清华大学机械原理课件第3章凸轮机构.ppt

第3章 凸轮机构 凸轮机构的组成与类型 从动件运动规律设计 凸轮轮廓的设计 凸轮机构基本尺寸的确定 凸轮机构的计算机辅助设计,3.1 凸轮机构的组成与类型 3.1.1 凸轮机构的组成,1 凸轮 2 从动件 3 机架,高副机构,3.1.2 凸轮机构的类型 1. 按凸轮的形状分类,盘形凸轮：最基本的形式，结构简单，应用最为广泛 移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动 圆柱凸轮：空间凸轮机构,盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮,2. 按从动件的形状分类,尖端从动件,曲面从动件,尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。,磨损比尖端从动件小。,滚子从动件,平底从动件,凸轮与从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可用于传递较大的动力。,从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力平稳，传动效率高，常用于高速场合。但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸。,3. 按从动件的运动形式分类,移动从动件 摆动从动件,移动从动件：从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线； 摆动从动件：从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。,4.按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类 (1) 力锁合弹簧力、从动件重力或其它外力 (2) 型锁合利用高副元素本身的几何形状,槽凸轮机构 槽两侧面的距离 等于滚子直径。 优点：锁和方式结构简单 缺点：加大了凸轮的尺寸和重量,等宽凸轮机构 凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架内侧的宽度。,缺点：从动件的运动规律的选择受到一定的限制，当180范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确定后，其余180内的凸轮廓线必须符合等宽原则,等径凸轮机构 两滚子中心间的距离始终保持不变。,缺点： 从动件运动规律的选择受到一定的限制,主回凸轮机构(共轭凸轮机构),优点：克服了等宽、等径凸轮的缺点 缺点：结构复杂，制造精度要求高,一个凸轮推动从动件完成正行程运动，另一个凸轮推动从动件完成反行程的运动,5. 反凸轮机构,摆杆为主动件，凸轮为从动件,3.1.3 凸轮机构的应用 例1：实现变速操纵,例2：实现自动进刀、退刀,例3：控制阀门的启闭,例4：印刷机的吸纸吸头,3.2 从动件运动规律设计 3.2.1 凸轮机构的工作情况,回程运动角 近休止角 从动件运动规律（从动件位移线图）,基圆以凸轮轮廓的最小向径rb所作的圆 升程从动件上升的最大距离h 推程运动角0 远休止角s,3.2.2 从动件常用运动规律 1.等速运动,特点：速度有突变，加速度理论上由零至无穷大，从而使从动件产生巨大的惯性力，机构受到强烈冲击刚性冲击 适应场合：低速轻载,2.等加速等减速(抛物线)运动,特点：加速度曲线有突变，加速度的变化率(即跃度j)在这些位置为无穷大柔性冲击 适应场合：中速轻载,3.简谐运动(余弦加速度运动),当质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上的投影所构成的运动规律简谐运动,特点：有柔性冲击 适用场合：中速轻载(当从动件作连续运动时，可用于高速),4.摆线运动(简介),半径R=h/2的滚圆沿纵座标作纯滚动，圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律摆线运动,特点：无刚性、柔性冲击 适用场合：适于高速,5. 3-4-5多项式运动(简介),特点：无刚性冲击、柔性冲击 适用场合：高速、中载,3.2.3 从动件运动规律的选择 1. 常用运动规律性能比较,2.从动件运动规律的选择原则 考虑因素： 对运动规律的要求 凸轮的转速（动力特性和便于加工） 3.2.4 从动件运动规律的组合 1.满足工作对运动规律的特殊要求； 2.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。 3. 尽量减小速度和加速度的最大值。,3.3 凸轮轮廓的设计 3.3.1 基本原理（反转法）,反转后，从动件尖端的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。,3.3.2 图解法设计凸轮轮廓 1. 移动从动件盘形凸轮 (1)尖底从动件,（2）滚子从动件,滚子中心将描绘一条与凸轮廓线法向等距的曲线理论廓线。Rb指的是理论廓线的基圆。,作内包络线，得到凸轮的实际廓线； 若同时作外包络线，可形成槽凸轮廓线。,（3）平底从动件,取平底从动件表面上的点B0作为假想的尖端从动件的尖端。,为了保证在所有位置从动件平底都能与凸轮轮廓曲线相切，凸轮廓线必须是外凸的。,2. 摆动从动件盘形凸轮,3.3.3 解析法(略) 3.4 凸轮机构基本尺寸的确定 3.4.1 移动滚子从动件盘形凸轮,(1) 压力角与许用值,(2) 凸轮基圆半径的确定,基圆半径越大，压力角越小，但结构尺寸较大,(3) 从动件偏置方向的选择,凸轮逆时针回转，从动件右偏置 凸轮顺时针回转，从动件左偏置,(4)凸轮轮廓形状与滚子半径的关系 外凸凸轮廓线,实际廓线出现尖点,实际廓线出现交叉，从动件不能准确地实现预期的运动规律运动失真,内凹凸轮廓线,无论滚子半径多大，总能由理论轮廓求出实际轮廓。,运动失真 原因： 避免方法： 滚子半径的选择 考虑结构、强度与运动规律等因素,3.4.2 移动平底从动件盘形凸轮,凸轮出现过度切割的现象，从动件无法完全实现预期的运动规律。 原因？,减小升程h,增大基圆rb,增大偏心e,运动失真 基圆半