机械设计基础第3章 凸轮机构幻灯片.ppt

第次课授课计划机械设计基础课程环境本071-2班级09年9月21日,第3章凸轮机构及其设计,31凸轮机构的应用和类型,32从动件的常用运动规律,34图解法设计凸轮轮廓,33凸轮机构的压力角,31凸轮机构的应用和类型,一、凸轮机构的特点和应用,1、组成：,2、特点：,结构简单、紧凑；可精确实现从动件任意的运动规律；设计方法简单；高副接触易磨损；制造较连杆机构困难。,3、应用：用于实现运动规律有特殊要求，载荷不大、行程较小的场合，广泛用于各种机械，特别是控制装置、仪器仪表、自动机械中。,31凸轮机构的应用和类型,从动件运动形式分,按运动形式分,直动从动件,对心直动从动件,偏置直动从动件,摆动从动件,1)直动推杆。即往复直线运动的推杆。在直动推杆中，若其轴线通过凸轮的回转轴心，则称其为对心直动推杆，否则称为偏置直动推杆。2)摆动推杆。即作往复摆动的推杆,分为：摆动尖顶推杆、摆动滚子推杆和摆动平底推杆。,31凸轮机构的应用和类型,1、按凸轮的形状分,盘形凸轮,盘状凸轮：凸轮的最基本型式。这种凸轮是一个绕固定轴线转动并且具有变化半径的盘形零件,31凸轮机构的应用和类型,31凸轮机构的应用和类型,移动凸轮,移动凸轮：当盘状凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮,31凸轮机构的应用和类型,圆柱凸轮,圆柱凸轮：将移动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮,31凸轮机构的应用和类型,盘形凸轮和移动凸轮与从动件之间的相对运动为平面运动；而圆柱凸轮与从动件之间的相对运动为空间运动，所以前两者属于平面凸轮机构，后者属于空间凸轮机构。,31凸轮机构的应用和类型,2、按从动件的运动形式和接触形式分,尖端从动件,滚子从动件,平底从动件,31凸轮机构的应用和类型,接触形式比较,结构紧凑，能与任意形状的轮廓接触，实现任意运动规律。,易磨损，承载能力低,低速、轻载,耐磨损,结构复杂,中载，应用最广,易形成油膜，润滑好，耐磨损；=C，一般=0，受力好，效率高,凸轮廓线不能内凹，运动规律受限制,高速,31凸轮机构的应用和类型,3、按凸轮与从动件保持接触的方法分,力封闭：重力、弹簧力,重力封闭,弹簧力封闭,31凸轮机构的应用和类型,3、按凸轮与从动件保持接触的方法分,力封闭：重力、弹簧力,几何封闭：凹槽、等宽、等径、主回,凹槽凸轮机构:其凹槽两侧面间的距离等于滚子的直径，故能保证滚子与凸轮始终接触。显然这种凸轮只能采用滚子从动件。,31凸轮机构的应用和类型,等宽凸轮,31凸轮机构的应用和类型,r1+r2=const（常数）,等径凸轮机构和等宽凸轮机构:其从动件上分别装有相对位置不变的两个滚子和两个平底，凸轮运动时，其轮廓能始终与两个滚子或平底同时保持接触。显然，这两种凸轮只能在1800范围内自由设计其廓线，而另1800的凸轮廓线必须按照等径或等宽的条件来确定，因而其从动件运动规律的自由选择受到一定限制,31凸轮机构的应用和类型,几何封闭的优缺点：,免除弹簧附加的力，效率较高；机构外廓尺寸较大，设计较复杂。,主回凸轮也称共轭凸轮,共轭凸轮机构:利用固定在同一轴上但不在同一平面内的主、回两个凸轮来控制一个从动件，主凸轮驱使从动件逆时针方向摆动；而回凸轮驱使从动件顺时针方向返回。,2、偏置距e,偏置圆,3、行程h（或max）从动件的最大位移（或角位移）,1、基圆半径rmin凸轮转动中心到轮廓曲线的最短距离,32从动件的运动规律,一、名词术语,rmin,rmin,32从动件的运动规律,4、运动过程,推程,推程运动角,升h,远休止程,远休止角,停止,回程,回程运动角,降h,近休止程,近休止角,停止,位移曲线,动画,32从动件的运动规律,32从动件的运动规律,二、从动件常用运动规律,1、等速运动规律,边界条件：,在行程的始、末点，速度有突变，a，惯性力很大，引起刚性冲击；适用于低速。,讨论,方程：,32从动件的运动规律,回程,二、从动件常用运动规律,1、等速运动规律,边界条件：,在行程的始、末点，速度有突变，a，惯性力很大，引起刚性冲击；适用于低速。,讨论,第8次课授课计划机械设计基础课程环境本071-2班级09年9月24日,一、凸轮廓线设计方法的基本原理,基本方法：反转法,给整个凸轮机构施以“-”时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。,3图解法设计凸轮轮廓,基本问题：已知：rmin、（方向）、e（大小、方向），从动件的类型及运动规律，求凸轮廓线。,凸轮-静止,机架-以“-”绕o点转动,从动件,随机架以“-”反转,相对机架按s=f()运动,反转法,显然：反转后迹点的轨迹即是凸轮的理论廓线。,已知：rmin，（方向），e，s=f()，设计凸轮廓线,1.直动尖顶从动件盘形凸轮,二、用作图法设计凸轮廓线,S-线图,s,l,2、直动滚子从动件盘形凸轮,已知：rmin，（方向），e，rr，s=f()，设计凸轮廓线。,S-线图,s,2、直动滚子从动件盘形凸轮,理论廓线,以理论廓线上各点为圆心，作滚子圆族，其包络线即为实际廓线。,实际廓线,已知：rmin，（方向），e，rr，s=f()，设计凸轮廓线。,动画,S-线图,s,l,3、对心直动平底从动件盘形凸轮,已知：rmin，（方向），s=f()，设计凸轮廓线。,在理论廓线上各点作出相应的平底直线族，其包络线即为实际廓线。,动画,S-线图,4、摆动从动件盘形凸轮机构,已知：rmin，（方向），机架长LOA，摆杆长LAB，=f()，设计凸轮廓线。,-线图,4、摆动从动件盘形凸轮机构,已知：rmin，（方向），机架长LOA，摆杆长LAB，=f()，设计凸轮廓线。,讨论,若为滚子从动件，则作滚子圆族的包络线为实际廓线；,若为平底从动件，则作平底族的包络线为实际廓线；,反转角度的度量摆杆中心A绕O的转角；,一、凸轮机构中的压力角与作用力的关系,压力角：不计摩擦时，从动件受力方向与速度方向的夹角。也就是接触处法线方向与从动件运动方向的夹角,17,F=Ftan,F一定，F,甚至自锁,max,=30直动,=45摆动,P与e在轮心O点的同侧，取“”，异侧取“”。,讨论,与s有关，各点不同；与e的大小和方位有关；当s、ds/d、e一定时，,二、凸轮机构中的压力角与基圆半径rmin的关系,偏置的目的：减小推程压力角,确定r0的原则：,在结构尺寸允许的条件下，尽可能使减小；在不超过的条件下，选较小的r0。,确定r0的方法,初选r0验算方法：初选r0，计算出各点的，使max；,由求出r0min的图解安全区法；,诺模图法。,根据计算设计法：,在上式中代入的一系列值，可求出对应的一系列r0值r01、r02、r0n，应使：,三、滚子半径的确定,设：,当理论廓线内凹时，,当理论廓线外凸时，,轮廓变尖,轮廓失真,为避免运动失真，常取：,或,min的求法：,图解近似确定-三圆法,解析法逐点计算、比较，确定min。,注意,从结构、强度方面考虑，滚子半径rT不能太小，通常取,若rT不能减小而又出现运动失真，怎么办？,举例,例、图示凸轮机构中，从动件的起始上升点为C0点，试标出从