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任务三凸轮机构 一 任务资讯 一 凸轮机构的应用及分类 凸轮机构 由凸轮 推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构 凸轮 具有控制从动件运动规律的某种曲线或凹槽的主动件 作等速回转运动或往复移动 凸轮1 一 凸轮机构的应用及分类 1 凸轮机构的应用 ApplicationofCams 1 凸轮机构的应用 当圆柱凸轮 匀速转动时 通过凹槽中的滚子驱使从动件 往复移动 凸轮每回转一周 从动件即从储料器中推出一个毛坯 送到加工位置 一 凸轮机构的应用及分类 1 凸轮机构的应用 一 凸轮机构的应用及分类 优点 一 凸轮机构的应用及分类 凸轮机构的优缺点 构件少 运动链短 结构简单紧凑 易于设计 可使从动件得到各种预期的运动规律 凸轮机构的优缺点 高副为点 线接触 易磨损 缺点 所以凸轮机构多用在传递动力不大的场合 一 凸轮机构的应用及分类 2 凸轮机构的分类 1 按凸轮的形状分 盘形凸轮 移动凸轮 TranslatingCam 平面凸轮 平面凸轮 2 凸轮机构的分类 1 按凸轮的形状分 圆柱凸轮 空间凸轮 3 1凸轮机构的应用及分类 一 凸轮机构的应用及分类 2 凸轮机构的分类 2 按从动件的形状分 尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件 2 按从动件的形状分 一 凸轮机构的应用及分类 3 按从动件的运动形式分 移动从动件 偏置移动从动件 对心移动从动件 一 凸轮机构的应用及分类 一 凸轮机构的应用及分类 3 按从动件的运动形式分 摆动从动件 力锁合 4 按凸轮高副的锁合方式分 一 凸轮机构的应用及分类 一 凸轮机构的应用及分类 沟槽凸轮 等宽凸轮 4 按凸轮高副的锁合方式分 形锁合 ProfileClosure 等径凸轮 机构的命名 对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构 偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构 一般凸轮机构的命名原则 布置形式 运动形式 推杆形状 凸轮形状 力锁合 形锁合 尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件 摆动从动件 偏置移动从动件 对心移动从动件 盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮 小结 二 任务分析和计划 1 基圆 凸轮轮廓上最小向径为半径所画的圆 2 偏距e 从动件导路偏离凸轮回转中心的距离e 一 平面凸轮机构的工作过程和运动参数 3 推程 4 行程 从动件尖顶被凸轮轮廓推动 以一定的运动规律由离回转中心最近位置A到达最远位置B的过程 从动件在推程中上升的最大位移h 5 推程运动角 0 AOB 与推程相应的凸轮转角 0 7 远停程角 从动件在最远位置停止不动所对应的凸轮转角 s S BOC 6 远停程 凸轮由B转动到C 从动件在最远位置停止不动 9 近停程角 8 回程运动角 0 COD s AOD 7 回程 从动件在弹簧力或重力作用下 以一定的运动规律回到起始位置的过程 与回程相应的凸轮转角 0 从动件在最近位置停止不动所对应的凸轮转角 s 10 近停程角 与回程相应的凸轮转角 0 以纵坐标代表从动件位移s2 横坐标代表凸轮转角 1或时间t 所画出的图形为位移曲线图 11 从动件位移线图 升 停 降 停 从动件位移线图决定于凸轮轮廓曲线的形状 二 从动件常用的运动规律 1 等速运动规律2 等加速 等减速运动规律3 简谐运动规律 作推程运动线图 1 等速运动规律 从动件在推程 或回程 的运动速度为常数的运动规律 2020 3 16 27 可编辑 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 因此只适用于低速 轻载的场合 1 等速运动规律 1 等加速 等减速运动规律 从动件在一个行程h中 前半行程做等加速运动 后半行程作等减速运动的运动规律 B A C 2 等加速 等减速运动规律 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 中载的场合 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的冲击 柔性冲击 3 余弦加速度运动规律 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 可适用于高速的场合 作业P48 1 3 三任务实施 一 本任务的学习目标图解法设计凸轮轮廓曲线 根据工作条件要求 确定从动件的运动规律 选定凸轮的转动方向 基圆半径等 进而对凸轮轮廓曲线进行设计 设计方法 1 图解法 简便易行 直观 但精度较低 可用于设计一般精度要求的凸轮机构 2 解析法 精度高 但计算量大 多用于设计精度要求较高的凸轮机构 凸轮轮廓曲线的设计 1 图解法的原理 假想给整个凸轮机构加上一个与凸轮角速度 大小相等 方向相反的角速度 凸轮将处于静止状态 机架则以 的角速度围绕凸轮原来的转动轴线转动 而从动件一方面随机架转动 另一方面又按照给定的运动规律相对机架作往复运动 反转法 1 图解法的原理 反转法 凸轮轮廓曲线的设计 0 0 0 2 凸轮轮廓设计 作图法 尖顶移动从动件盘型凸轮机构 1 选取适当的比例尺作出位移线图 2 按基本尺寸作出凸轮机构的初始位置 3 按 方向划分基圆周得c0 c1 c2 等点 并过这些点作射线 即为反转后的导路线 4 在各反转导路线上量取与位移图相应的位移 得B1 B2 等点 即为凸轮轮廓上的点 B8 滚子从动件凸轮轮廓曲线的设计步骤 1 画出滚子中心的轨迹 称为理论轮廓曲线 2 以理论轮廓上的点为圆心 滚子半径rT为半径作一系列的滚子圆 再画滚子圆的内包络线 则为从动件凸轮的实际轮廓曲线 注意 1 理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线 2 凸轮的基圆是指理论轮廓曲线上的基圆 对心平底直动从动件盘形凸轮 图解法设计凸轮轮廓曲线 五 任务拓展 图解法可以简便地作出凸轮轮廓 但作图误差较大 不够精确 所以只适用于对从动件运动规律要求不太严格的地方 对于精度要求高的高速凸轮等 必须用解析法精确设计 下一页 1 解析法设计凸轮轮廓曲线 用解析法设计凸轮轮廓的实质是建立凸轮轮廓曲线的数学方程式 进而准确地计算出凸轮轮廓线上各点的坐标值 以便对凸轮进行加工和检验 偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计 建立凸轮转轴中心的坐标系xOy 根据反转法原理 凸轮以w转过j角 B点坐标为 上式即为凸轮理论廓线方程 实际廓线与理论廓线在法线上相距滚子半径rT 则推出 式中取 号时为内等距曲线 取 号时为外等距曲线 1 用解析法设计凸轮机构 2 凸轮机构设计中应注意的几个问题 设计滚子从动件时若从强度和耐用性考虑 滚子的半径应取大些 滚子半径取大时 对凸轮的实际轮廓曲线影响很大 有时甚至使从动件不能完成预期的运动规律 1 滚子半径的选择 滚子半径的选择 1 滚子半径的选择 凸轮理论轮廓为内凹时 由图 a 可得 min rT实际轮廓曲线曲率半径总大于理论轮廓曲线曲率半径 因此 不论选择多大的滚子 都能作出实际轮廓曲线 当理论廓线外凸时 可分为三种情况 r rmin rT 1 rmin rT时r 0这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线 如图b 2 rmin rT时r 0 实际轮廓线变尖 极易磨损 产生失真 如图c 3 rmin rT时r 0 即实际曲线出现交叉会出现严重失真 如图d 1 滚子半径的选择 一般推荐rT 0 8 min 为了避免出现尖点 一般要求 min 3 5mm 凸轮对从动件的作用力F的方向与从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角a称为压力角 2 压力角的校核 自锁 当 增大到一定程度后 以至于导路的摩擦阻力大于有效分力时 无论凸轮给予从动件多大的力 从动件都不能运动 推荐压力角数值 移动从动件 a 30 摆动从动件 a 45 4 4 2压力角的校核 a 70 80 3 基圆半径的确定 根据凸轮的结构确定rb 在设计凸轮时 先根据条件确定基圆半径rb 制成凸轮轴时 rb r rT 2 5 mm 单独制造凸轮时 rb rh rT 2 5 mm 根据压力角确定rb诺模图 设 凸轮升程角45o max 30o 行程h 30mm 简谐运动 求基圆半径rb 解 过升程角45o和 max 30o画直线相交于直径线上得h rb 0 3