机械原理与设计凸轮机构

第3章凸轮机构,31凸轮机构的应用和类型,32从动件的常用运动规律,33凸轮机构的压力角,34图解法设计凸轮的轮廓,35解析法设计凸轮的轮廓,自用盘编号JJ321002,31凸轮机构的应用和类型,结构：三个构件、（凸轮、从动件、机架）、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。,作用：将连续回转=从动件直线移动或摆动。,优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。,缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。,自用盘编号JJ321002,自用盘编号JJ321002,应用：内燃机、牙膏生产等自动线、补鞋机、配钥匙机等。,分类：1)按凸轮形状分：盘形、移动、圆柱凸轮(端面)。,2)按推杆形状分：尖顶、滚子、平底从动件。,特点：尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；,滚子磨损小，应用广；,平底受力好、润滑好，用于高速传动。,实例,3).按推杆运动分：直动(对心、偏置)、摆动,4).按保持接触方式分：力封闭（重力、弹簧等）,内燃机气门机构,机床进给机构,几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮),自用盘编号JJ321002,r1+r2=const,主回凸轮,等宽凸轮,优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。,缺点：线接触，容易磨损。,自用盘编号JJ321002,绕线机构,应用实例：,自用盘编号JJ321002,自用盘编号JJ321002,送料机构,自用盘编号JJ321002,32推杆的运动规律,凸轮机构设计的基本任务:1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;,名词术语：,一、推杆的常用运动规律,基圆、,推程运动角、,基圆半径、,推程、,远休止角、,回程运动角、,回程、,近休止角、,行程。一个循环,而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。,2)推杆运动规律;,3)合理确定结构尺寸;,4)设计轮廓曲线。,自用盘编号JJ321002,运动规律：推杆在推程或回程时，其位移S、速度V、和加速度a随时间t的变化规律。,形式：多项式、三角函数。,S=S(t)V=V(t)a=a(t),自用盘编号JJ321002,边界条件：凸轮转过推程运动角0从动件上升h,一、多项式运动规律,一般表达式：s=C0+C1+C22+Cnn(1),求一阶导数得速度方程：v=ds/dt,求二阶导数得加速度方程：a=dv/dt=2C22+6C32+n(n-1)Cn2n-2,其中：凸轮转角，d/dt=凸轮角速度,Ci待定系数。,=C1+2C2+nCnn-1,凸轮转过回程运动角0从动件下降h,自用盘编号JJ321002,1.等速运动运动规律,在推程起始点：=0，s=0,代入得：C00，C1h/0,推程运动方程：sh/0,vh/0,在推程终止点：=0，s=h,刚性冲击,s=C0+C1+C22+Cnn,v=C1+2C2+nCnn-1,a=2C22+6C32+n(n-1)Cn2n-2,同理得回程运动方程：sh(1-/0),v-h/0,a0,a0,自用盘编号JJ321002,2.等加等减速（二次多项式）运动规律,位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。,推程加速上升段边界条件：,起始点：=0，s=0，v0,中间点：=0/2，s=h/2,求得：C00，C10，C22h/02,加速段推程运动方程为：,s2h2/02,v4h/02,a4h2/02,自用盘编号JJ321002,推程减速上升段边界条件：,终止点：=0，s=h，v0,中间点：=0/2，s=h/2,求得：C0h，C14h/0，C2-2h/02,减速段推程运动方程为：,sh-2h(-0)2/02,v-4h(-0)/02,a-4h2/02,柔性冲击,自用盘编号JJ321002,3.五次多项式运动规律,位移方程：s=10h(/0)315h(/0)4+6h(/0)5,s,v,a,无冲击，适用于高速凸轮。,自用盘编号JJ321002,二、三角函数运动规律,1.余弦加速度(简谐)运动规律,推程：sh1-cos(/0)/2,vhsin(/0)/20,a2h2cos(/0)/202,回程：sh1cos(/0)/2,v-hsin(/0)/20,a-2h2cos(/0)/202,在起始和终止处理论上a为有限值，产生柔性冲击。,自用盘编号JJ321002,2.正弦加速度（摆线）运动规律,无冲击,自用盘编号JJ321002,正弦改进等速,三、改进型运动规律,将几种运动规律组合，以改善运动特性。,自用盘编号JJ321002,设计凸轮机构时，除了要求从动件能实现预期的运动规律外，还希望凸轮机构结构紧凑，受力情况良好。而这与压力角有很大关系。,定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角,F”，,若大到一定程度时，会有：,机构发生自锁。,33凸轮机构的压力角,一、压力角与作用力的关系,不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。,F-有用分力,沿导路方向,F”-有害分力，垂直于导路,F”=Ftg,F一定时，,FfF,为了保证凸轮机构正常工作，要求：,rT,arT,rT,arT0,rT,arTrT,自用盘编号JJ321002,对心直动平底从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,作平底直线族的内包络线。,4.对心直动平底从动件盘形凸轮,自用盘编号JJ321002,对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。,可通过增大rmin解决此问题。,自用盘编号JJ321002,摆动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度，摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。,三、摆动从动件盘形凸轮机构,自用盘编号JJ321002,35解析法设计凸轮的轮廓,从图解法的缺点引出解析法的优点,结果：求出轮廓曲线的解析表达式-,已知条件：e、rmin、rT、S=S()、及其方向。,理论轮廓的极坐标参数方程：,原理：反转法。,=+0,tg0=e/S0,tg=e/(S+S0),即B点的极坐标,(+0),(+),=,参数方程。,自用盘编号JJ321002,其中：tg=,实际轮廓方程是理论轮廓的等距曲线。由高等数学可知：等距线对应点具有公共的法线。,T=+,实际轮廓上对应点的T位置：,位于理论轮廓B点法线n-n与滚子圆的交线上。,T点的极坐标参数方程为：,由图有：=+,直接引用前面的结论,自用盘编号JJ321002,