《工学机械原理》PPT课件.ppt

9 1凸轮机构的应用和类型9 2从动件常用运动规律9 3凸轮机构的压力角9 4图解法设计凸轮轮廓 第9章凸轮机构及其设计 9 1凸轮机构的应用和类型 凸轮机构是通过凸轮与从动件间的接触来传递运动和动力 是一种常见的高副机构 结构简单 只要设计出适当的凸轮轮廓曲线 就可以使从动件实现任何预定的复杂运动规律 一 凸轮机构组成 1 组成 凸轮 从动件 机架 2 作用 将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动 3 特点 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 1 结构简单 紧凑 工作可靠 容易设计 2 高副接触 易磨损 内燃机配气凸轮机构 4 应用 适用于传力不大的控制机构和调节机构 实现从动件不同位移 二凸轮机构的类型 1 按凸轮的形状和运动分类 1 盘形回转凸轮 2 移动凸轮 3 圆柱凸轮 它可以看成是将移动凸轮卷绕在圆柱体的外表面上而形成的 属于空间凸轮机构 2 按从动件的形状分类 1 尖顶从动件 3 平底从动件 2 滚子从动件 易磨损 承载能力低 用于轻载低速 磨损小 承载能力较大 用于中载中速 受力好 润滑好 常用于高速 3 按从动件的运动形式 1 直动从动件 2 摆动从动件 对心直动从动件 偏置直动从动件 直动从动件又分为 4 按锁合方式的不同 1 形锁合凸轮 如沟槽凸轮 等径及等宽凸轮等 2 力锁合凸轮 如靠重力 弹簧力锁合的凸轮等 维持运动副中两个构件之间的接触方式称为锁合 凸轮机构的命名 从动件原动件 对心直动尖顶板 滚子 推杆 盘形 凸轮机构偏置摆动平底圆柱 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构 对心直动滚子推杆盘形凸轮机构 9 2凸轮机构的运动特性 一 凸轮传动的工作过程 基圆 以凸轮最小半径r0所作的圆 r0称为凸轮的基圆半径 推程 推程运动角 0 远休 远休止角 01 回程 回程运动角 0 近休 近休止角 02 行程h 从动件在推程或回程中移动的最大位移 理论廓线 与尖端从动件相接触的廓线 实际廓线 与尖顶 滚子或平底从动件相接触的廓线 二 从动件常用运动规律 从动件的运动规律 从动件的运动 位移 速度和加速度 与时间或凸轮转角间的关系 从动件的运动规律既可以用线图表示 也可以用数学方程式表示 若从动件的位移方程为s f 则 说明 凸轮一般为等速运动 有 t推杆运动规律常表示为推杆运动参数随凸轮转角 变化的规律 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 0 01 02 0 2 s O 0 02 0 2 s O 0 01 0 2 s O 0 0 2 多项式运动规律 一次多项式运动规律 等速运动 二次多项式运动规律 等加速等减速运动 五次多项式运动规律 三角函数运动规律 余弦加速度运动规律 简谐运动规律 正弦加速度运动 摆线运动规律 组合运动规律 从动件常用运动规律 多项式运动规律s C0 C1 C2 2 Cn n 1 1一次多项式运动规律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 Constantvelocity 边界条件 c0 0 c1 h 0 推程运动方程式 作推程运动线图 从动件在起始和终止点速度有突变 使瞬时加速度趋于无穷大 从而产生无限值惯性力 并由此对凸轮产生冲击 刚性冲击 Rigidimpulse 回程运动方程 c0 h c1 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 2二次多项式运动规律n 2 运动方程式一般表达式 s C0 C1 C2 2 v ds dt C1 2C2 a dv dt 2C2 2 等加速运动规律 等加速等减速运动规律 Constantacceleration deceleration 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 推程运动方程 推程等加速段边界条件 运动始点 0 s 0 v 0 运动终点 0 2 s h 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 减速段运动方程式为 作推程运动线图 作位移曲线 h 2 作推程运动线图 作速度曲线 作加速度曲线 从动件在起点 中点和终点 因加速度有有限值突变而引起推杆惯性力的有限值突变 并由此对凸轮产生有限值冲击 柔性冲击 Softimpulse 等加速等减速运动规律运动特性 从动件在运动起始 中点和终止点存在柔性冲击适用于中速轻载场合 0 0 2 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 1 3n 5 五次多项式运动规律 五次多项式的一般表达式为 推程边界条件在始点处 1 0 s1 0 v1 0 a1 0 在终点处 2 0 s2 h v2 0 a2 0 解得待定系数为 位移方程式为 五次多项式运动规律的运动线图 五次多项式运动规律的运动特性即无刚性冲击也无柔性冲击适用于高速中载场合 五次多项式运动规律的运动线图的绘制不要求掌握 三角函数运动规律 2 1余弦加速度运动规律 半周期 简谐运动规律 升程加速度为1 2周期余弦波 故设 a C1cos t t0 C1cos 0 则 边界条件 起点 0 s 0 v 0 终点 0 s h 当 0时 C1cos 半个周期 升程运动规律 同理 得回程运动规律 余弦加速度运动规律的运动特性 从动件加速度在起点和终点存在有限值突变 故有柔性冲击若从动件作无停歇的升 降 升连续往复运动 加速度曲线变为连续曲线 可以避免柔性冲击适用于中速中载场合 2 2正弦加速度运动规律 1周期 Cycloidalmotion摆线运动 推程段的运动线图 推程运动方程 回程运动方程 正弦加速度运动规律运动特性 从动件加速度没有突变 因而将不产生任何冲击适用于高速轻载场合 各种常用运动规律的比较 推程 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