第03章凸轮机构设计(新)

第三章 凸轮机构设计 以圣人之道奋始易以圣人之道克终难 一 凸轮机构的组成及其特点 凸轮1 当凸轮作等速转动时 迫使从动件完成某种预期的运动 凸轮 cam 1 从动件 follower 2 或称推杆 机架 frame fixedlinkage 3 优点 结构紧凑设计便 复杂运动能实现 二 凸轮机构的特点 1 凸轮机构的类型选择 2 从动件常用运动规律设计 3 用作图法设计凸轮轮廓曲线 缺点 传力不大较易磨 行程较小自控件 4 凸轮机构基本尺寸的确定 凸轮机构基本尺寸的确定 平面凸轮轮廓曲线的设计 难点 用反转法设计平面凸轮轮廓曲线 多用在传递动力不大的各种自动机械 仪表及自动控制装置中 如 3 1凸轮机构的应用和分类 一 凸轮机构的应用 内燃机的配气凸轮机构 缝纫机的凸轮拉线机构 粉料压片机机构系统图 1 移动料斗4 装入粉料 2 下冲头5下沉 防止粉料抖出 3 上 下冲头对粉料加压 4 上冲头退出 下冲头顶出药片 粉料压片机机构 二 凸轮机构的分类 一 按凸轮的形状分 盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮 二 按从动件上高副元素的几何形状分 尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件 三 按从动件的运动分 摆动从动件 偏置移动从动件 对心移动从动件 摆动从动件 移动从动件 偏置移动从动件 对心移动从动件 力锁合 内燃机凸轮与挺杆依靠弹簧力保持接触 等宽凸轮 等径凸轮 等宽凸轮 等径凸轮 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 分类小结 为满足凸轮机构的输出件提出的运动要求 动力力要求等 凸轮机构的设计包括以下四方面内容 1 从动件运动规律的设计 2 凸轮机构基本尺寸的设计 3 凸轮机构轮廓曲线的设计 4 绘制凸轮机构工作图 三 凸轮机构的设计任务 一 凸轮机构工作时的运动情况及基本术语 3 2从动件常用的运动规律 凸轮的基圆 以凸轮的最小向径r0所作的圆称为基圆 推程运动角 t 从动件推程过程 对应凸轮转角称为推程运动角 近休止角 s 推杆在最低位置静止不动 凸轮相应的转角 远休止角 s 推杆在最高位置静止不动 凸轮相应的转角 回程 从动件从距离凸轮回转中心最远位置到起始位置 从动件移向凸轮轴线的行程 称为回程 对应凸轮转角 h称为回程运动角 推程 从动件从距离凸轮回转中心最近位置到距离凸轮回转中心最远位置的过程 称为推程 相应移动的距离h称为行程 从动件在运动起始和终止两瞬时的加速度在理论上由零值突变为无穷大 惯性力也为无穷大 由此的冲击称为刚性冲击 适用于低速场合 常数 a 0 凸轮开始或停止转动时 二 基本运动规律 二 等加速等减速运动规律 适用于中 低速场合 在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处 加速度变化为有限值 由此引起的冲击称为柔性冲击 常数 等加速等减速运动规律从动件位移曲线绘制方法 若已知h 1 2 3 1 2 3 3 余弦加速度 简谐 运动规律 特点 存在柔冲击 位置 发生在运动的起始点和终止点 a p2hw2cos pd d0 2d20 4 正弦加速度 摆线 运动规律 特点 既无柔性更无刚性冲击 摆线 a 2phw2sin 2pd d0 d20 3 3凸轮轮廓曲线的设计 一 对心式凸轮机构凸轮廓线的设计1 尖顶从动件1 凸轮机构相对运动分析 凸轮上的观察结果 机架上的观察结果 2 反转法原理 二 移动从动件盘型凸轮机构设计 作图法 一 尖顶移动从动件盘型凸轮机构 1 按已设计好的运动规律作出位移线图 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 二 滚子从动件盘型凸轮机构 滚子从动件盘型凸轮机构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 2 以理论轮廓为圆心 滚子半径rS为半径画圆 再画滚子圆族的包络线 则为从动件凸轮的工作轮廓曲线 称为实际轮廓曲线 注意 1 理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线 2 凸轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的最小向径 三 摆动 oscillating 从动件盘形凸轮轮廓设计 B0 1 从动件的运动为绕某一固定点的摆动 2 从动件的位移为角位移 而不是直线位移 二 尖顶摆动从动件盘形凸轮机构设计 尖顶摆动从动件盘形凸轮机构设计方法及步骤 1 作出角位移线图 2 作初始位置 4 找从动件反转后的一系列位置AiBi 再按角位移规律得C1 C2 等点 即为凸轮轮廓上的点 3 按 方向划分圆R得A0 A1 A2 等点 即得机架反转的一系列位置 3 4设计凸轮机构基本尺寸的确定 一 压力角与凸轮基圆半径 1 压力角 法向力Fn与从动件运动方向之间所夹的锐角 则FY FX 设计时应使 max 许用压力角的推荐值 对于移动从动件 30 38 对于摆动从动件 40 45 非工作行程 可在70 80 之间选取 2 基圆半径的确定 若结构尺寸无严格限制 为减少压力角 可适当取较大的基圆半径 r0 1 8r 4 10 mm 二 滚子半径的确定 min rS min rS min rS 建议 rS 0 8 min 或rS 0