机械原理学--凸轮机构及设计概述(ppt 74页).ppt

6凸轮机构及其设计，6.2凸轮机构的分类和封闭形式，6.4盘形凸轮轮廓的绘制方法设计，6.7凸轮机构的应用，6.1概述，6.3从动件的一般运动规律，6.5盘形凸轮轮廓的分析方法设计，6.6凸轮机构基本尺寸的确定，凸轮机构的特点、应用和分类介绍；简述凸轮机构从动件的一般运动规律和选择知识。本文讨论了选择运动规律时凸轮轮廓曲线设计的作图方法和分析方法。了解凸轮和滚子的结构设计以及凸轮机构工作能力的校核计算方法。凸轮机构是由凸轮、从动件和框架组成的传动机构。6.1第6章凸轮机构概述和设计6凸轮机构及其设计6.2凸轮机构的分类和闭合形式根据从动件的运动形式，凸轮机构有多种类型，可分为直线运动和摆动运动。根据凸轮的形状、从动件的形状和闭合形式，凸轮机构有以下几种类型。首先，直动从动凸轮机构如图6.1中的(a)-(e)、(I)和(j)所示。第二，摆动从动件凸轮机构如图6.1 (f)至(h)所示。第三，从动件和凸轮受力关闭，如图6.1(c)所示。第四，从动件和凸轮是几何封闭的凸轮机构，如图6.1(i)和6.1 (j)所示。平面凸轮机构的基本类型如下图所示。(a)(b)(c)(d)(e)、(f)(g)(h)(i)(j)，图6.1中凸轮机构的类型，(a)平面图，(1)具有偏置直动尖底从动件的盘形凸轮机构，(B)三维图，图6.1(a)具有偏置直动尖底从动件的盘形凸轮机构、二维动画，2、e、v2、1、r0、1、a、B、3、c、1)偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构图61(b)偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构、2d动画、(2)偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构、图6.1(b)偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构、3D动画、(3)偏置直动平底从动件盘形凸轮机构、3、2、E、B、C、1、R0、 1、A、(b) 3D图、 1、V2、2、3、图6.1(c)偏置直动平底图6.1(c)偏置直平底从动件盘形凸轮机构，三维动画、(4)摆动尖底从动件盘形凸轮机构，图6.1(f)摆动尖底从动件盘形凸轮机构、(4)摆动尖底从动件盘形凸轮机构，图6.1(f)摆动尖底从动件盘形凸轮机构，三维动画、(5)摆动滚子从动件盘形凸轮机构，(a)平面图，图6.1(g)摆动滚子从动件盘形凸轮机构、(5)摆动滚子从动件盘形凸轮机构(6)摆动平底从动件盘形凸轮机构，图6.1(h)摆动平底从动件盘形凸轮机构、(6)摆动平底从动件盘形凸轮机构，图6.1(h)摆动平底从动件盘形凸轮机构，3d动画、(7)盘形槽凸轮机构，图6.1(i)盘形槽凸轮机构、3d动画、(8)移动凸轮机构，图6.1(e)移动凸轮机构、3d动画、(a)平面图、(9)力闭合凸轮机构，图6.1 (10)等宽凸轮机构，(a)(b)，图6.1(j)等宽凸轮机构，(11)共轭凸轮机构，(b)，(a)，图6.1(k)共轭凸轮机构，6.3从动件的常见运动规律，图6.2具有向心直螺旋从动件的盘形凸轮机构，r0，0，01，0，02，a，d，c，b， 1，b，o，t，s，凸轮机构的术语，0为01被称为远休止角。0称为回程运动角。02被称为近休止角。(1)多项式运动规律的一般表达式是推杆或返回冲程期间从动件位移S(或角位移)、速度V(或角速度2)、加速度A(或角加速度2)随时间T的变化规律。由于凸轮通常以恒定速度旋转，并且凸轮角度与时间t成比例，所以它也可以表示为S=S()(位移定律)，V=V以下是多项式运动规则、三角运动规则的函数形式和传输特性的描述。(2)余弦加速度的运动定律是，(3)正弦加速度的运动定律是凸轮以相等的角速度旋转，推力角为0，冲程为h，如果方程(6-1)仅保留一项并计算一阶和二阶导数，s=C0 C1v=ds/dt=C1(6.2)a=dv/dt，并且在推力开始时边界条件为=0和s=0。=0，推压结束时S=h。代入方程(6.2)得到c0=0，C1=h/0。同样，回程的运动方程也可以推导出来。下图显示了S-、V-和A-曲线图。6.3.1一阶多项式定律，推路径：S=h/0，返回路径：s=h (1-/ 0)，v=h/0，v=-h/0，a=0，a=0，图6.3一阶多项式运动曲线，6.3.2二阶多项式运动定律，S=c0c 1C22v=ds/dt=C12c 2(6.3)a=dv/dt=2c 2，代入公式(6.3)得到C0，C1，C2C0=0，C1=0，C2=2H/20，二次多项式运动规律的一般公式为，而减速段的边界条件如推力在起点处为=0/2和S=H/2；端点处的=0，S=h，V=0。代入C0，C1，C2C0=-H，C1=4H/0，C2=-2H/20的公式(6.3)，从而得到二次多项式运动规律如下：S=2H2/20，S=H(1-2H2/20)，V=4H/20，V=-4H/20，A=4H2/20，87120，0/2，87120 6.3.3五次多项式运动规律，S=c0c 1C22c 33c 44c 55V=ds/dt=C12c 23c 3c 324c 43c 54(6.7)a=dv/dt=2c 22c 3212c 422c 522c 523，五次多项式运动规律的一般公式为、=0，S=0 端点处的=0，S=h，V=0，a=0。代入公式(6.7)，得到C0=C1=C2=0，C3=10h/30，C4=-15h/40，C5=6h/50，从而得到推力运动方程。同样，还导出了返回运动方程和运动定律。推动的边界条件有：图6.5多项式运动曲线、图6.3.4余弦加速度运动规律(简谐运动规律)、图6.6余弦加速度运动规律运动曲线、图6.3.5正弦加速度运动规律(摆线运动规律)、图6.7正弦加速度运动曲线、图6.4盘形凸轮轮廓曲线的绘制方法设计、图6.4F01凸轮轮廓设计的“反转法”、基本原理、图6.4F02中心直尖底从动件凸轮轮廓曲线的设计、(A)从动件运动规律曲线图6.4.1定心直齿底从动件凸轮轮廓曲线设计，从动件已知运动规律曲线，图6.4F02. (b)绘图过程，图6.8定心直齿底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计，图6.8定心直齿底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计，图6.8定心直齿从动件盘形凸轮轮廓曲线设计，图6.4.2定心直齿从动件盘形凸轮轮廓曲线设计， 图6.9偏置直驱尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计，2，3，4，5，1，6.4.3偏置尖底直驱从动件盘形凸轮轮廓曲线设计，6.4.4偏置滚子直驱从动件盘形凸轮轮廓曲线设计，图6.10偏置滚子直驱从动件盘形凸轮轮廓曲线设计，图6.11对中直驱平底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计，0，6.5盘形凸轮轮廓曲线分析设计， 图6.12定心直平底从动件盘形凸轮轮廓设计，6.5.1定心直平底从动件盘形凸轮轮廓曲线的解析设计，凸轮实际轮廓方程(b点坐标方程)为，图6.12定心直平底从动件盘形凸轮轮廓设计，偏置直滚子从动件盘形凸轮机构如图6.13所示。 图6.13偏置直滚子从动件盘形凸轮的轮廓设计，图6.5.2偏置直滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的分析设计，图6.13偏置直滚子从动件盘形凸轮的轮廓设计，图6.13示出偏置直滚子从动件盘形凸轮机构。在图中所示的坐标系xOy中，从动件底部运动的起点是B0。根据反向旋转法，当凸轮旋转通过角时，从动件的位移为s，那么滚子中心点b的坐标，即凸轮的理论轮廓方程为，图6.13偏置直滚子从动件盘形凸轮轮廓设计，并且滚子中心点b的坐标为，其中e是偏置距离，所以=(r20-E2) 0.5。当凸轮逆时针旋转且从动件位于凸轮旋转中心的右侧时，e取正值，否则为负值；当凸轮顺时针旋转并且从动件位于凸轮旋转中心的右侧时，e为负，反之亦然。图6.13偏置直滚子从动件盘形凸轮轮廓设计，图6.13偏置直滚子从动件盘形凸轮轮廓设计，滚子从动件凸轮的实际轮廓是具有理论轮廓距离rg(滚子半径)的等距曲线，如图6.13所示。点B作为理论轮廓的法线N-N，rg距离向内获得点B(x，y)，点B是外凸轮上的点。点B的坐标方程是实际轮廓的方程。，理论轮廓的点B处的法线N-N的斜率等于该点的切线斜率的负倒数，即，从等式(6.13)导出，其中“-”用于内等距曲线(外凸轮)，“”用于外等距曲线(内凸轮)。在公式中，余弦和正弦的表达式与以前相同。在，实际轮廓线上对应点B(x，y)的坐标如下：图6.13偏置直滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计，和6.5.3摆动滚子从动件盘形凸轮机构，如图6.5F01所示，以坐标系xOy，0为起始角，从动件滚子中心B0为起始点；在OA0反转角后，从动件从0向外摆动角，滚子中心在点B；A是从凸轮旋转中心O到从动件的固定旋转中心A的距离；l是跟随器的长度。凸轮的理论轮廓方程如下：图6.5F01摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓方程，图6.5F01摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓方程和凸轮的实际轮廓方程同(6.16)。凸轮机构的基本尺寸包括理论基圆半径r0、滚子半径rg、从动件的安装结构尺寸L1和L2、正负偏移距离e和压力角，如图6.14所示。在图6.14中，凸轮1对滚子2的驱动力、滚子2对推杆3的力F23=F12、框架4在点d和e对推杆3的力分别为F43D和F43E，推杆3上的总阻力为g，推杆3上的惯性力不计算在内。根据推杆3的力平衡条件 FX=0， fy=0和 ma=0，简化作用力F23与总阻力g的关系为，如果等效摩擦角 34=0，则得到理想作用力f230=g/cos 。此时，机械效率是，为了提高机械效率，凸轮机构的最大压力角max被指定为小于允许压力角。在推动阶段，当推杆移动时，=30；推杆摆动时，=35 45。在返回阶段，=70 80。6.6.2凸轮基圆半径的确定，图6.14偏置直滚子从动件盘形凸轮机构的受力分析，在图6.14中，从直角ACP获得的压力角的函数为，图6.15偏置直滚子从动件盘形凸轮机构的机械效率，在图6.14所示的偏置直滚子从动件盘形凸轮机构中，设定理论基圆半径r0=0.100 m， 滚子半径rg=0.030 m，从动件的直径d=0.025m，安装结构尺寸L1=0.300 m，L2=0.060 m，正偏移距离e=0.020 m，=0.098 m，移动副中的摩擦力 34=10。 假设随动件2的运动规律是正弦加速度，h=0.150 m，0=120=2/3。因此，当获得00时，具有偏置直滚子从动件的盘形凸轮机构的机械效率如图6.15所示。对于图6.12所示的直动平底从动件盘形凸轮机构，由于压力角总是等于零，凸轮基圆半径r0的选择主要影响凸轮轮廓的存在，如图6.16所示。如果凸轮基圆的半径选择为r0=ob0，当从动件的平底位于b0，B1，B2，B3，没有与每个平底相切的平滑曲线，也就是说，凸轮的轮廓不存在。如果凸轮基圆的半径为r01=OB0，当从动件的平底位于B0，B1，B2，B3，有一条与每个平底相切的平滑曲线，这条平滑曲线就是凸轮的轮廓。图6.16直动平底从动件盘形凸轮机构的凸轮基圆半径和轮廓的存在、6.6.3滚子半径的确定、图6.17滚子半径rg对凸轮实际轮廓的影响、 min、rg min、 min、(a)、(b)、(c)、6.6.4平底最小长度的确定、图6.12对中直动平底从动件盘形凸轮机构的应用、和图6.18是发动机的图2.7(a)中的凸轮阀分配机构。当凸轮转动时，移动从动件2进行间歇的上下运动，从而实现阀门的打开和关闭。图6.18汽车发动机的配