2014 06凸轮机构11.ppt

第六章凸轮机构及设计,主要研究内容：1.了解凸轮机构的类型及各类凸轮机构的特点和适用场合；2.熟悉凸轮机构的几种常用的从动件运动规律；3.熟练掌握反转法原理，并能根据这一原理设计各类凸轮的轮廓曲线；4.掌握凸轮机构基本尺寸的确定原则。,学时分配：56学时,61凸轮机构的应用和分类,62推杆的运动规律,63凸轮轮廓曲线的设计,64凸轮机构基本尺寸的确定,第六章凸轮机构及设计,结构特点：三个构件、盘（柱）状曲线轮廓、从动件呈杆状。,作用：将凸轮的连续回转转变为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。,1)按凸轮形状分：盘形、移动、圆柱凸轮(端面)。,应用：内燃机、牙膏生产等自动线、补鞋机、配钥匙机等。,分类：,2)按推杆形状分：尖顶、滚子、平底从动件。,3).按推杆运动分：直动(对心、偏置)、摆动,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。,4).按保持接触方式分：力封闭（重力、弹簧等）几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮),R字机构,61凸轮机构的应用和分类,内燃机气门机构靠弹簧力封闭,机床进给机构几何形状封闭,r1+r2=const,凹槽凸轮,主回凸轮,等宽凸轮,等径凸轮,绕线机构,应用实例：,凸轮机构设计的基本任务是根据工作要求选定凸轮机构的形式、推杆运动规律、合理确定结构尺寸、设计轮廓曲线。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。,名词术语：,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。,分类：多项式、三角函数。,S=S(t)V=V(t)a=a(t),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,62推杆的运动规律,边界条件：凸轮转过推程运动角0从动件上升h凸轮转过回程运动角0从动件下降h,1.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,边界条件：,s=C0+C1,v=ds/dt=C1,a=dv/dt=0,a)一次多项式（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/0a=0,在推程终止点：=0，s=h,刚性冲击,同理得回程运动方程：sh(1-/0),v-h/0,a0,b)二次多项式（等加等减速）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,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,v4h/02,a4h2/02,v-4h(-0)/02,a-4h2/02,柔性冲击,50分,c)五次多项式运动规律,s=C0+C1+C22+C33+C44+C55,v=ds/dt=C1+2C2+3C32+4C43+5C54,a=dv/dt=2C22+6C32+12C422+20C523,边界条件：,起始点：=0，s=0，v0，a0,终止点：=0，s=h,v0，a0,求得：C0C1C20,C310h/03,C415h/04,C56h/05,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。,2.三角函数运动规律,a)余弦加速度（简谐）运动规律,推程：sh1-cos(/0)/2,v=hsin(/0)/20,a=2h2cos(/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。,b)正弦加速度（摆线）运动规律,推程：sh/0-sin(2/0)/2,v=h1-cos(2/0)/0,a=2h2sin(2/0)/02,回程：sh1-/0+sin(2/0)/2,v=hcos(2/0)-1/0,a=-2h2sin(2/0)/02,无冲击，但amax较大。,c)改进型运动规律,将几种运动规律组合，以改善运动特性。,正弦改进等速,二、选择运动规律,选择原则：,1.机器的工作过程只要求凸轮转过一角度0时，推杆完成一行程h（直动推杆）或（摆动推杆），对运动规律并无严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸轮。,2.机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工作要求的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮。,3.对高速凸轮，要求有较好的动力特性，除了避免出现刚性或柔性冲击外，还应当考虑Vmax和amax。,高速重载凸轮要选Vmax和amax比较小的理由：,amax,等加等减速2.04.0柔性中速轻载,五次多项式1.885.77无高速中载,余弦加速度1.574.93柔性中速中载,正弦加速度2.06.28无高速轻载,改进正弦加速度1.765.53无高速重载100分钟,动量mv,若机构突然被卡住，则冲击力将很大,（F=mv/t）。,对重载凸轮，则适合选用Vmax较小的运动规律。,惯性力F=-ma,对强度和耐磨性要求。,对高速凸轮，希望amax愈小愈好。,Vmax,Pn,1.凸轮廓线设计方法的基本原理,2.用作图法设计凸轮廓线,1)对心直动尖顶推杆盘形凸轮,2)对心直动滚子推杆盘形凸轮,3)对心直动平底推杆盘形凸轮,4)偏置直动尖顶推杆盘形凸轮,5)摆动尖顶推杆盘形凸轮机构,6)直动推杆圆柱凸轮机构,7)摆动推杆圆柱凸轮机构,3.用解析法设计凸轮的轮廓曲线,63凸轮轮廓曲线的设计,1.凸轮廓线设计方法的基本原理,反转原理：,依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：,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。,2.用作图法设计凸轮廓线,尖顶凸轮绘制动画,滚子凸轮绘制动画,63凸轮轮廓曲线的设计,A,对心直动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,设计步骤：,选比例尺l作基圆r0。,确定推杆在反转运动中占据的各个位置。,计算推杆在反转运动中的预期位移即根据位移方程列表计算。,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,1)对心直动尖顶推杆盘形凸轮,确定推杆在复合运动中依次占据的位置。,0153045607590105120,s0246810121416,0153045607590,s1615.53912.87283.1280.4610,对心直动滚子推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,作各位置滚子圆的内(外)包络线(中心轨迹的等距曲线)。,2)对心直动滚子推杆盘形凸轮,理论轮廓,实际轮廓,设计步骤：,选比例尺l作基圆r0。,确定推杆在反转运动中占据的各个位置。,计算推杆在反转运动中的预期位移即根据位移方程列表计算。,0153045607590105120,s0246810121416,0153045607590,s1615.53912.87283.1280.4610,确定滚子中心在复合运动中依次占据的位置。,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,以理论廓线上一系列点为圆心，滚子半径为半径，作一系列的圆,对心直动平底推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,3)对心直动平底推杆盘形凸轮,设计步骤：,选比例尺l作基圆r0。,确定推杆在反转运动中占据的各个位置。,计算推杆在反转运动中的预期位移即根据位移方程列表计算。,0153045607590105120,s0246810121416,0153045607590,s1615.53912.87283.1280.4610,确定交点A在复合运动中依次占据的位置。,作代表推杆平底的直线。,作平底直线族的内包络线。,偏置直动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度和推杆的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。,4)偏置直动尖顶推杆盘形凸轮,摆动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度，摆动推杆长度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。,5)摆动尖顶推杆盘形凸轮机构,上述设计廓线时的凸轮结构参数r0、e、rr等，是预先给定的。实际上，这些参数也是根据机构的受力情况是否良好、动作是否灵活、尺寸是否紧凑等因素由设计者确定的。,1.凸轮机构的压力角,2.凸轮基圆半径的确定,3.滚子半径的确定,4.平底尺寸l的确定,64凸轮机构基本尺寸的确定,1.凸轮机构的压力角,受力图中，由Fx=0，Fy=0，MB=0有：,-Psin(+1)+(R1R2)cos2=0,Q+Pcos(+1)(R1+R2)sin2=0,R2cos2(l+b)R1cos2b=0,由以上三式消去R1、R2得：,正压力方向与推杆上B点速度方向之间的夹角,分母,P，,若大到使分母趋于0，,则P,机构发生自锁。,称c=arctg1/(1+2b/l)tg2-1为临界压力角。,增大导轨长度l或减小悬臂尺寸b可提高c,工程上要求：max,直动推杆：30,摆动推杆：3545,回程：7080,提问：平底推杆？,0,P点为相对瞬心：,由BCP得:,2.凸轮基圆半径的确定,ds/d,OP=v/,=ds/dt/d/dt,=ds/d,运动规律确定之后，凸轮机构的压力角与基圆半径r0直接相关。,=(ds/d-e)/(r02-e2)1/2+s,设计时要求：,提问：在设