第三章 凸轮机构设计.ppt

第三章凸轮机构设计 教学基本要求 重点与难点分析 典型例题分析 自测试题 教学基本要求 2 掌握凸轮机构设计的反转法原理 能根据给定的运动规律设计出各种从动件盘形凸轮的轮廓曲线 1 了解凸轮机构的组成 分类 特点及应用 掌握凸轮机构从动件常用运动规律的特点 以及选择运动规律时应考虑的因素 3 掌握压力角与自锁的关系 基圆半径对压力角的影响 以及滚子半径选择的原则 重点与难点分析 本章重点 从动件常用运动规律及其特性 平面凸轮轮廓曲线的设计和凸轮机构压力角与机构基本尺寸的关系 本章难点 用反转法设计平面凸轮轮廓曲线 1 从动件的运动规律 凸轮以等角速度转动时 从动件的位移s 速度v 和加速度a随时间t或凸轮转角 变化的规律 称为从动件运动规律 四种常用的运动规律特性及使用场合如表3 1所示 根据从动件运动规律的运动参数特性值vmaxamax可分析凸轮机构的动力学特性 vmax值与从动件系统的动量 mv 有关 当从动件突然被阻时 若其动量很大 则将产生大的冲击力 F mv t 而amax的值决定了最大惯性力 Fmax mamax 表3 1凸轮机构从动件运动规律特性及使用场合 2 用作图法设计凸轮轮廓时必须注意以下几点 1 直动从动件s 曲线图中 纵坐标比例尺 l最好与绘制凸轮图的比例尺一致 这样在基圆各向径线上作截线位移时 不必换算 以免出错 amax愈大 不仅从动件系统的激振力愈大 而且当它为正值时 将使从动件与凸轮轮廓接触处的法向压力增大 当它为负值时 又使力封闭的弹簧负荷增大 在确定从动件运动规律时 一般先由动力特性确定加速度运动规律 然后再确定相应的速度与位移变化规律 3 偏置直动从动件其移动中心线不通过凸轮轴心 反转后各移动中心线均与偏距圆相切 从动件的位移是沿着这些切线从基圆开始向外量取并截取的 也即偏距圆的切线就是导路反转后各位置的方位线 2 位移线图横坐标等分数应与基圆等分数相等 且排序号码一一对应 典型例题分析 例3 1图3 1所示的对心直动滚子从动件盘形凸轮机构中 凸轮的实际轮廓线为一圆 其圆心在A点 半径R 40mm 凸轮转动方向如图所示 lOA 25mm 滚子半径rr 10mm 试1 作出凸轮的理论轮廓线 2 作出凸轮的基圆 并标出其基圆半径rb 3 求从动件的升程h 4 标出图示位置的压力角 5 若凸轮的实际轮廓线不变而将滚子半径改为15mm 从动件的运动规律有无变化 图3 1 解 1 滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮理论廓线与实际廓线是两条法向等距的曲线 该法向距离等于滚子半径rr 故理论廓线为半径为40 10 50mm的圆 如图所示 2 凸轮理论轮廓线的最小向径称为凸轮的基圆半径rb 因此 连接偏心圆的圆心A和凸轮转动中心O 并延长使其与理论廓线相交于C点 则OC即为凸轮的基圆半径rb 由图可知 rb lAC lOA 40 10 25 25mm 3 图示 h lOA R rr rb 25 40 10 25 50mm 4 凸轮机构的压力角是指理论廓线上滚子从动件接触点的法线AB与从动件上对应点速度方向OB之间所夹的锐角 如图所示 5 当凸轮的实际廓线保持不变而将滚子半径rr由10mm增大至15mm后 lAB将随之由50mm增至55mm 因此从动件3的运动将随之变化 若希望从动件3的运动规律保持不变 则应让理论廓线保持不变 作该理论廓线的法向等距曲线并使之距离等于15mm得到新的实际廓线 自测试题 一 判断题 正确 T 错误 F 1 凸轮机构是一种低副机构 2 凸轮机构中 凸轮基圆半径越大 说明从动件的位移越大 3 在运动规律一定时 凸轮的基圆越大 则从动件就越不容易发生自锁卡死 4 凸轮机构采用等加速等减速运动规律时 由于在起始点加速度出现有限值的突然变化 因而产生惯性力的突变 结果引起刚性冲击 答案 5 凸轮的基圆半径就是凸轮理论轮廓线上的最小曲率半径 6 滚子从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线是理论轮廓的等距曲线 因此 实际轮廓上各点的向径就等于理论轮廓上各点的向径减去滚子半径 8 一般说来 在凸轮机构中 尖顶从动件可适应任何运动规律而不致发生运动失真 7 当从动件采用等速运动规律时 则机构自始至终工作平稳不会产生刚性冲击 答案 9 平底移动从动件盘形凸轮机构的压力角恒等于一个常量 10 为了避免从动件运动失真 平底从动件凸轮轮廓不能内凹 二 填空题 1 凸轮机构是由 和 三个基本构件组成 2 按形状不同凸轮可分为 和 3 维持凸轮与从动件高副接触封闭的方法有 和 答案 4 位移曲线图是表示 与 之间关系的曲线 当从动件为等速运动规律时 其位移曲线是一条 线 若为等加速等减速运动规律时 其位移曲线是一条 线 6 凸轮轮廓的形状是由 决定的 5 在凸轮机构从动件的常用运动规律中 运动规律有刚性冲击 运动规律有柔性冲击 运动规律无冲击 10 凸轮基圆半径越小 则凸轮机构的压力角越 而凸轮机构的尺寸越 7 凸轮机构几种常用的从动件运动规律中 只宜用于低速情况 宜用于中速但不宜用于高速的情况 而 可在高速下应用 8 反转法绘制凸轮廓线是给 加上一个与凸轮的角速度等值反向并绕凸轮轴心转动的角速度 9 设计滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线时 若发现凸轮廓线有变尖现象 则在尺寸参数上应采取的措施是 或 答案 2 与其它机构相比 凸轮机构最大的优点是 A 可实现各种预期的运动规律B 便于润滑C 制造方便易获得较高的精度D 从动件的行程可较大 3 凸轮机构中 若从动件按等速运动规律运动 则最大加速度理论上为 A amax B amax 0C amax 有限值D amax 不定值 A 惯性力难以平衡B 点线接触易磨损C 设计较为复杂D 不能实现间歇运动 1 与连杆机构相比 凸轮机构最大的缺点是 三 选择题 答案 6 为了避免运动失真并减少接触应力和磨损 滚子半径rr和凸轮理论廓线上的最小曲率半径 min应满足 A rr minC rr minD 不一定 A 增大基圆半径B 改用滚子推杆C 改变凸轮转向D 改为偏置直动尖顶推杆 5 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时 可采用 措施解决 A 等速B 等加速等减速C 摆线D 简谐 4 在凸轮机构中 下述 运动规律既不会产生柔性冲击也不会产生刚性冲击 可用于高速场合 答案 7 凸轮机构压力角对凸轮尺寸的影响反映在 如果机构压力角减少其它参数不变时 基圆将 A 增大B 减少C 不变D 不一定 一段直线B 一段圆弧C 一段抛物线D 以凸轮转动中心为圆心的圆弧 8 若要盘形凸轮机构的从动件在某段时间内停止不动 对应的凸轮轮廓应是 答案 A 压力角不变 运动规律不变B 压力角变 运动规律变C 压力角不变 运动规律变D