武汉理工大学机械设计课件第3章

1、 盘形凸轮机构在印刷机中的应用盘形凸轮机构在印刷机中的应用等径凸轮机构在机械加工中的应用等径凸轮机构在机械加工中的应用利用分度凸轮机构实现转位利用分度凸轮机构实现转位圆柱凸轮机构在机械加工中的应用圆柱凸轮机构在机械加工中的应用第三章第三章 凸轮机构凸轮机构 cams3-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类一、凸轮机构一、凸轮机构 的应用的应用 凸轮机构凸轮机构高副机构，可方便实现高副机构，可方便实现 各种复杂的预期的运动规律各种复杂的预期的运动规律1. 按凸轮形状分按凸轮形状分 1）盘形凸轮）盘形凸轮 (disk cam) 二、凸轮机构二、凸轮机构 的分类的分类(classificati

2、on of cams）2）移动凸轮）移动凸轮 (translating cam)3）空间凸轮）空间凸轮(spatial cam)凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类2. 按从动件形式分按从动件形式分1）尖顶从动件）尖顶从动件 (tip follower)2）滚子从动件）滚子从动件 (roller follower) 3）平底从动件）平底从动件(flat-faced follower)凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类3. 按从动件按从动件 运动形式分运动形式分2）摆动从动件）摆动从动件( oscillatin

3、g )1）移动从动件）移动从动件 (translating follower)凸轮机构的应用及分凸轮机构的应用及分类类从动件行程从动件行程: 在推程或回程中从动件的最大位移在推程或回程中从动件的最大位移,用用 h 表示；表示；偏偏 距距 : 凸轮回转中心与从动件导路间的偏置距离凸轮回转中心与从动件导路间的偏置距离,用用 e 表示。表示。3- 2从动件常用运动规律从动件常用运动规律一、基本术语一、基本术语凸轮基圆凸轮基圆 ： 以凸轮轴心为以凸轮轴心为圆心圆心,以其理论轮廓最小向以其理论轮廓最小向径径 r0为半径的圆；为半径的圆；推程运动角推程运动角 t t ：与从动：与从动件推程相对应的凸轮转件

4、推程相对应的凸轮转角角 远休止角远休止角 s ：与从动件远：与从动件远休程相对应的凸轮转角休程相对应的凸轮转角回程运动角回程运动角 h ：与从动件回程相对应的凸轮转角：与从动件回程相对应的凸轮转角近休止角近休止角 s ： 与从动件近休程相对应的凸轮转角与从动件近休程相对应的凸轮转角位移线图h三、凸轮机构的工作原理三、凸轮机构的工作原理s (a)bcd( ,s) s shsab o ecdbo2rb 基圆基圆推程运动角推程运动角远休止角远休止角近休止角近休止角回程运动角回程运动角dtdv2tvt00lim0tvt000lim二、从动件运动规律二、从动件运动规律(law of motion of

5、follower )(law of motion of follower ) 以推程为例进行分析以推程为例进行分析1. 1. 等速运动规律等速运动规律(law of constant velocity motion)(law of constant velocity motion) 从动件运动的速度为常数称为等速运动规律从动件运动的速度为常数称为等速运动规律 v v2 2=v=v0 0= =常数常数s s2 2=v=v0 0t ta a2 2= =0=0开始开始a a2 2= =停止停止a a2 2= =开始、停止时加速度无穷大，惯性力也无穷大，开始、停止时加速度无穷大，惯性力也无穷大，我们把

6、加速度无穷大引起的冲击称我们把加速度无穷大引起的冲击称刚性冲击刚性冲击. .只只适用于低速和从动件质量较小的凸轮机构适用于低速和从动件质量较小的凸轮机构 02aa tav0220221tas 2.2.等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律(law of constant acceleration and deceleration motion)(law of constant acceleration and deceleration motion)从动件在前半推程（回程）作等加速从动件在前半推程（回程）作等加速运动，在后半推程（回程）作等减速运动，在后半推程（回程）作等减速运动，通常加速度

7、和减速度绝对值相运动，通常加速度和减速度绝对值相等。等。在起始点及等加等减的交结点加速在起始点及等加等减的交结点加速度发生突变，产生度发生突变，产生柔性冲击柔性冲击，适宜，适宜于中、低速，轻载场合。于中、低速，轻载场合。3.余弦加速度余弦加速度(简谐简谐)运动规律运动规律(law of cosine acceleration motion)简谐运动简谐运动质点在圆周上作质点在圆周上作匀速运动，它在该圆直径匀速运动，它在该圆直径 上的上的投影所构成的运动投影所构成的运动s2=r-rcos其中其中r=)( 211tth；)cos1 (212ths11122sin2.sin2tttwhdtdthdt

8、dsv122112cos2.cos2tttthdtdtwhdtdva即位移方程：即位移方程：速度曲线方程速度曲线方程：加速度曲线方程：加速度曲线方程：行程始末会引起行程始末会引起柔性冲击柔性冲击，只适于中速场合，只适于中速场合，此外，还有其它的加速度运动规律。为了获得更好的运动此外，还有其它的加速度运动规律。为了获得更好的运动特性，可以把各种运动规律组合起来应用，组合时应保证特性，可以把各种运动规律组合起来应用，组合时应保证加速度线图始终保持连续加速度线图始终保持连续。三、从动件运动规律的选择三、从动件运动规律的选择 选择考虑因素：刚性冲击和柔性冲击选择考虑因素：刚性冲击和柔性冲击vmax和和

9、amax3-3 3-3 盘状盘状凸轮轮廓的设计凸轮轮廓的设计一、一、 反转法反转法 凸轮机构的相对运动情况：凸轮机构的相对运动情况：凸轮凸轮 1 1方向方向转转+ + 从动件移从动件移凸轮静止凸轮静止 从动件移从动件移 + +从动件以从动件以- - 1 1 方向绕凸轮回方向绕凸轮回中心转动中心转动从动件始终与凸轮保持接触，从动件尖顶从动件始终与凸轮保持接触，从动件尖顶的一系列位置的一系列位置凸轮轮廓凸轮轮廓凸轮运动凸轮运动二、对心尖顶直动从动件凸轮对心尖顶直动从动件凸轮轮廓的设计轮廓的设计(line translating tip follower cams)1.已知条件：基圆半径已知条件：基

10、圆半径r0 , 凸轮的转动方向，从动件凸轮的转动方向，从动件的位移线图的位移线图s2 = f(1)2. 2. 设计步骤设计步骤 （1 1）按同一比例尺绘制）按同一比例尺绘制 从动件位移线图和基圆。从动件位移线图和基圆。（2 2）等分从动件位移）等分从动件位移 线图和基圆。线图和基圆。（3 3）量取）量取11=c11=c1 1b b1 1, , 22=c 22=c2 2b b2 2, , 得得b b1 1，b b2 2，（4 4）以光滑曲线连）以光滑曲线连c c0 0，b b1 1，b b2 2，得凸轮轮廓曲线得凸轮轮廓曲线盘状凸轮轮廓的设计凸轮轮廓曲线设计的基本原理凸轮轮廓曲线设计的基本原理（

11、反转法）（反转法） 2 s 1123s1s2horb- 1 1s122s233h1 1s1把滚子中心看成是把滚子中心看成是尖端从动件的尖点，尖端从动件的尖点，绘理论轮廓曲线，绘理论轮廓曲线，然后以理论轮廓曲然后以理论轮廓曲线上各点为圆心画线上各点为圆心画一系列滚子圆，作一系列滚子圆，作这些滚子圆的内包这些滚子圆的内包络线为实际轮廓曲络线为实际轮廓曲线。（注意基圆半线。（注意基圆半径径r0）三、移动滚子从动件凸轮机构三、移动滚子从动件凸轮机构(translating roller follwer disk cams)的设计的设计演示偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计（反

12、转法）（反转法） 2 s 1123s1s2h- 11 11s1orb es22h3已知：已知：s=s（ ），），rb，e， ，rr四、四、摆动尖顶动件凸轮机构摆动尖顶动件凸轮机构的的设计设计cos ffsin ffff3-4 3-4 凸轮凸轮设计中设计中应注意的问题应注意的问题设计中要求受力良好，结构紧凑。设计中要求受力良好，结构紧凑。一、凸轮机构的一、凸轮机构的压力角压力角和自锁和自锁pressure angle and self lock驱动力驱动力f与从动件绝对速度所夹锐角与从动件绝对速度所夹锐角 称为压力角。称为压力角。 沿导路方向沿导路方向(有用有用)力力f可分解为可分解为 ： 对导

13、路的压力对导路的压力(有害有害 )当当ff f 时发生自锁。时发生自锁。一般要求一般要求 =30381212bbbbvvvtgsrdtddtds)(2020r二、压力角与基圆半径的关系二、压力角与基圆半径的关系复习：点的合成运动复习：点的合成运动动点相对于定参考系的运动，称为绝动点相对于定参考系的运动，称为绝对运动对运动a动点相对于动参考系的运动，动点相对于动参考系的运动，称为相对运动称为相对运动.动参考系相对于定参考动参考系相对于定参考系的运动，称为牵连运动系的运动，称为牵连运动,点的速度合成定理：动点在某瞬时的点的速度合成定理：动点在某瞬时的绝对速度等于瞬时牵连速度与相对速绝对速度等于瞬时

14、牵连速度与相对速度的矢量和。度的矢量和。其中其中 vb2=v2 vb1=(r0+s2) v2=(r0+s2)tg运动规律给定运动规律给定结构不紧凑结构不紧凑,它们成反比关系它们成反比关系.ssrminminssrminmin三、滚子半径的选择三、滚子半径的选择(selection of roller radius)1. 凸轮理论轮廓为内凹凸轮理论轮廓为内凹2. 凸轮理论轮廓为外凸时凸轮理论轮廓为外凸时 实际轮廓实际轮廓 理论轮廓理论轮廓 理论轮廓理论轮廓 实际轮廓实际轮廓 1)当当 min rs 时时,smin0,实际轮廓为一光滑曲线。实际轮廓为一光滑曲线。2)当当min= rs 时时,smi

15、n= 0, 工工 作轮廓上出现尖点作轮廓上出现尖点,极易磨损，极易磨损，会引起运动失真。会引起运动失真。 3)当当min rs 时时,smin 0，实际轮廓将出现交叉现象，会引起运动失真。实际轮廓将出现交叉现象，会引起运动失真。演示故：对外凸的凸轮轮廓曲线，应使故：对外凸的凸轮轮廓曲线，应使滚子半径滚子半径rs小于理论轮廓曲线的最小于理论轮廓曲线的最小曲率半径。常取小曲率半径。常取rs 0.8 min本章英语单词本章英语单词凸轮轮廓凸轮轮廓 cam surfacecam surface盘形凸轮盘形凸轮 disk cam disk cam 移动凸轮移动凸轮 translating camtran

16、slating cam圆柱凸轮圆柱凸轮 cylindrical cam (drum cam)cylindrical cam (drum cam)尖端从动件尖端从动件 knife-edge (tip) followerknife-edge (tip) follower滚子从动件滚子从动件 roller follower roller follower 平底从动件平底从动件 plain-faced follower plain-faced follower 直动从动件直动从动件 rectilinear translating followerrectilinear translating follower摆动从动件摆动从动件 pivoted followerpivoted follower基圆基圆 prime circle prime circle 行程行程 travel (stroke)travel (stroke)推程推程 actuating travelactuating tra