凸轮机构(机械原理).ppt

第三章凸轮机构 1 凸轮机构 凸轮是一个具有曲线轮廓的构件 含有凸轮的机构称为凸轮机构 它由凸轮 从动件和机架组成 一 凸轮机构的应用 3 1凸轮机构的应用及分类 内燃机配气凸轮机构 2 凸轮机构的应用 多缸内燃机 配气机构 进刀凸轮机构 冲压机 凸轮机构的优缺点 优点 只需确定适当的凸轮轮廓曲线 即可实现从动件复杂的运动规律 结构简单 运动可靠 缺点 从动件与凸轮接触应力大 易磨损用途 载荷较小的运动控制 一 按凸轮的形状分 二 凸轮机构的分类 1 盘形凸轮2 移动凸轮3 圆柱凸轮 4 圆锥凸轮 1 尖顶从动件2 滚子从动件3 平底从动件 二 按从动件上高副元素的几何形状分 三 按凸轮与从动件的锁合方式分 1 力锁合的凸轮机构2 形锁合的凸轮机构1 沟槽凸轮机构2 等宽凸轮机构3 等径凸轮机构4 主回凸轮机构 摆动从动件凸轮机构 对心 偏置 移动从动件凸轮机构 四 根据从动件的运动形式分 推程运动角 远休止角 近休止角 回程运动角 S A B C D S S S h S A B O e C D B O rb S0 h 三 凸轮机构的工作原理 基圆 D 回程角 现象 只要偏心距e不为0 即使AB与CD形状相同 回程速度比推程速度快 问1 如果从动件偏向O点左侧 回程速度和推程速度哪个快 问2 是否合理 摆动从动件凸轮机构 基圆 a l 摆杆初始位置角 0角位移 摆幅 max 杆长l 中心距a 3 凸轮机构曲线轮廓的设计4 绘制凸轮机构工作图 1 从动件运动规律的设计 2 凸轮机构基本尺寸的设计移动从动件 基圆半径rb 偏心距e 摆动从动件 基圆半径rb 凸轮转动中心到从动件摆动中心的距离a及摆杆的长度l 滚子从动件 除上述外 还有滚子半径rr 平底从动件 除上述外 平底长度L 四 凸轮机构的设计任务 3 2从动件常用运动规律 一 基本运动规律二 组合运动规律简介三 从动件运动规律设计 升 停 回 停型 RDRD 升 回 停型 RRD 升 停 回型 RDR 升 回型 RR 运动循环的类型 从动件运动规律的数学方程式 位移 速度 加速度 跃动度 一 基本运动规律 a 2 2c2 6c3 12c4 2 n n 1 cn n 2 一 多项式运动规律 s c0 c1 c2 2 c3 3 cn n v c1 2c2 3c3 2 ncn n 1 式中 为凸轮的转角 rad c0 c1 c2 为n 1个待定系数 j 3 6c3 24c4 n n 1 n 2 cn n 3 s c0 c1 v c1 a 0 1 n 1的运动规律 等速运动规律 0 s 0 s h 等加速等减速运动规律 2 n 2的运动规律 二 余弦加速度规律 三 正弦加速度规律 二 组合运动规律简介 运动规律组合应遵循的原则 1 对于中 低速运动的凸轮机构 要求从动件的位移曲线在衔接处相切 以保证速度曲线的连续 2 对于中 高速运动的凸轮机构 则还要求从动件的速度曲线在衔接处相切 以保证加速度曲线的连续 梯形加速度运动规律 a 改进型等速运动规律 三 从动件运动规律设计 1 从动件的最大速度vmax要尽量小 2 从动件的最大加速度amax要尽量小 3 从动件的最大跃动度jmax要尽量小 从动件常用基本运动规律特性 3 3盘形凸轮机构基本尺寸的确定 一 移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸二 摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 一 移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸的设计 移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 瞬心 1 偏距e的大小和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 偏距不宜取得太大 可近似取为 2 凸轮基圆半径的确定 加大基圆半径 可减小压力角 有利于传力 不足是 同时加大了机构尺寸 因此 原则如下 1 若机构受力不大 要求机构紧凑时 取较小的基圆半径 按许用压力角求 这时 若从动件运动规律已知 即s s 已知 代入上式 可求得一系列rb 取最大者为基圆半径 根据实际轮廓的最小向径rm确定基圆半径rb 校核压力角 根据结构和强度确定基圆半径 2 若机构受力较大 对其尺寸又没有严格的限制 二 摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 整理得 1与 2同向 凸轮的转向 1与从动件的转向 2相反 2 在运动规律和基本尺寸相同的情况下 1与 2异向 会减小摆动从动件盘形凸轮机构的压力角 1 摆动从动件盘形凸轮机构的压力角与从动件的运动规律 摆杆长度 基圆半径及中心距有关 一 图解法设计盘形凸轮机构二 解析法设计盘形凸轮机构 3 4根据预定运动规律设计盘形凸轮轮廓曲线 一 盘形凸轮机构的设计 图解法 1 尖顶移动从动件盘形凸轮机构 2 滚子移动从动件盘形凸轮机构 3 尖顶摆动从动件盘形凸轮机构 O rb 凸轮轮廓曲线设计的基本原理 反转法 偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计 反转法 已知 S S rb e 偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计 反转法 已知 S S rb e rr 理论轮廓 实际轮廓 偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计 反转法 已知 rb L 杆长 a 中心距 摆动从动件盘形凸轮机构 二 盘形凸轮机构的设计 解析法 1 尖顶移动从动件盘形凸轮机构 2 尖顶摆动从动件盘形凸轮机构 3 滚子移动从动件盘形凸轮机构 4 平底移动从动件盘形凸轮机构 x 1 尖顶移动从动件盘形凸轮机构的设计 平面旋转矩阵 尖顶移动从动件盘形凸轮机构 注意 1 若从动件导路相对于凸轮回转中心的偏置方向与x方向同向 则e 0 反之e0 反之 0 2 尖顶摆动从动件盘形凸轮机构 若凸轮逆时针方向转动 则 0 反之 0 3 滚子从动件盘形凸轮机构的设计 rm a 理论轮廓曲线的设计 b 实际轮廓 c 刀具中心轨迹方程 上式中用 rc rr 代替rr即得刀具中心轨迹方程 d 滚子半径的确定 当rr min时 实际轮廓为一光滑曲线 当rr min时 实际轮廓将出现尖点 极易磨损 会引起运动失真 当rr min时 实际轮廓将出现交叉现象 会引起运动失真 内凹的轮廓曲线不存在失真 1 轮廓曲线的设计 4 平底移动从动件盘形凸轮机构的设计 1 基本尺寸的确定 L Lmax L max 4 10 mm Lmax OP max ds d max L为平底总长 Lmax和L max为平底与凸轮接触点到从动件导路中心线的左 右两侧的最远距离 2 凸轮轮廓的向径不能变化太快 2 平底长度的确定 凸轮机构的计算机辅助设计 建立直角坐标系 以凸轮回转中心为原点 y轴与从动件导路平行 凸轮理论廓线方程为 例 一直动偏置滚子从动件凸轮机构 已知rb 50mm rr 3mm e 12mm 凸轮以等角速度逆时针转动 当凸轮转过 1800 从动件以等加速等减速运动规律上升h 40mm 凸轮再转过 1500 从动件以余弦加速度运动规律下降回原处 其余 s 300 从动件静止不动 试用解析法计算 1 600 2 2400时凸轮实际廓线上点的坐标值 解 从动件运动规律 回程 升程 理论廓线上点的坐标 实际廓线上点的坐标 3 5空间凸轮机构 结束 结束 瞬心 作平面相对运动的两构件上在任一瞬时其绝对速度相等的重合点 P12 低副的瞬心 任意平面相对运动都可以分解成2类运动 转动 移动 三心定理 三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬心 且必位于同一条直线上 铰链四杆机构的瞬心 瞬心的总数K 4 4 1 2 6用直接观察法确定瞬心P12 P23 P34 P14 用 三心定理 确定瞬心P13 对于构件1 2 3 P13必在P12和P23的连线上对于构件1 4 3 P13必在P14和P34的连线上上述两条直线的交点就是瞬心P13 同理 可得瞬心P24 P12 P23 P34 P14 P24 P13 相对于凸轮 从动杆的运动可分解为 绕接触点N的转动 转动副 沿N点的切线移动v 移动副 转动副的瞬心为点N 移动副的瞬心为与速度v垂直的直线 综上 凸轮副的瞬心位于过N点的凸轮法线上 同理 可以得出齿轮副的瞬心线 分析 凸轮副的瞬心 P12 P12 高副的瞬心在接触点的公法线上 高副机构的瞬心 顶尖移动从动件凸轮机构的瞬心 活动构件的瞬心P P12 法线n n上仅P点处 凸轮1与从动杆2的速度矢量方向相同 且P点处 凸轮1的线速度为 1 LOP从动杆2的线速度为 V2另外2个瞬心分别为 P13 与O重合 P23 沿OP指向无穷远处 P P13 P23位于同一直线上 A P13 摆动从动件盘形凸轮机构的瞬心 a a b b r2 r1 齿轮机构的瞬心 瞬心线和瞬心线机构 S4为定瞬心线 S2为动瞬心线 动瞬心线将沿定瞬心线作无滑动的滚动 利用瞬心线设计而成的机构叫做瞬心线机构 在机构运动和结构分析中的高副低代 在机构运动分析仅考虑机构的位置 速度和加速度的