凸轮机构及其设计课件PPT课件.ppt

第九章凸轮机构及其设计,一、组成:,1、凸轮:具有曲线轮廓或凹槽的构件,是主动件,通常等速转动。,2、从动件:由凸轮控制按其运动规律作移动或摆动运动的构件。,3、机架:支承活动构件的构件。,9-1凸轮机构的类型和应用,可实现各种复杂的运动规律，由于是高副接触,常用于传递动力不大的场合。,二、应用:,凸轮机构分类,1、按凸轮的形状分,2、按从动件形状分,4、按凸轮高副锁合方式分,盘形凸轮,移动凸轮,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,力锁合,形锁合,柱状凸轮,3、按从动件的运动形式分,移动从动件,摆动从动件,三、分类:,1、按凸轮的形状分,（1）盘形凸轮机构,凸轮最基本的形式，结构简单，应用最广。,盘状且具有变化的向径，绕固定轴转动。,（2）移动凸轮机构,有曲线轮廓作往复移动的构件。凸轮呈板状，它相对于机架作直线移动。,（3）圆柱凸轮机构,空间凸轮机构,凸轮的轮廓曲线可在圆柱面上，也可在圆柱体端面上。,2、按从动件形状分,尖底从动件滚子从动件平底从动件,3、按从动件的运动形式分,移动从动件摆动从动件,对心式,偏置式,偏距e,凸轮回转中心和从动件导路之间的距离,对心式,偏置式,摆动式,4、按凸轮高副的锁合方式分,（1）力锁合,维持凸轮轮廓与从动件始终保持接触而不脱开称为锁合（封闭）。,利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。,（2）形锁合,利用高副元素本身的几何形状使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。,槽凸轮机构,优点：锁和方式结构简单缺点：加大了凸轮的尺寸和重量,形锁合凸轮，如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。,四、内容:,1.从动件运动规律2.图解法设计凸轮机构3.凸轮机构的基本尺寸确定,(凸轮的轮廓曲线决定了从动件运动规律),一.名词概念:,2-2从动件的常用运动规律,在凸轮转过一周的过程中，从动件经历了“升停降停”四个阶段。,从动件运动规律：,位移曲线,位移线图（s-t或s-）速度线图（v-t或v-）加速度线图（a-t或a-）,运动循环,注：不是所有的凸轮机构必须经历这四个阶段。,从动件运动形式：,1、等速运动规律,从动件的速度为常数v=C,运动方程式,推程,特点：刚性冲击，适用于低速轻载场合。,二、从动件的常用运动规律,2、等加速等减速运动规律,从动件的加速度为常数|a|=C,特点：柔性冲击，适用于中速轻载场合。,运动方程式（推程）,等加速段,等减速段,3、余弦加速度运动规律（简谐运动规律）,特点：柔性冲击，用于中速场合。,从动件的加速度按余弦规律变化,，,运动方程式（推程）,4、正弦加速度运动规律（摆线运动规律）,特点：无冲击，用于高速场合。,从动杆的加速度按正弦规律变化,运动方程式（推程）,5、3-4-5次多项式运动规律,运动方程式（推程）,s,v,a,无冲击，适用于高速中载场合。,特点：,根据从动件的运动规律来设计凸轮轮廓。,方法：,图解法：简单易行、直观，但精度低，用于精度要求不高的凸轮机构设计。解析法：精度高，用于高精度的凸轮机构设计。,9-3凸轮廓线的设计,一、基本方法反转法,加与凸轮角速度等值、反向的角速度-w,从动件与导路以角速度-w绕凸轮转动,凸轮静止不动,从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线,从动件相对导路移动,（一）基本原理（反转法）,（二）对心尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计,已知：从动件运动规律、从动件位置、凸轮基圆半径rb、凸轮沿逆时针方向以角速度作等速转动。,选比例尺l，作位移曲线和基圆rb。,等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。,确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置。,设计步骤：,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,（三）对心滚子推杆盘形凸轮廓线的设计,滚子从动件盘形凸轮机构设计,rb,B0,（1）求滚子中心的凸轮轮廓曲线（称为理论轮廓）；,（2）再求滚子从动件凸轮的工作轮廓曲线（称为实际轮廓）。,注意：,（1）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；,（2）凸轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的最小向径。,已知凸轮的基圆半径rb，滚子半径rr、凸轮角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,选比例尺l，作位移曲线和基圆rb。,设计步骤：,等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。,理论轮廓曲线,实际轮廓曲线,确定反转后从动件滚子中心在各等分点占据的位置。,将各点连接成一条光滑曲线。,作滚子圆族及滚子圆族的内(外)包络线。,（四）对心平底推杆盘形凸轮廓线的设计,已知凸轮的基圆半径rb，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,选比例尺l，作位移曲线和基圆rb。,设计步骤：,等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。,确定反转后平底与导路中心线的交点A在各等分点占据的位置。,作平底直线族及平底直线族的内包络线。,（五）偏置尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计,已知凸轮的基圆半径rb，角速度和从动件的运动规律及偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。,选比例尺l，作位移曲线、基圆rb和偏距圆e。,设计步骤：,等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。,确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置。,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,已知凸轮的基圆半径rb，角速度和从动件的运动规律及长度l，中心距d，设计该凸轮轮廓曲线。,（六）尖顶摆杆盘形凸轮廓线的设计,选比例尺，作位移曲线，作基圆rb和转轴圆OA。,等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的转轴A的位置。,确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置。,设计步骤：,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,1、对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构设计要求：已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆的运动规律如图所示。试设计该对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。,2、对心直动滚子从动件盘形凸轮机构已知条件:凸轮的基圆半径为r0,滚子半径rr,凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆的运动规律如图所示。试设计对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。,3、对心直动平底从动件盘形凸轮机构已知条件:凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆的运动规律如图所示。试设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。,4、偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构已知条件:已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆的运动规律已知，已知偏距e。试设计。,从动画中看，从动件在反转运动中依次占据的位置将不在是以凸轮回转中心作出的径向线,而是始终与O保持一偏距e的直线,因此若以凸轮回转中心O为圆心，以偏距e为半径作圆（称为偏距圆）,则从动件在反转运动中依次占据的位置必然都是偏距圆的切线,(图中)从动件的位移()也应沿切线量取。然后将等点用光滑的曲线连接起来，既得偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓。,4、偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构已知条件:已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮转动方向。凸轮转动中心与从动件摆动中心的距离，摆动从动件的长度，已知从动件的运动规律，试设计。（从动件的位移是角位移）,9-4凸轮机构基本尺寸的确定,一、凸轮机构中的压力角1、压力角：从动件与凸轮在接触点处的受力方向与其在该点绝对速度方向之间所夹的锐角,(Determinationelementarydimensionsofcammechanism),凸轮廓线上不同点处的压力角是不同的。机构发生自锁时的压力角称为临界压力角。为保证凸轮机构正常运转，应使最大压力角小于临界压力角。,凸轮机构在图示位置的压力角：推杆在与凸轮的接触点B处所受正压力的方向与推杆上点B的速度方向之间所夹的锐角。,凸轮机构压力角,从动件偏置方位的选择原则,应有利于减小从动件工作行程时的最大压力角。为此应使从动件在工作行程中，点C和点P位于凸轮回转中心O的同侧，此时凸轮上C点的线速度指向与从动件工作行程的线速度指向相同。,正偏距：凸轮逆时针回转，从动件右偏置凸轮顺时针回转，从动件左偏置负偏距：凸轮逆时针回转，从动件左偏置凸轮顺时针回转，从动件右偏置,二、凸轮基圆半径的确定,限制基圆半径的条件凸轮的基圆半径应大于凸轮轴的半径rs；最大压力角max；凸轮轮廓曲线的最小曲率半径min0。,当要求机构具有紧凑的尺寸时，应当按许用压力角来确定凸轮的基圆半径rb。,凸轮基圆的尺寸和压力角有直接关系，如左图所示，从动件与凸轮在任意一点接触。,注:e前符号的确定.,此式中e前的符号判定：,2、凸轮基圆半径的确定,在偏距一定、推杆的运动规律已知的条件下，基圆半径越大，压力角越小，但结构尺寸较大,凸轮的基圆半径应在