机械设计基础-凸轮

第四章凸轮机构,第一节凸轮机构的组成、应用和分类,第二节从动件的常用运动规律,第三节凸轮的轮廓线设计,第四节凸轮设计中的几个问题,组成：由凸轮、从动件和机架组成三构件高副机构。特点：可使从动件实现各种复杂的运动规律，结构简单紧凑，易于设计；但因含点、线接触的高副，易磨损。应用：各种机械，尤其是自动机械，主要是传递运动。,第一节凸轮机构的组成、应用和分类,一、凸轮机构的组成及应用,从动件,机架,凸轮,内燃机配气机构,自动机床进给机构,盘形、移动、圆柱,1）按照凸轮形状分类:,2）按照从动件形状分类:,3）按照从动件运动方式分类:,4）按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类:,尖顶、平底、滚子,直动、摆动,力封闭型（重力、弹力）形封闭型,凸轮机构的组成、应用和分类,一、凸轮机构的分类,动画,第二节从动件的常用运动规律,一、凸轮与从动件的运动关系,二、从动件的常用运动规律,从动件的运动规律，指从动件的位移s、速度v、加速度a随时间t或凸轮转角的变化规律。通常用运动方程或运动线图来描述。,常用运动规律有等速运动规律、等加速等减速运动规律和简谐运动规律。,基圆rb：最小向径为半径所作的圆推程、推程角t：向径逐渐增大行程h：从动件的最大位移远休止、远休止角s：最大向径不变回程、回程角h：向径逐渐减小,近休止、近休止角：最小向径不变,速度由v00，a由0,（一）等速运动规律,定义从动件在推程或回程作等速运动。,适用场合一般在启动与终止段用其它运动规律进行过渡，以减小冲击。可适于低速、轻载、从动件质量不大，有匀速要求的场合。,从动件的常用运动规律,动力特性,运动线图,启动瞬间:终止瞬间:,存在刚性冲击(F=ma),速度由0v0，a由0,（二）等加速等减速运动规律,定义从动件在推程或回程的前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动。,适用场合中速轻载。,从动件的常用运动规律,动力特性加速度在运动的起始、中间和终止位置有突变。存在柔性冲击(F=ma),运动线图,定义当质点在圆周上作匀速运动时，其在该圆直径上的投影所构成的运动规律称为简谐运动规律，从动件在推程或回程按此规律运动。,（三）简谐运动规律,从动件的常用运动规律,适用场合中速中载。当从动件作无停歇的升-降-升连续运动时，加速度曲线变成连续曲线，可用于高速场合。,动力特性加速度在运动的起始和终止位置有突变。存在柔性冲击(F=ma),运动线图,可采用摆线运动规律来避免产生柔性冲击。摆线运动规律也称正弦加速度运动规律，其运动示意图如右图。速度、加速度在运动过程中都没有发生突变。,从动件的常用运动规律,设计问题按给定的从动件运动规律设计凸轮轮廓曲线。设计方法图解法：直观，简单；但误差大，效率低，适用于不重要的凸轮。解析法：精确，高效，可直接用于数控加工编程，适用于高速和高精度凸轮。,第三节凸轮的轮廓线设计,反转法根据相对运动原理，若给整个凸轮机构附加一个-运动，机构的相对运动不变。此时，凸轮相对静止，从动件则在反转的同时相对凸轮作往复移动。,一、设计的基本原理,已知：rb、h、1、从动件运动规律,解:1作位移曲线,s,0,3600,1800,2100,3000,h,123456789101112,2等份s-图,1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,3作基圆,4沿-等份基圆,5量取相应位移,6作轮廓线,11,（一）尖顶对心移动从动件,二、移动从动件盘形凸轮轮廓设计,凸轮的轮廓线设计,1按尖顶从动件作凸轮轮廓线0（理论轮廓）；,n,n,理论廓线0,实际廓线,以0各点为圆心，滚子半径为半径作若干个滚子圆；,作这些滚子圆的包络线（实际轮廓）。,（二）滚子对心移动从动件,凸轮的轮廓线设计,0和为法向等距的曲线,1按尖顶从动件作理论轮廓线一系列点A0，A1，A2，.,2过各点作出平底A0B0，A1B1，A2B2.,3作这些平底的包络线。,1,（三）平底对心移动从动件,凸轮的轮廓线设计,例图示尖顶摆动从动件盘形凸轮机构。已知凸轮基圆半径rb30mm，凸轮轴心与从动件转轴之间的中心距lOA=75mm，从动件长度为LAB=60mm，凸轮以等角速度逆时针转动，从动件的运动规律如下表。试绘制该凸轮的轮廓曲线。,三、摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线设计,凸轮的轮廓线设计,摆动从动件盘形凸轮机构,凸轮的轮廓线设计,解1绘制从动件角位移线图，。,比例尺=1/mm=0.3/mm,凸轮的轮廓线设计,2绘制凸轮廓线,rb30mmlOA=75mmLAB=60mm,A0,0=26,rT：滚子半径;：理论轮廓的曲率半径；b：实际轮廓的曲率半径；b=rTbmin=minrT,变尖,交叉,rT过大，实际廓线会变尖或交叉，引起运动失真；rT过小，滚子及滚子销的强度会不够，此时应加大基圆半径，以增大min和rT。,第四节凸轮机构设计中的几个问题,一、滚子半径的选择,rTminbmin=minrT0,rT=minbmin=minrT=0,rT=minbmin=minrT0,光滑,bmin=minrT35mm,结论压力角是衡量凸轮机构传力性能好坏的一个重要参数，其值越小，机构的传力性能越好。,压力角不计摩擦时，凸轮对从动件作用力的方向与从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角。,二、凸轮机构的压力角,凸轮机构设计中的几个问题,（一）压力角与凸轮机构的传力,压力角愈大，有害分力F2愈大，有用分力F1愈小。当压力角大到一定程度时，机构将发生自锁。,凸轮机构设计中的几个问题,结论当从动件的运动规律一定时，基圆半径越大，压力角越小，但凸轮的外廓尺寸将越大。,（二）压力角与基圆半径的关系,分析因为凸轮与从动件在接触点的公法线方向没有相对运动，故其接触点的速度在公法线上的分速度应相等。,用角度尺测量压力角,压力角选择原则在传力许可的条件下取较大的压力角。,（三）压力角的许用值与校核,推程：移动从动件30，（当载荷小时=45）；摆动从动件45。回程：通常取7080。,压力角许用值,凸轮机构设计中的几个问题,max,最大压力角可测量或计算确定。,三、凸轮基圆半径的确定,凸轮机构设计中的几个问题,1基圆半径越小，凸轮的外廓尺寸越小。2基圆半径越小，凸轮理论廓线的最小曲率半径越小，滚子凸轮的实际轮廓容易变尖和交叉。3基圆半径越小，压力角越大，凸轮机构容易自锁。4基圆半径过小，不便于凸