第7章 凸轮机构 - 副本幻灯片.ppt

第7章凸轮机构,7-1凸轮机构的应用和分类7-2从动件常用运动规律7-3凸轮轮廓曲线的设计7-4凸轮机构基本尺寸的确定,本章重点:凸轮机构的名词术语从动件的常用运动规律及特点凸轮轮廓的设计基圆半径、滚子半径、压力角等参数的选择,本章难点:基圆半径、滚子半径、压力角等参数的选择,凸轮:具有曲线轮廓的原动件从动杆:运动规律受凸轮限制机架,3机架,2从动件,1凸轮,高副,组成,7-1凸轮机构的应用和类型,h,凸轮机构由凸轮，从动件和机架构成的三杆高副机构。,h,应用一、内燃机配气机构,应用二、绕线机构12,应用三、送料机构,应用四、自动机床上的走刀机构,2)按照从动件形状分类:尖顶、平底、滚子,3)按照从动件运动方式分类:移动、摆动,二、分类,1)按照凸轮形状分类:盘形、移动、圆柱,4）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,凸轮机构的封闭(锁合)方法,力封闭凸轮机构重力封闭弹簧力封闭几何封闭凸轮机构,等宽凸轮,等径凸轮,主回凸轮,凹槽凸轮,注意:必须设法使凸轮与从动件始终保持接触,按从动件的运动分类,按从动件的形状分类,小结,按凸轮的形状分类,7-2从动件的常用运动规律,一、凸轮运动常用术语,基圆：以轮廓的最小向径所作的圆(rmin基圆半径),升程：推程所移动的距离,推程运动角t：与推程对应的凸轮转角。,推程：从动件从离回转中心最近最远的这一过程,回程运动角h：与回程对应的凸轮转角。,一、凸轮运动常用术语,远休止角s:从动件在最远位置不动凸轮转角(BC),近休止角s:从动件最近位置不动的转角(DA),位移2:从动件移动的距离2是时间的函数,圆弧段,圆弧段,1200,1200,600,600,基圆（rmin）以最短向径所作的圆,1200,1200,600,600,rmin,F,E,B,D,1200,1200,600,600,rmin,F,E,B,D,S2,1,1200,1200,0,600,1800,1200,600,3600,3000,S2,1,1200,1200,0,600,1800,1200,600,3600,3000,1200,1200,600,600,rb,F,E,B,D,S2,1,1200,1200,0,600,1800,1200,600,3600,3000,h,升程h推杆的最大位移。其对应的凸轮转角t推程运动角,t,1200,1200,600,600,rb,F,E,B,D,S2,1,1200,1200,0,600,1800,1200,600,3600,3000,h,t,EF段从动件在远处停止，其对应的转角s远休止角。,s,远休止角,推程运动角,1200,1200,600,600,rb,F,E,B,D,S2,1,1200,1200,0,600,1800,1200,600,3600,3000,h,t,DF段从动件回落回程,s,远休止角,推程运动角,1200,1200,600,600,rb,F,E,B,D,S2,1,1200,1200,0,600,1800,1200,600,3600,3000,h,S2,1,1200,1200,0,600,1800,1200,600,3600,3000,h,t,s,h,s,t推程运动角；s远休止角h回程运动角；s近休止角,凸轮机构的运动过程,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t远休止，远休止角s,回程，回程运动角h近休止，近休止角s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或凸轮转角变化关系图,B,C,D,A,重点：如何根据从动件的运动规律（2与1函数关系）作运动线图有几种？特点？,二、从动件的常用运动规律,凸轮的外型由从动件运动规律决定:2与1函数关系曲线,位移方程：速度方程：加速度方程：,多项式运动规律一次多项式运动规律等速运动二次多项式运动规律等加速等减速运动三角函数运动规律余弦加速度运动简谐运动正弦加速度运动摆线运动,常用运动规律：,多项式运动规律,推程段(0t)运动方程,1.等速运动一次多项式运动规律,边界条件:,刚性冲击,一次多项式运动规律等速运动（续）,回程段(0h)运动方程,10mm,在启动与终止段用其它运动规律过渡适于低速、轻载、从动杆质量不大，要求匀速处。,h,例：已知从动件作等速运动,20mm，t120,S40,h120,s80,作运动线图。,取作图比例l,2.二次多项式运动规律-等加速等减速运动,推程段运动方程:,边界条件:,推程加速段:,推程运动方程:,2.二次多项式运动规律-等加速等减速运动,柔性冲击,位移1:4:9,如升程前半行程取=3,1,4,9,升程后半段等减速对应的2X为9:4:1,0,h/2,h,作图:(升程)前半行程(h/2)等加速后半行程(h/2)等减速,位1:4:9:16移16:9:4:1,t,3简谐运动,分析:,点在圆周上作匀速运动时,它在这个圆的直径上的投影所构成的运动。,始点与终点有柔性冲击,中、低速凸轮机构,实际上,从动件在推、回程的运动规律并非要相同。,作图:图7-6,注意:横轴和半圆的等分点一定要相同（不是度数相同）,h,1,s2,4.正弦加速度运动摆线运动,推程运动方程：,运动线图冲击特性：无冲击适用场合：高速凸轮缺点：加速度最大值amax较大，惯性力较大，要求较高的加工精度,a,d,v,d,0,0,012345678,s,d,h,0,7-3凸轮轮廓曲线的设计,相对运动原理（作图法）,反转法：给整个机构加-运动凸轮不动，机架反转，从动件作复合运动,一、设计方法的原理,按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓,凸轮廓线设计的基本原理,相对运动原理法:(运动学反转法):对整个系统施加-w运动,凸轮保持不动推杆作复合运动=反转运动(-)+往复移动(s),二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,1、对心直动尖顶从动件盘形凸轮的设计,3、滚子(对心直动)从动件凸轮的设计,4、平底(对心直动)从动件凸轮的设计,2、偏置直动尖顶从动件凸轮的设计,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-，并等分运动角;(或根据位移方程求出各对应的s)2.画基圆,并等分运动角,并作出对应射线；3.根据推杆位移作出在反转运动中依次占据的位置,求出推杆尖端在反转运动中依次占据的位置点4.将各位置点联接成光滑的曲线,1.对心直动尖顶从动件杆盘形凸轮:,已知:rmin、h、w1、从动杆运动规律,凸轮转角,从动杆运动,0180等速上升h180210远休止210300等速下降300360近休止,解:1.作位移曲线(取比例l),S2,1,0,3600,1800,2100,3000,h,123456789101112,2.等份S2-1图,w1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,3.作基圆(注意比例一致),4.-等分基圆得导轨,5.量取相应位移,6.作轮廓线,注意比例一致,11,2.偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构,已知：rmin，(逆时针),偏距e，运动规律设计：凸轮廓线,步骤：1.取比例尺l,画基圆和偏距圆;2.分析推杆运动规律;3.等分0,并作出对应射线；4.根据推杆位移作出在反转运动中依次占据的位置,求出推杆尖端在反转运动中依次占据的位置点;.,3滚子(对心直动)从动件,按尖顶从动件作凸轮轮廓线0(理论轮廓),理论廓线0,实际廓线,以0各点为圆心作圆(滚子半径为半径),作这些圆的包络线(实际轮廓),已知：rmin，推杆运动规律，滚子半径rr,凸轮逆时针方向转动,动画,4平底(对心直动)从动件,按尖顶从动件作理论轮廓线一系列点A0,A1,A2,.,过各点作作各位置的平底A0B0,A1B1,A2B2.,作这些平底的包络线实际轮廓,w1,注意：平底左右侧的长度,三、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,w1,rmin,LoA,O,A,分析：,摆动推杆盘形凸轮机构设计,已知：rmin，机架长度，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线,解：1.定比例尺l2.初始位置及推杆位移曲线3.确定推杆反转运动占据的各位置4.确定推杆预期运动占据的各位置5.推杆高副元素族6.推杆高副元素的包络线,a有害分力F当a大于一定值,将自锁.一般,推程a=30(直动)3545(摆动)回程a=7080,a,7-4凸轮机构基本尺寸的确定,一、压力角与作用力的关系,F,F,F,o,p,P点为速度瞬心，于是有：,v=lOP1,lOP=v2/1,=ds2/d1,=lOC+lCP,lCP=,lOC=e,lCP=ds2/d1-e,(S2+S0)tg,二、基圆半径的确定,结论1、在最大压力角小于许用压力角的前提下，尽可能选用小的基圆半径。2、为了减小推程压力角，应将从动件导路向相对速度瞬心的同侧偏置,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,2外凸凸轮廓线a=-rrrr，a0，实际廓线平滑=rr，a=0，实际廓线变尖rr，arr,a=-rr0,rr,三、滚子半径的选择,动画,课堂练习,小结1.基本概念:术语:推程,回程,推程(回程)运