机械原理课件第四章学习教案

1、会计学1机械机械(jxi)原理课件第四章原理课件第四章第一页，共81页。本章(bn zhn)内容第1页/共80页第二页，共81页。4-1 概述(i sh) 凸轮机构是机械中常用的一种高副机构，由于它能实现一些复杂的运动，所以在各种机器尤其(yuq)是一些自动化机械中应用非常广泛。内燃机一.凸轮机构的组成及其功能二.凸轮机构的分类三.凸轮机构的基本名词术语第2页/共80页第三页，共81页。案案一、凸轮机构(jgu)的组成及其功能1、组成(z chn)：凸轮： 原动件（等速转动或移动）从动件：机架：推杆 直动摆杆 摆动第3页/共80页第四页，共81页。2、功能(gngnng)q 在凸轮机构中，从动

2、件的运动规律(指位移、速度、加速度等)取决于凸轮的曲线形状。q 设计凸轮机构时，首先(shuxin)按机器的工作要求给定从动件的运动规律，然后合理地设计出凸轮的轮廓曲线，即可实现从动件的运动规律。q 凸轮的轮廓曲线的设计即为凸轮机构设计的主要任务。q 由于凸轮机构在机器中的功能不同，其从动件的运动规律也不相同。应用实例凸轮作等速转动，从动件输出运动。第4页/共80页第五页，共81页。凸轮机构(jgu)的构成与其功能应用实例机床(jchung)中的凸轮机构纺织机中的打纬凸轮机构第5页/共80页第六页，共81页。凸轮机构的构成与其(yq)功能应用实例卷棉机第6页/共80页第七页，共81页。电阻(d

3、inz)压帽机凸轮机构(jgu)的构成与其功能应用实例第7页/共80页第八页，共81页。二、凸轮(tln)机构的分类平面凸轮机构空间凸轮机构第8页/共80页第九页，共81页。凸轮(tln)机构的分类第9页/共80页第十页，共81页。凸轮(tln)机构的分类第10页/共80页第十一页，共81页。凸轮(tln)机构的分类第11页/共80页第十二页，共81页。凸轮(tln)机构的分类第12页/共80页第十三页，共81页。凸轮机构(jgu)的分类第13页/共80页第十四页，共81页。三、凸轮(tln)机构的基本名词术语基圆 (r0): 以凸轮的转心为圆心(yunxn)，理论廓线的最小向径rmin为半径

4、所画的圆； 尖底：理论廓线=实际廓线 ； 滚子：理论廓线实际廓线。推程： AB; 推程角: ； 行程：h=AB；远休止: BC； 远休止角:s ；回程: C D； 回程运动角： ；近休止:D A; 近休止角:s ;凸轮转角: （在理论廓线基园上量取）从动件的位移：s;位移线图：s=s() 。理论廓线实际廓线 ss sss第14页/共80页第十五页，共81页。 动画演示(ynsh)：第15页/共80页第十六页，共81页。4-2 从动件的运动(yndng)规律 凸轮机构中，从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓曲线形状，故从动件的运动规律是设计凸轮的重要依据； 从动件的运动规律：从动件的位移/速度/加速

5、度与凸轮转角的函数关系。 22222( ),( ),( )( ),( ),( )SSvvaadsds ddsvdtddtdd sd sadtd 直动:摆动:其中:第16页/共80页第十七页，共81页。一、多项式运动(yndng)规律23012321123222301(23)(26(1), ,nnnnnnnscccccvcccncaccn ncc cc其中：为待定系数。多项式运动规律主要有以下几种z 等速运动规律z 等加速和等减速运动规律z 五次多项式运动规律第17页/共80页第十八页，共81页。01101 , 0sccvccca求1n 0hshva0,00, 0, 0;sc1, , /.shc

6、h 0hshhva 0, hs , 00 ,s推导：第18页/共80页第十九页，共81页。位移线图:速度(sd)线图:加速度线图:1 0hshva2 0hshhva 第19页/共80页第二十页，共81页。2n20121201222(2) ,2scccvccc c cac求/2, 00 , 0 , 0vs/2 ,/2hs 22222442hahvhs作等加速运动 /2,/2 ,/2 ,/2hvhs0 , ,vhs作等减速运动222224)(4)(2hahvhhs推导：第20页/共80页第二十一页，共81页。位移线图:速度线图:加速度线图:第21页/共80页第二十二页，共81页。5n2345012

7、345234123452232345016(2345)(261220), ,sccccccvcccccaccccc cc求：)12018060()306030()61510(352432453423554433hahvhs, 00 , 0 , 0 , 0avs0 , 0 , ,avhs推导：第22页/共80页第二十三页，共81页。位移线图:速度线图:加速度线图:第23页/共80页第二十四页，共81页。, 0)cos(22cos hhRRs)cos(2)sin(2)cos(22222hahvhhs二、三角函数(snjihnsh)运动规律 ?h 第24页/共80页第二十五页，共81页。位移线图:加

8、速度线图:速度线图:第25页/共80页第二十六页，共81页。, 0)2sin(2sin hhRRs)2sin(2)2cos()2sin(222hahhvhhs22=2/2hRRh第26页/共80页第二十七页，共81页。位移线图:速度线图:加速度线图:2/hRh第27页/共80页第二十八页，共81页。三、组合型运动(yndng)规律 1) 选择一种单一型运动规律为主运动，然后用其他运动规律与之组合，通过优化对比，寻求最佳的组合型式。 2) 不同运动规律的连接点处，要满足位移、速度、加速度甚至更高一阶导数的连续。 至少要保证位移、速度曲线连续。 对于高速凸轮机构，还要保证加速度曲线连续。单一型的运

9、动(yndng)规律等速运动等加速等减速运动五项式运动余旋加速度运动正旋加速度运动刚性冲击 柔性冲击 无冲击单一型的运动规律作为主运动,再与其他运动规律组合起来,从而改善主运动的某些动力特性.第28页/共80页第二十九页，共81页。 要求：从动件作等速运动，但行程起始(q sh)点和终止点要避免任何形式的冲击。 以等速运动规律为主体，在行程的起点和终点为避免冲击，可用摆线运动规律或5次多项式运动规律组合，OA:五项式运动；BO:五项式运动AB:主运动-等速运动改进后的等速运动(AB段)与原直线的斜率略有变化、其速度也有一些变化，但对运动影响不大。组合型运动(yndng)规律举例1:第29页/共

10、80页第三十页，共81页。要求：从动件作等加速等减速运动，要在O,C,F处避免柔性冲击。 主运动：AB-等加速运动 DE-等减速运动 改进：OA、BC、CD、EF段加速度曲线为14个正弦波（摆线运动规律(gul)）。 这种改进运动规律(gul)也称改进梯形运动规律(gul)。具有最大加速度小、且连续性、动力性好等特点，适用于高速场合。组合型运动(yndng)规律举例2:第30页/共80页第三十一页，共81页。4-3 图解法设计凸轮(tln)轮廓曲线主要任务：根据选定的从动件运动规律，画出从动件的位移线图； 根据反转法原理，设计出凸轮的轮廓(lnku)曲线。 一、图解法基本原理反转法二、直动从动

11、件盘形凸轮廓线的设计三、摆动从动件盘形凸轮廓线的设计第31页/共80页第三十二页，共81页。一、图解法基本原理反转(fn zhun)法 直动对心：e0偏置: e0第32页/共80页第三十三页，共81页。反转(fn zhun)法原理：第33页/共80页第三十四页，共81页。二、直动从动件盘形凸轮廓线的设计(shj)1.尖底从动件 e() (cw.) =180 =60 =90 =30 ss0已知：r左偏 h, 从动件运动规律如下：推程 远休止 回程 近休止 等加速等减速运动 简谐运动 第34页/共80页第三十五页，共81页。案案第35页/共80页第三十六页，共81页。回程角： 近休止角：对心：推程

12、、回程等轮廓线始末点与转心连线的夹角即为, , S ,S ；第36页/共80页第三十七页，共81页。2. 滚子(n z)从动件（以尖底从动件为基础 ） e() (cw.)0T已知：r左偏r 位移线图（同前）作法: 把滚子中心看成尖底从动件的尖底，按照尖底从动件凸轮廓线作法作出凸轮的理论廓线 ；再以 上各点为圆心作出一系列滚子，作这些滚子的内包络线 ，即为实际廓线。滚子从动件位移应从理论廓线的基圆上沿导路方向向外量取！第37页/共80页第三十八页，共81页。3. 平底从动件（以尖底从动件为基础(jch) ）已知条件：同前12n作法: 把平底与导路的交点看成尖底从动件的尖底，按照尖底从动件凸轮廓线

13、作法作出反转后理论廓线上一系列点B ,B ,.B ；过这些点作出一系列平底，作这些平底的内包络线 ，即为实际廓线。第38页/共80页第三十九页，共81页。例：滚子从动件凸轮机构，已知实际 廓线， 画出：基圆r0, 偏距圆e, , s, , s,h, 以及图示位置(wi zhi)出的位移S。作法(zu f)：1）作理论廓线；s= s=0第39页/共80页第四十页，共81页。三、摆动(bidng)从动件凸轮廓线的设计max=0 =0 s=s( ) = =0 =0 =( ) = ssh 直动：线位移摆动：角位移1. 尖底从动件max : (ccw.) =180 =60 =90 =30 ssl0已知：

14、凸轮r 凸轮转心与摆杆转心之距OA=a,摆杆长为 从动件运动规律如下：推程 远休止 回程 近休止 等加速等减速运动 简谐运动 第40页/共80页第四十一页，共81页。2. 滚子从动件（略）123456摆动从动件为角位移，应从理论廓线的基圆上向外量取！第41页/共80页第四十二页，共81页。解析法实质： 根据反转法原理，通过坐标旋转、平移，建立凸轮廓线的数学方程式，精确计算出廓线上各点的坐标值，利用数控机床(sh kn j chun)加工。4-4 解析(ji x)法设计凸轮廓线一. 直动滚子从动件盘形凸轮廓线的设计二. 直动平底从动件盘形凸轮廓线的设计三. 摆动滚子从动件盘形凸轮廓线的设计四.

15、摆动平底从动件盘形凸轮廓线的设计五. 圆柱凸轮廓线的设计六. 刀具的中心轨迹方程第42页/共80页第四十三页，共81页。解析法关键：根据反转法原理，通过坐标旋转、平移，建立(jinl)凸轮廓线的数学方程式。4-4 解析(ji x)法设计凸轮廓线一. 直动滚子从动件盘形凸轮廓线的设计1. 理论廓线方程0, e(), (ccw.), S=S( ) () OBBB 0绕 点反转沿导路移动S已知：r右偏 解：建立坐标系旋转平移2020cossinsincossincos xyxySSeSSSSreS 0B0B0B0B0B0B0设B (x ,y ),B(x,y)xxyyx 其中：y第43页/共80页第四

16、十四页，共81页。直动滚子(n z)从动件盘形凸轮廓线的设计cos( )(4.18)sin( ) eye00理论廓线方程式：x=(S +S)sin( )(S +S)cos( )-说明(shumng)：（3）尖底从动件：理论廓线方程即为实际廓线方程。（1）(x,y)表示理论廓线上任意一点B的坐标；（2）对心：e=0。尖底从动件凸轮廓线方程第44页/共80页第四十五页，共81页。直动滚子(n z)从动件盘形凸轮廓线的设计2. 实际(shj)廓线方程 实际廓线是以理论廓线上各点为圆心作出一系列滚子的包络线。如图，A点的坐标满足两个方程：222(, )0(, )0 ()()()()aaaaaaTaaf

17、 xyf xyxxyyrdxdyxxyydd 2222/(/)(/)(422)/(/)(/)aTaTdy dxxrdx ddy ddx dyyrdx ddy d 实际廓线方程：说明：（1）(x, y)表示理论廓线上任意一点B的坐标，见式（4.18）。（2）“” “”：内包络线；“” “”：外包络线。第45页/共80页第四十六页，共81页。二. 直动平底从动件盘形凸轮廓线的设计(shj)0 (1) OBBBB 绕 点反转沿导路移动S沿平底移动OP 建立坐标系个旋转2个平移cossinOPcos sincosOPsin xySS 0B0B0B0B0设B (x ,y ),B(x,y)xxyy说明：P

18、点是在2位置的相对速度瞬心v OP=PdsdsdtVOPVdddt从从第46页/共80页第四十七页，共81页。三. 摆动滚子(n z)从动件盘形凸轮廓线的设计1. 理论(lln)廓线方程0000 (1) AA BA BAB 绕点反转平移 建立坐标系个旋转1个平移0B0B0设B (x ,y ),B(x,y)理论廓线方程：摆动滚子从动件盘形凸轮廓线的设计摆动尖底从动件凸轮廓线方程第47页/共80页第四十八页，共81页。2. 实际(shj)廓线方程2222422/(/)(/)(422)/(/)(/)aTaTdy dxxrdx ddy ddx dyyrdx ddy d按式：说明: 理论廓线上任(shn

19、g rn)一点 (x,y) 按式（426）计算。摆动滚子从动件盘形凸轮廓线的设计理论廓线方程：第48页/共80页第四十九页，共81页。摆动(bidng)平底从动件盘形凸轮廓线的设计四. 摆动(bidng)平底从动件盘形凸轮廓线的设计实际廓线方程：0000 (1) AbABABABAB 绕 点反转平移沿导路平移个旋转2个平移实际廓线方程：0000coslA BABABa式中：b 第49页/共80页第五十页，共81页。说明(shumng)： P点是在2位置的相对速度瞬心 PdVOPAPOPAPdOPAPaAPABb从摆动(bidng)平底从动件盘形凸轮廓线的设计第50页/共80页第五十一页，共81

20、页。五. 圆柱(yunzh)凸轮廓线的设计圆柱(yunzh)凸轮廓线的设计1、理论廓线方程：基本原理： 圆柱凸轮（空间凸轮）移动凸轮（平面凸轮）圆柱凸轮（空间凸轮）展开卷起理论廓线方程：实际廓线方程：说明：（1）内包络线“”，“”；外包络线“”，“”。 （2）第51页/共80页第五十二页，共81页。六. 刀具的中心(zhngxn)轨迹方程如图： rC为刀具半径，rT为滚子半径 TTTTTrrrrrrrrrrccccc当刀具的中心轨迹方程凸轮理论廓线方程；当 外包络线已知理论廓线，滚子半径( ),求实际廓线；当 内包络线已知理论廓线，滚子半径 ,求实际廓线。说明: (x,y)为理论(lln)廓线

21、上任一点； 内包络线“”，“”； 外包络线“”，“”。第52页/共80页第五十三页，共81页。4-5 凸轮机构的压力角及基本尺寸(ch cun)的确定一. 凸轮机构(jgu)的压力角定义：1、直动从动件压力角：a.尖底从动件： 理论廓线上的b. 滚子从动件： 理论廓线上的作用于从动件力线方向与该作用点处从动件速度线方向所夹的锐角。（ 高副机构：过接触点轮廓的法线方向）第53页/共80页第五十四页，共81页。2200V =/ (432)PdsVOPVOPdOPeds detgSSres从凸从点是相对瞬心凸轮(tln)机构的压力角及基本尺寸的确定说明: （1）上式同样(tngyng)适用于尖底从动

22、件及对心从动件；（2）当导路与瞬心在O点同侧时，取“”； 当导路与瞬心在O点两侧时，取“”；（3）合理选择偏置方向，可改变压力角大小： 当导路与瞬心在O点同侧时，； 当导路与瞬心在O点两侧时，；原则：凸轮逆时针转，右偏；凸轮顺时针转，左偏。第54页/共80页第五十五页，共81页。c. 平底从动件： 实际(shj)廓线上的 90其中： 为平底与导路的夹角；900 一般：，所以：平底从动件凸轮机构传力性能好，运动平稳。0 第55页/共80页第五十六页，共81页。2、摆动(bidng)从动件压力角：a. 滚子(n z)(尖底)从动件： 理论廓线上的摆动从动件压力角理论廓线实际廓线b. 平底从动件：

23、实际廓线上的00e 一般：，第56页/共80页第五十七页，共81页。3、压力(yl)角和自锁： F sin FFF沿导路方向cos有效力导路方向 F有害力sin , fffFf FFFF当自锁结论：从避免自锁，改善传力性能的观点(gundin)看，压力角越小越好。工程设计中，规定许用压力角，设计时要保证：max 压力角是凸轮机构一项重要设计参数，必须合理选择：第57页/共80页第五十八页，共81页。第58页/共80页第五十九页，共81页。二. 凸轮机构基本尺寸(ch cun)的确定（r0, rT, e, l等）1、基圆半径(bnjng)的确定：a. 直动滚子(尖底)从动件r0：220/ (43

24、3)ds detgres ,0显然,基圆的半径与 有关： r结构越紧凑，但否则发生自锁.结论1：从减小凸轮机构尺寸的观点看，压力角越大越好。220min()tan )dsedrse基圆半径的确定结论2： 在保证 的前提下，选择较小的r000minrrmax )(或：第59页/共80页第六十页，共81页。b. 直动平底从动件rb：选择(xunz)基圆半径时, 必须保证凸轮实际廓线全部外凸。即：220bd srsd通常规定一个(y )最小曲率半径min：( , )B x y其中： 为实际廓线基园半径。br2min2bd srsd2min2bd srsd2minmax2()bd srsd第60页/共

25、80页第六十一页，共81页。2、滚子(n z)半径rT和平底长度l的设计：a. 滚子(n z)半径 rT：两方面考虑：0(0.1 0.5)Trr强度要求：运动特性：min0.8TrminaTr从运动特性考虑：aTr第61页/共80页第六十二页，共81页。minminaminamina ,0, ,0, ,0, aTTTTrrrr尖点实际廓线相交 min0.8Tr所以：minTrminTrminTr第62页/共80页第六十三页，共81页。b. 平底长度(chngd) l：对于(duy)平底从动件，平底长度 l必须保证凸轮处处与平底接触。其中：l是附加长度， l 57mm。3、偏距e的设计(shj)

26、：包括: (1) 偏置方向的选择 ： (2) 偏距e大小的确定 ：P92maxmaxmax()vdsed第63页/共80页第六十四页，共81页。例：标出偏距圆，基圆，从动件在D点压力角，位移及凸轮(tln)由图示位 置到D点的转角。第64页/共80页第六十五页，共81页。2）直动平底从动件盘形凸轮(tln)按全部廓线外凸的条件(tiojin)设计二、凸轮机构(jgu)基本尺寸的设计第65页/共80页第六十六页，共81页。3）摆动滚子(n z)从动件盘形凸轮二、凸轮(tln)机构基本尺寸的设计第66页/共80页第六十七页，共81页。对于(duy)滚子从动件盘形凸轮机构，滚子尺寸的设计要满足强度和运动特性。二、凸轮(tln)机构基本尺寸的设计2、滚子半径与平底长度的设计从运动特性考虑，不能发生运动的失真现象。凸轮实际廓