14,9,10,11,13,12,14,将位移曲线若干等分；,沿,-,方向将,偏置圆,作相应等分；,沿导路方向解曲相应的位移，得到一系列点；,光滑联接。,2,3,4,7,5,8,1,6,10,11,13,12,9,3. 偏置直动尖端从动件盘形凸轮机构,1,3-4 凸轮机构基本尺寸的确定,一. 凸轮机构的压力角与效率,1.,凸轮机构的效率,G,F,t,t,n,n,B,2,F,R1,2,F,R2,d,尖端直动推杆盘形凸轮机构在推程中任意位置的受力情况,取推杆为分离体，根据力的平衡条件,M,B,=0,F,R2,cos,2,(,l,+,b,),F,R1,cos,2,b,=0,F,y,=0 ,G+F,cos(,+,1,)(,F,R1,+,F,R2,)sin,2,=0,F,x,=0 ,F,sin(,+,1,)+(,F,R1,F,R2,)cos,2,=0,经整理得：,l,b,二. 凸轮基圆半径的确定,1. 基圆半径和压力角的关系：,P为瞬心,所以，有,在,BCP,中,当凸轮逆时针方向回转时，若推杆处于凸轮回转中心的右侧，,e,为正,，称为,正偏置,；,若凸轮顺时针方向回转，,e,为负,，称为,负偏置,。,讨论,r,0,机构尺寸小，但受力差。,1),若欲减小压力角,，,应首选增大,r,0,2), ,时,r,0,r,0min,时，可得最小基圆半径。,3)采用正偏置(,-e,)，可减小压力角。,2. 基圆半径的选取：,满足：,由结构设计（考虑凸轮的结构及强度）确定：,凸轮轴：,r,0,略大于轴的半径,r,；,凸轮单独制作时：,r,0,=,（,1.62,）,r,，,r,为轴的半径,滚子半径的选择,三. 从动件结构尺寸的确定,设,a,实际廓线,曲率半径；,理论廓线,曲率半径；,当凸轮廓线为内凹时：,a,=,+r,r,当凸轮廓线为外凸时：,a,=, - r,r,外凸轮廓：,a,=, - r,r,0,=0,0,凸轮实际廓线光滑连续；,凸轮实际廓线变尖；,凸轮实际廓线交叉，运动规律失真。,实际廓线出现交叉，加工时交叉部分将被切去，使推杆不能准确实现预期运动规律，出现,运动失真,现象。为避免运动失真，应使,a,min,=,min,-,r,r,15 mm,一般：,r,r,0.8,min,，或,r,r,= (0.10.5),r,0,（考虑结构及强度的限制）,