某大型水压机的驱动系统和控制系统驱动系统设计3毕业论文.doc

-11-3驱动系统设计3.1凸轮机构的设计在各种机械，特别是在自动机械和自动控制装置中，广泛地应用着凸轮机构。凸轮是分配阀驱动系统中十分重要的元件，它可以将旋转运动转换成为直线往复运动，而且机构简单紧凑。凸轮设计的主要任务是根据工作要求选择合适的凸轮机构的型式，和推杆运动规律的确定，并合理的选定有关的结构尺寸，然后根据选定的推杆的运动规律设计合适的凸轮的轮廓曲线。3.1.1推杆的运动规律，形状的确定由于设计题目只是要求了推程,考虑到分配器的开启力比较大,因此推杆的运动规律选择匀速运动即一次多项式运动规律,这样分配阀的开启也比较的平稳，整个驱动系统也就比较的平稳。设凸轮以等角速度转动，s是推杆的位移。a是推杆的加速度。在推程时，凸轮的运动角为0，推杆完成行程h，当采用一次多项式时，图3.1为其运动线图（推程）。hsva)b)00hc)a+0图3.1顶杆的运动线图-12-由图可知，推杆在运动开始和终止的瞬时，因速度有突变，所以这时推杆的加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值，致使推杆突然产生非常大的惯性力，因而使凸轮机构受到极大的冲击，这种冲击称为刚性冲击。这也就是该运动规律的缺点。但总的来说，推杆的运动还是比较的平稳。采用对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，这种推杆由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损比较小，可以用来传递比较大的动力。3.1.2凸轮机构基本尺寸的确定（1）凸轮机构的压力角，基圆半径，凸轮材料的确定根据实践经验在推程时，对直动推杆，许用压力角的值一般为=30°，限制推程的压力角=30°，则对心直动推杆凸轮机构的基圆为：mmstgddrs5.749.1058.022.09.100（3.1）则凸轮的基圆半径为0r74.5mm，考虑到凸轮轴的尺寸，初选为0r=100mm，则滚子的半径1510)15.01.0(0rrrmm，取10rrmm。选择凸轮的材料为40rC，热处理方法：高频淬火，表面56-60HRC,芯部45-50HRC。滚子材料选为T8，淬火HRC5862。（2）凸轮机构中的作用力凸轮机构受力如图3.2所示：图3.2凸轮机构的受力图-13-可以忽略滚子和凸轮之间的摩擦力，在这种情况下，以从动件为示力体，则其静力平衡方程式为：tguPF)12(1cos/（3.2）其中，tgu)12(被称为摩擦因子，用f代替，是从动件悬臂长度与导向支承长度之比，则：fPF1cos/（3.3）其中，从动件上升时取“+”，从动件下降取“-”；取u的平均值u=0.1，为了减少从动件支承处的反作用力，减少导轨的磨损，应尽量增大支承处的长度和减小从动件悬臂长度故取=0.8，则f=0.15沿支杆方向的力：fPFF1cos1（3.4）凸轮轴上的扭矩量：（两个凸轮）rtgrfPFrTF1sincos)1(sin（3.5）其中，r是从凸轮轴中心到所述点的半径，最大扭矩决定于凸轮轴上的载荷,即驱动系统所需的功率。根据公式（3.4），推杆对凸轮轴的作用力：（两个凸轮）15.018.9150011fPFN1.172946.12782则：NF1.17294max根据公式（3.5），凸轮轴上的扭矩量为：301.17294)9.10100(1tgtgrTF°mmN14.1107309（3）凸轮廓线的设计根据题目的要求,以及确定的推杆的运动规律,用作图法设计凸轮的廓线.其中为凸轮的转角,s为推杆的推程(单位:mm)；已知：开启曲线12.5°推程10.9mm；在工作过程中，推杆等速上升；mmr1000，mmrrr101.00；-14-作图方法如下：首先对运动角选定某一分度，并根据推杆的运动规律计算其在各分点时的位移值。现选定分度角为2.5°，因推杆为等速运动，故可得各分点的位移值如表3.1所示：表3.1各分点推杆的位移°02.555.71012.5s（mm）02.184.366.548.7410.9确定推杆在反转运动中占据的位置。为此，使推杆由起始位置沿方向绕轴O转动,将推程运动角12.5°按2.5°一个分点等分,得等分角线OA、OB、OC、OD、OE；此即代表推杆在反转运动中依次占据的位置。求推杆在复合运动中依次占据的位置。为此将推程位移表中所计算出的位移值s，直接在等分角线OA、OB、OC、OD、OE，由基圆开始向外量取，得点a，b，c，d，e，次即为推杆的尖顶在复合运动中依次占据的位置。然后再以o、a、c、d、e为圆心，以滚子的半径r为半径，作一系列的圆，再作此圆族的包络线，即为凸轮的廓线。具体的作图过程如图3.3所示：图3.4为凸轮推程段的廓线的放大图。图3.3作图法确定凸轮轮廓的示意图