第3章 凸轮机构---2

第3章凸轮机构 基本要求 了解凸轮机构的类型及特点掌握从动件常用运动规律的特点熟练掌握反转法原理并进行凸轮机构设计 重点凸轮机构的特点和应用 从动件常用运动规律及特点 凸轮廓线的图解设计 凸轮机构的工程应用案例 自动送料机构 内燃机配气机构 绕线机构 录音机卷带机构 自动车床上的走刀机构 分度转位机构等 分度转位机构等 靠模机构 进刀机构 录音机卷带机构 3 1凸轮机构的组成及分类 动画 凸轮是由三个构件组成的一种高副机构 凸轮cam 具有曲线轮廓或凹槽的构件推杆 从动件follower 运动规律由凸轮廓线和运动尺寸决定机架frame 凸轮 外型按一定运动规则建立起来的构件 对从动件运动起着决定性作用 优点 可实现各种复杂的运动要求 结构简单 紧凑 缺点 点 线接触 易磨损 不适合高速重载 适合传递运动 不宜传递动力 特点 1按凸轮的形状分 盘形凸轮凸轮呈向径变化的盘形结构简单 应用最广泛移动凸轮凸轮呈板型 直线移动 圆柱凸轮空间凸轮机构凸轮轮廓做在圆柱体上空间运动 注意 设法使凸轮与从动件始终保持接触 重力 弹簧力 凸轮上的凹槽 凸轮机构的分类 2按从动件的形状分 1 尖顶推杆结构简单 且尖顶始终能够与凸轮轮廓保持接触 可实现复杂的运动规律易磨损 接触应力很高 只宜用于轻载 低速 2 滚子推杆耐磨 承载大 较常用 3 平底推杆接触面易形成油膜 利于润滑 常用于高速运动不能与具有内凹轮廓的凸轮配对使用 也不能与移动凸轮和圆柱凸轮配对使用 3按从动件的运动形式分 直动推杆往复移动轨迹为直线 摆动推杆往复摆动轨迹为圆弧 直动推杆 摆动推杆 4按从动件的布置形式分 对心直动推杆 偏置直动推杆 5一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 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构 偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构 摆动平底推杆盘形凸轮机构 凸轮机构的组成 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件 凸轮通常作等速转动 但也有作往复摆动或移动的 从动件是被凸轮直接推动的构件 凸轮机构就是由凸轮 从动件和机架三个主要构件所组成的高副机构 凸轮机构的特点 1 优点 只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线 就可以使推杆得到各种预期的运动规律 且机构简单紧凑 2 缺点 凸轮廓线与推杆之间为点 线接触 易磨损 所以凸轮机构多用在传力不大的场合 小结 一 凸轮机构的运动过程二 推杆常用运动规律三 几种常用运动规律的比较四 选择运动规律应注意的问题五 常用运动规律的选择 3 2从动件的常用运动规律 一 凸轮机构的运动过程 从动件的运动规律是指从动件的位移 速度 加速度等随时间t或凸轮转角j变化的规律基圆 以凸轮轮廓最小向径所组成的圆 基圆半径rmin推程 推程运动角远休止 远休止角 回程 回程运动角近休止 近休止角行程 升程 h运动线图 从动件的位移 速度 加速度等随时间t或凸轮转角j变化关系图 B C D A 动画 二 推杆常用运动规律 1等速运动2等加速等减速运动3简谐运动 从动件位移S与凸轮转角j之间的关系曲线称为从动件位移线图 从动件的位移线图取决于凸轮轮廓曲线的形状 即 从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同的轮廓曲线 从动件的运动规律是指从动件的位移 速度 加速度等随时间t或凸轮转角变化的规律 1等速运动 一次多项式运动规律 推程 0 运动方程 位移方程 速度方程 加速度方程 运动线图冲击特性 始点 末点刚性冲击适用场合 低速轻载 等速运动 续 回程运动方程 位移方程 速度方程 加速度方程 运动线图冲击特性 始点 末点刚性冲击适用场合 低速轻载 Acceleration 10mm 作运动线图 推程运动时间 h 例 已知从动件作等速运动 20mm 120 s 40 120 s 80 作运动线图 取作图比例 l 2等加速等减速运动 二次多项式运动规律 推程运动方程 运动线图冲击特性 起 中 末点柔性冲击适用场合 低速轻载 每一行程 推程或回程 的前半行程作等加速运动 后半行程作等减速运动 a h 012345678 1 2 3 4 5 6 7 8 S V 012345678 phw 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 p2hw2 2 2 0 1 2 3 4 5 6 012345678 7 8 特点 加速度变化连续平缓 始 末点有柔性冲击 适于中低速 中轻载 3简谐运动规律 余弦加速度运动规律 1 没有任何要求 轻载 小行程 手动 可用圆弧或偏心圆 2 低速 轻载 要求等速 等位移 可用等速运动规律 3 中低速 中轻载 可用等加减速或余弦加速度运动规律4 较高速 轻载 可用正弦加速度运动规律5 组合型 6 多项式运动规律 三 常用运动规律的选择 3 4凸轮轮廓的图解设计 确定了从动件运动规律后 就可根据所允许的空间和其它要求来绘制凸轮的轮廓曲线了 解析法解析法精度高 可借助计算机进行辅助设计 与数控加工设备结合后可实现无图纸加工 是目前常用的方法 该方法的缺点是不直观 要求初学者有较好的数学基础 图解法精度低 但直观简便 有助于帮助初学者掌握设计理论和方法 工作时凸轮是运动的 要绘制凸轮轮廓就需要凸轮与图纸相对静止 为此 在图解设计中采用反转法 反转法原理 对整个系统施加 w运动 此时 凸轮保持不动推杆作复合运动 反转运动 预期运动 s 一 作图法设计凸轮廓线 作图步骤 1根据从动件的运动规律 作出位移线图S 并等分角度2定基圆3作出推杆在反转运动中依次占据的位置4据运动规律 求出从动件在预期运动中依次占据的位置5将两种运动复合 就求出了从动件尖端在复合运动中依次占据的位置点6将各位置点联接成光滑的曲线7在理论轮廓上再作出凸轮的实际轮廓 1对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构2对心直动滚子推杆盘形凸轮机构3对心直动平底推杆盘形凸轮机构4偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构5摆动推杆盘形凸轮机构6小结 1 对心直动尖顶移动从动杆 反转法原理 例 已知 min h w 逆 从动杆运动规律和凸轮相应转角 解 1 以mS 作位移曲线 S 0 3600 1800 2100 3000 h 12345678910 w 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 S 0 3600 1800 2100 3000 h 12345678910 2 以同样的mS作凸轮廓线 设计步骤 1 作位移线图 分成若干等份 2 以rmin半径作基圆 与导路相交于0 3 自A0沿与角速度相反方向取角度 并将它们分成与位移图对应的若干等份 4 量取各个位移 得反转后尖顶的一系列位置 将这些点连成光滑的曲线 便得到所要求的凸轮轮廓 理论廓线 实际廓线 以 各点为圆心作圆 滚子半径为径 作这些圆的包络线 实际轮廓 2 对心直动滚子推杆盘形凸轮机构 按尖顶从动件作凸轮轮廓线 理论轮廓 n n 过各点作各位置的平底A0B0 A1B1 A2B2 作这些平底的包络线 实际轮廓 w1 3 对心直动平底从动件 按尖顶从动件作理论轮廓线一系列点A0 A1 A2 4 偏置尖顶移动从动杆例 已知 min h e w的方向 凸轮转角 从动杆运动规律 0 180 等速上升h180 210 远休止角210 300 等速下降h300 360 近休止角 解 1 以mS 作位移曲线 2 以同样的mS作凸轮廓线 w 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 偏置滚子移动从动杆 从动杆运动规律和凸轮相应转角 w1 rmin LoA A0 A1 A2 A3 O A O 6 摆动从动杆盘形凸轮轮廓的绘制 已知 rmin LOA w1 从动件长LAB 从动杆运动规律 A0 A1 A2 A3 A4 A5 w1 21 22 23 LAB 解 1 作位移曲线 2 等份 图 3 作基圆 4 等份基圆得从动杆的回转中心 5 量取相应转角 6 作轮廓线 0 12345678910 B0 B1 B2 O B3 3 4凸轮机构基本尺寸的确定 一 滚子半径的选择二 压力角三 基圆半径的确定 实际廓线曲率半径 a理论廓线曲率半径 滚子半径 rr1内凹凸轮廓线 a rr理论廓线最小结论 无论滚子半径多大 总能由理论廓线得到实际廓线 一 滚子半径的选择 2外凸凸轮廓线 a rr rr a 0 实际廓线平滑 rr a 0 实际廓线变尖 rr a 0 实际廓线出现交叉 切割 运动失真 a rr 0 a rr rr a rr 0 rr a rr 0 rr 动画 r过小 滚子及滚子销的强度会不够 结论 内凹凸轮廓线 滚子半径无限制外凸凸轮廓线 理论轮廓的最小曲率半径大于滚子半径 即 min rr实际设计时 应保证 amin min rr a 3 5mm 一般 r 0 1 0 5rmin 且r 0 8rmin并使rmin 1 5mm 1 压力角a与驱动力P a a P 当a大于一定值 将自锁 一般 推程 a 30 移动 35 45 摆动 回程 a 70 80 2 压力角a与效率ha h a 过大将造成滑脱 二 凸轮机构的压力角 3 偏置方向与压力角 凸轮逆时针转动 从动杆应右偏置 凸轮顺时针转动 从动杆应左偏置 基圆半径选择的前提 max 基圆越大 凸轮推程廓线越平缓 基圆越小 凸轮推程廓线越陡峭 磨损加剧 甚至引起机构自锁 三 基圆半径的确定 基圆r0越小 结构紧凑 经验选择 rmin r毂 rT 3 5 mm 其中 轮毂半径 r毂 1 75r孔 5 7 mm r0 r孔 rT r毂 3 5 习题 例题1 已知 凸轮逆