凸轮机构及其设计(1).ppt

第四章凸轮机构及其设计 主要内容1从动件的运动规律2凸轮机构的设计3凸轮机构基本尺寸的确定 一 凸轮机构的应用二 凸轮机构的分类三 凸轮机构的设计任务 4 1凸轮机构的应用和分类 1 凸轮机构 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件 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 2 凸轮机构的应用 内燃机配气凸轮机构 盘形凸轮机构在印刷机中的应用 等经凸轮机构在机械加工中的应用 利用分度凸轮机构实现转位 圆柱凸轮机构在机械加工中的应用 进刀凸轮机构 冲压机 3 凸轮机构的优点 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 4 缺点 从动件与凸轮接触应力大 易磨损 凸轮轮廓加工困难 从动件的行程不能过大 5 用途 载荷较小的运动控制 二 凸轮机构的类型1 按凸轮的形状分类 盘形凸轮 最基本的形式 结构简单 应用最为广泛移动凸轮 凸轮相对机架做直线运动圆柱凸轮 空间凸轮机构 盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮 2 按从动件的形状分类 尖端从动件 曲面从动件 尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触 从而使从动件实现任意的运动规律 但尖端处极易磨损 只适用于低速场合 磨损比尖端从动件小 滚子从动件 平底从动件 凸轮与从动件之间为滚动摩擦 因此摩擦磨损较小 可用于传递较大的动力 从动件与凸轮之间易形成油膜 润滑状况好 受力平稳 传动效率高 常用于高速场合 但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸 3 按从动件的运动形式分类 移动从动件摆动从动件 移动从动件 从动件作往复移动 其运动轨迹为一段直线 摆动从动件 从动件作往复摆动 其运动轨迹为一段圆弧 4 按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类 1 力锁合 弹簧力 从动件重力或其它外力 2 型锁合 利用高副元素本身的几何形状 槽凸轮机构槽两侧面的距离等于滚子直径 优点 锁和方式结构简单缺点 加大了凸轮的尺寸和重量 等宽凸轮机构凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架内侧的宽度 缺点 从动件的运动规律的选择受到一定的限制 当180 范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确定后 其余180 内的凸轮廓线必须符合等宽原则 等径凸轮机构两滚子中心间的距离始终保持不变 缺点 从动件运动规律的选择受到一定的限制 主回凸轮机构 共轭凸轮机构 优点 克服了等宽 等径凸轮的缺点缺点 结构复杂 制造精度要求高 一个凸轮推动从动件完成正行程运动 另一个凸轮推动从动件完成反行程的运动 三 凸轮机构的设计任务 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 4 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 h 一 凸轮机构的工作原理 基圆 推程运动角 远休止角 近休止角 回程运动角 升 停 回 停型 升 回 停型 升 停 回型 升 回型 运动循环的类型 基本运动规律1 等速运动 特点 速度有突变 加速度理论上由零至无穷大 从而使从动件产生巨大的惯性力 机构受到强烈冲击 刚性冲击适应场合 低速轻载 2 等加速等减速 抛物线 运动 特点 加速度曲线有突变 加速度的变化率 即跃度j 在这些位置为无穷大 柔性冲击适应场合 中速轻载 3 简谐运动 余弦加速度运动 当质点在圆周上作匀速运动时 它在该圆直径上的投影所构成的运动规律 简谐运动 特点 有柔性冲击适用场合 中速轻载 当从动件作连续运动时 可用于高速 4 摆线运动 简介 半径R h 2 的滚圆沿纵座标作纯滚动 圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律 摆线运动 特点 无刚性 柔性冲击适用场合 适于高速 5 3 4 5多项式运动 简介 特点 无刚性冲击 柔性冲击适用场合 高速 中载 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 二 组合运动规律 梯形加速度运动规律 a 三 从动件运动规律设计1 常用运动规律性能比较 2 从动件运动规律的选择原则考虑因素 对运动规律的要求凸轮的转速 动力特性和便于加工 4 3按给定运动规律设计凸轮轮廓曲线 作图法 一 直动从动件盘形凸轮机构 作图法 1 尖底直动从动件盘形凸轮机构 2 滚子直动从动件盘形凸轮机构 3 摆动从动件盘形凸轮机构 凸轮轮廓的设计基本原理 反转法 反转后 从动件尖端的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线 1 尖底直动从动件盘形凸轮机构 凸轮轮廓曲线设计的基本原理 反转法 O rb 2 滚子从动件 滚子中心将描绘一条与凸轮廓线法向等距的曲线 理论廓线 Rb指的是理论廓线的基圆 偏置滚子直动从动件凸轮轮廓曲线设计 反转法 已知 S S rb e rT 作内包络线 得到凸轮的实际廓线 若同时作外包络线 可形成槽凸轮廓线 3 平底从动件 取平底从动件表面上的点B0作为假想的尖端从动件的尖端 为了保证在所有位置从动件平底都能与凸轮轮廓曲线相切 凸轮廓线必须是外凸的 2 摆动从动件盘形凸轮 摆动从动件盘形凸轮机构 已知 rb L a 4 5凸轮机构基本尺寸的确定4 1移动滚子从动件盘形凸轮 1 压力角与许用值 2 凸轮基圆半径的确定 基圆半径越大 压力角越小 但结构尺寸较大 3 从动件偏置方向的选择 凸轮逆时针回转 从动件右偏置凸轮顺时针回转 从动件左偏置 4 凸轮轮廓形状与滚子半径的关系外凸凸轮廓线 实际廓线出现尖点 实际廓线出现交叉 从动件不能准确地实现预期的运动规律 运动失真 内凹凸轮廓线 无论滚子半径多大 总能由理论轮廓求出实际轮廓 运动失真原因 避免方法 滚子半径的选择考虑结构 强度与运动规律等因素 4 2移动平底从动件盘形凸轮 凸轮出现过度切割的现象 从动件无法完全实现预期的运动规律 原因 图示可能产生内凹 包络线相交 加工时包络线交点左侧的轮廓曲线被切除 产生运动失真 不产生失真必须保证轮廓曲线为外凸 减小升程h 增大基圆rb 增大偏心e 运动失真基圆半径的确