机械设计基础教程(凸轮传动).ppt

浙江大学专用 机械设计基础 浙江大学机械原理与设计教研室 浙江大学专用 第十章凸轮传动 10 1凸轮机构的组成 应用和分类 一 组成 凸轮机构由三个基本构件组成 1 机架 2 凸轮 3 从动件 杆 二 应用 从理论上讲凸轮机构能完成任何运动规律 有的称凸轮机构为万能机构 特别是其他机构不能完成的运动规律 它都能完成 只要能设计出这种凸轮 由于凸轮机构结构简单 紧凑 设计方便 因此在实际工程中应用的十分广泛 如 内燃机 自动车床的进刀机构 上下料机构 印刷机 纺织机 插秧机 缝纫机等机械设备中得到广泛的应用 浙江大学专用 第十章凸轮传动 三 分类 1 按凸轮的形状分 盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮 2 按推杆形状分 尖顶 滚子 平底从动件 3 按推杆运动分 直动 对心 偏置 摆动 4 按保持接触方式分 力封闭 重力 弹簧等 几何形状封闭 凹槽 等宽 等径 主回凸轮 浙江大学专用 第十章凸轮传动 内燃机气门机构靠弹簧力封闭 机床进给机构几何形状封闭 浙江大学专用 等宽凸轮 等径凸轮 主回凸轮 凹槽凸轮 浙江大学专用 第十章凸轮传动 10 2推杆 从动件 的运动规律 所为推杆运动规律 是指从动件在推程或回程时 其运动参数 即位移S 速度V 加速度a 随凸轮转角 变化的规律 一 推杆的常用运动规律 名词术语 基圆 基圆半径r0 推程 推程运动角 t 远休止角 S 回程 回程运动角 t 近休止角 S 行程h S 之间的关系可用运动线图来表示 浙江大学专用 第十章凸轮传动 分类 多项式 三角函数 一 多项式运动规律 一般表达式 S C0 C1 C2 2 Cn n 1 刚性冲击 1 一次多项式 等速运动 运动规律 推程运动方程 S h t V h t a 0 同理得回程运动方程 s h 1 t v h t a 0 当 0 s 0 t s h代入得 C0 0 C1 h t 浙江大学专用 第十章凸轮传动 2 二次多项式 等加等减速 运动规律 柔性冲击 推程加速上升段边界条件 起始点 0 S 0 V 0 中间点 t 2 s h 2 求得 C0 0 C1 0 C2 2h t2 加速段推程运动方程为 s 2h 2 t2 V 4h t2 a 4h 2 t2 推程减速上升段边界条件 中间点 t 2 S h 2 终止点 t S h V 0 求得 C0 h C1 4h t C2 2h t2 减速段推程运动方程为 S h 2h t 2 t2 V 4h t t2 a 4h 2 t2 1 2 3 4 5 6 浙江大学专用 第十章凸轮传动 二 三角函数运动规律 1 余弦加速度 简谐 运动规律 推程 S h 1 cos t 2 V h sin t 2 t a 2h 2cos t 2 t2 回程 S h 1 cos t 2 V h sin t 2 t a 2h 2cos t 2 t2 在起始和终止点 a有突变 所以会产生柔性冲击 浙江大学专用 第十章凸轮传动 二 选择运动规律 等加等减速2 04 0柔性中速轻载 五次多项式1 885 77无高速中载 余弦加速度1 574 93柔性中速中载 正弦加速度2 06 28无高速轻载 改进正弦加速度1 765 53无高速重载 浙江大学专用 第十章凸轮传动 10 3凸轮轮廓曲线的设计 一 凸轮廓线设计方法的基本原理 反转原理 给整个凸轮机构施以 时 不影响各构件之间的相对运动 此时 凸轮将静止 而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线 根据这个原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线 例如 尖顶凸轮绘制动画 滚子凸轮绘制动画 二 按给定运动规律用图解法设计凸轮轮廓曲线 浙江大学专用 第十章凸轮传动 1 尖底对心直动从动件盘形凸轮机构设计 已知 凸轮的基圆半径r0 角速度 和从动件的运动规律 设计该凸轮轮廓曲线 A 设计步骤 3 将基圆沿 方向分与运动线图相对应的等分点 并过这些等分点作从动件的导路线 4 从基圆开始 在各从动件的导路线上量取与运动线图相对应的长度 得从动件尖顶在各导路线上的位置 5 光滑连接尖顶在各导路线上的位置 得凸轮轮廓曲线 浙江大学专用 第十章凸轮传动 2 滚子对心直动从动件盘形凸轮机构设计 理论轮廓 实际轮廓 已知 凸轮的基圆半径r0 滚子半径rT 角速度 和从动件的运动规律 设计该凸轮轮廓曲线 设计方法 把滚子中心视作为尖底从动件的尖底 按尖底从动件设计 所得的曲线为理论廓线 然后作等距曲线 得实际廓线 等距曲线 公法线方向两曲线的距离相等 其作法为 以理论廓线为圆心作一些列的滚子 再作滚子的包络线 浙江大学专用 第十章凸轮传动 3 平底直动从动件盘形凸轮机构设计 已知 凸轮的基圆半径r0 角速度 和从动件的运动规律 设计该凸轮轮廓曲线 设计方法 把平底与导路的交点A视作为尖底从动件的尖底 按尖底从动件设计 求出A点在导路线上的一系列1 2 点 过这些点作一系列的平底 然后作这些平底的内包络线 得凸轮的实际廓线 浙江大学专用 第十章凸轮传动 4 尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构设计 已知 凸轮的基圆半径r0 角速度 从动件的运动规律和偏距e 设计该凸轮轮廓曲线 设计步骤 3 将基圆沿 方向分与运动线图相对应的等分点 并过这些等分点作从动件的导路线 4 从基圆开始 在各从动件的导路线上量取与运动线图相对应的长度 得从动件尖顶在各导路线上的位置 5 光滑连接尖顶在各导路线上的位置 得凸轮轮廓曲线 浙江大学专用 设计步骤 3 将基圆沿 方向分与运动线图相对应的等分点 并过这些等分点作偏距圆的切线 得从动件的导路线 4 从基圆开始 在各从动件的导路线上量取与运动线图相对应的长度 得从动件尖顶在各导路线上的位置点 5 光滑连接尖顶在各导路线上的位置点 得凸轮轮廓曲线 浙江大学专用 第十章凸轮传动 5 滚子偏置直动从动件盘形凸轮机构设计 已知 凸轮的基圆半径r0 滚子半径rT 角速度 从动件的运动规律和偏距e 设计该凸轮轮廓曲线 设计方法 把滚子中心视作为尖底从动件的尖底 按尖底从动件设计 所得的曲线为理论廓线 然后作等距曲线 得实际廓线 6 尖底摆动从动件盘形凸轮机构设计 已知 凸轮的基圆半径r0 角速度 摆动推杆长度lAB以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离lAo 从动件的运动规律 设计该凸轮轮廓曲线 浙江大学专用 o 设计步骤 1 将运动线图 分为若干个等分 2 以O点为圆心 r0为半径作圆 根据lAo定出A点的位置 以A点为圆心 lAB为半径作圆弧与基圆交与于B点 B点即为起始位置 3 以O点为圆心 lAo为半径作圆 并将此圆沿 方向分为与 线图相对应的等分点 它们便是反转后各个摆杆位置的摆动中心 4 以各个摆杆的摆动中心为圆心 lAB为半径作一系列圆弧 量取各摆杆与 线图相对应的角位移 得一系列的B 点光滑连接这一系列的B 点 得凸轮轮廓曲线 浙江大学专用 第十章凸轮传动 7 滚子或平底摆动从动件 同前所述 如采用滚子或平底从动件 那么上述连接的B 1 B 2 各点所得的光滑曲线即为凸轮的理论轮廓 过这些点作一系列滚子或平底 然后作它们的包络线便可求得凸轮的实际轮廓 10 4凸轮机构基本尺寸的确定 F F F 一 凸轮机构的压力角 凸轮对从动件作用点的力的方向与该点的速度方向所夹的锐角 称为压力角 B E F COS 有效力 F SIN 有害力 F F 当 增大到某一个数值时 F 引起的摩擦阻力超过F 时 机构将发生自锁 浙江大学专用 第十章凸轮传动 因此 在实际设计中 为安全起见 根据理论分析和实践经验 推荐许用压力角 取以下数值 推程许用压力角 直 30 38 摆 40 50 回程许用压力角 70 80 浙江大学专用 第十章凸轮传动 F F F B E 二 压力角 与S ds d r0 e的关系 0 浙江大学专用 最小基圆半径r0min的确定 工程上常根据诺模图来确定r0 应用实例 一对心直动滚子推杆盘形凸轮机构 t 45 h 13mm 推杆以正弦加速度运动 要求 max 30 试确定凸轮的基圆半径r0 诺模图 作图得 h r0 0 26 r0 50mm 浙江大学专用 第十章凸轮传动 三 滚子半径的确定 a 工作轮廓的曲率半径 理论轮廓的曲率半径 rr 滚子半径 a rr rr a rr 轮廓正常 轮廓正常 外凸 浙江大学专用 第十章凸轮传动 rr a rr 0 rr a rr 0 轮廓变尖 对于外凸轮廓 要保证正常工作 应使 min rr 浙江大学专用 第十章凸轮传动 四 平底尺寸l的确定 1 作图法确定 l 2lmax 5 7 mm 浙江大学专用 第十章凸轮传动 2 计算法确定 P点为相对瞬心 有 v OP BC OP v ds dt d dt ds d lmax ds d max l 2 ds d max 5 7 mm 对平底推杆凸轮机构 也有失真现象 可通过增大r0解决此问题 浙江大学专用 第十章凸轮传动 本章重点 从动件的运动规律以及特性和作图的方法 理论轮廓与实际轮廓的关系 凸轮机构压力角 与基圆半径r0的关系 掌握用图解法设计凸轮轮廓曲线的步骤与方法 浙江大学专用 第十章凸轮传动 浙江大学专用 第十章凸轮传动 浙江大学专用 第十章凸轮传动 浙江大学专用 第十章凸轮传动 浙江大学专用 第十章凸轮传动 浙江大学专用 3 5解析法设计凸轮的轮廓 从图解法的缺点引出解析法的优点 结果 求出轮廓曲线的解析表达式 已知条件 e rmin rT S S 及其方向 理论轮廓的极坐标参数方程 原理 反转法 0 tg 0 e S0 tg e S S0 即B点的极坐标 0 参数方程 浙江大学专用 其中 tg 实际轮廓方程是理论轮廓的等距曲线 由高