模具07第九章凸轮机构ppt课件

1、本章内容本章内容9-19-1凸轮机构的运用和分类凸轮机构的运用和分类9-2 9-2 推杆的运动规律推杆的运动规律9-3 9-3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计9-4 9-4 凸轮机构根本尺寸确实定凸轮机构根本尺寸确实定本章重点本章重点常用运动规律的特点常用运动规律的特点盘形凸轮廓线曲线的设计盘形凸轮廓线曲线的设计、凸轮机构的运用、凸轮机构的运用9-19-1凸轮机构的运用与分类凸轮机构的运用与分类内燃机配气机构内燃机配气机构自动机床的进刀机构自动机床的进刀机构靠模机构靠模机构绕线机构中的凸轮机构绕线机构中的凸轮机构优点优点: : 可实现各种预期的运动规律可实现各种预期的运动规律, ,且构造

2、简单、紧凑。且构造简单、紧凑。缺陷：点、线接触，易磨损，不适宜传送太大动力。缺陷：点、线接触，易磨损，不适宜传送太大动力。凸轮凸轮: 具有曲线轮廓或凹槽的构件具有曲线轮廓或凹槽的构件从动杆从动杆: 运动规律受凸轮限制运动规律受凸轮限制机架机架组组成成特点特点: :、凸轮机构的分、凸轮机构的分类类1 1. . 按凸轮的外形分：按凸轮的外形分：盘形凸轮机构盘形凸轮机构挪动凸轮机构挪动凸轮机构圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构尖顶推杆尖顶推杆 尖顶一直可以与凸轮轮廓尖顶一直可以与凸轮轮廓坚持接触，可实现复杂坚持接触，可实现复杂的运动规律的运动规律易磨损，只宜用于轻载、易磨损，只宜用于轻载、低速低速滚子推杆滚子

3、推杆 耐磨、承载大，较常用耐磨、承载大，较常用平底推杆平底推杆 接触面易构成油膜，利于光滑，接触面易构成油膜，利于光滑，常用于高速运动常用于高速运动配合的凸轮轮廓必需全部外凸配合的凸轮轮廓必需全部外凸尖顶推杆尖顶推杆滚子推杆滚子推杆平底推杆平底推杆2 2. . 按从动杆外形分：按从动杆外形分：尖顶、滚子、平底尖顶、滚子、平底 直动推杆直动推杆 往复挪动往复挪动 轨迹为直线轨迹为直线 摆动推杆摆动推杆 往复摆动往复摆动 轨迹为圆弧轨迹为圆弧直动推杆直动推杆摆动推杆摆动推杆3 3. .按从动杆运动方式分按从动杆运动方式分: : 挪动直动、摆动挪动直动、摆动对心直动对心直动偏置直动偏置直动4 4.

4、. 按从动杆与凸轮相对位置分按从动杆与凸轮相对位置分: :对心对心、偏置、偏置. 力封锁凸轮机构力封锁凸轮机构 重力封锁重力封锁 弹簧力封锁弹簧力封锁 几何封锁凸轮机构几何封锁凸轮机构等宽凸轮等宽凸轮凹槽凸轮凹槽凸轮5 5、按使凸轮与从动件一直坚持接触的方法分：、按使凸轮与从动件一直坚持接触的方法分： 普通凸轮机构的命名原那么普通凸轮机构的命名原那么: 布置方式布置方式+运动方式运动方式+推杆外形推杆外形+凸轮外形凸轮外形对心直动尖对心直动尖顶推杆盘形顶推杆盘形凸轮机构凸轮机构偏置直动滚偏置直动滚子推杆盘形子推杆盘形凸轮机构凸轮机构摆动平底推杆摆动平底推杆盘形凸轮机构盘形凸轮机构9-2 9-2

5、 推杆的运动规律推杆的运动规律推杆的运动规律推杆的运动规律: :推杆的位移、速度、加速度随时间的变化规律推杆的位移、速度、加速度随时间的变化规律运动线图运动线图: : 推杆的位移、速度、加速度随时间推杆的位移、速度、加速度随时间t t或凸轮转角或凸轮转角 变化关系图变化关系图A基圆基圆( (以凸轮轮廓最小向径所作的圆，以凸轮轮廓最小向径所作的圆， r0r0称为基圆半径称为基圆半径) )， 推程、推程运动角推程、推程运动角0 0远休止、远休止角远休止、远休止角01 01 回程、回程运动角回程、回程运动角0 0 近休止、近休止角近休止、近休止角02 02 行程升程、行程升程、h h0 010 02

6、r0 0推程推程 01远休止远休止 0回程回程 02近休止近休止ts0BCDhA根本术语：根本术语：偏置从动件凸轮机构：偏置从动件凸轮机构：偏距偏距 e 、偏距圆、偏距圆1. 1. 推杆常用运动规律推杆常用运动规律1.1 1.1 多项式运动规律多项式运动规律普通表达式普通表达式一次多项式运动规律一次多项式运动规律等速运动规律等速运动规律二次多项式运动规律二次多项式运动规律等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律五次多项式运动规律五次多项式运动规律1.2 1.2 三角函数运动规律三角函数运动规律余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律简谐运动规律简谐运动规律正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律摆线运

7、动规律摆线运动规律230123nnsCCCCC1.1 多项式运动规律多项式运动规律推程段推程段(00)运动运动方程方程(1) 一次多项式运动规律等速运动规律一次多项式运动规律等速运动规律2012.nnsCCCC01sCC边境条件边境条件:00; =, s =0 = , s = h00C10hC0hs位位移移方方程程：0dsdsdhdtddt速速度度方方程程：0dadt加加速速度度方方程程：A0 010 02r0CDAhs 0 0v 0a 0-+刚性冲刚性冲击击0hs位位移移方方程程：0dsdsdhdtddt速速度度方方程程：0dadt加加速速度度方方程程：(1) 一次多项式运动规律等速运动规律

8、续一次多项式运动规律等速运动规律续运动线图运动线图(2)二次多项式运动规律二次多项式运动规律(等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律)2012sCCC122dsCCdt222daCdt边境条件边境条件:00,0; = ,s =0/2 = 2, s = h010,0CC2202hC推程加速段推程加速段:hh/2 等加速上升等加速上升h/2 等减速上等减速上升升2022 hs 204 hv 2024 ha 位移方程位移方程速度方程速度方程加速度方程加速度方程推程推程/20的变化范围为0运动方程运动方程: : 推程运动方程推程运动方程:2022 hs 20202 )(hhss 00v 0a 0h/

9、2h/20/20/2h204 hv 2024 ha 2004 )(hv2024 ha(00/2) (0/20)加速段加速段减速段减速段位移方程位移方程速度方程速度方程加速度方程加速度方程(2)二次多项式运动规律二次多项式运动规律 (等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律)续续柔性冲柔性冲击击1490h/2h 00s2022 hs (3)五次多项式运动规律五次多项式运动规律推程段推程段(00)运动方运动方程程:v 0a 0 0hs 034500010156sh2345012345sCCCCCC边境条件边境条件:000,0,0,0,0 = ,s =a = ,s = ha0123453450000

10、,10156,CCChhhCCC 无冲击无冲击23412345/2345vds dtCCCCC2222232345/261220 adv dtCCCC0000022200cos2(1cos)2sin()2cos()2SRRhRhShvha 质点在圆周上作匀速运动时质点在圆周上作匀速运动时, , 它在直径上的投影点的运动即它在直径上的投影点的运动即为简谐运动。为简谐运动。(1)(1)余弦加速度运动余弦加速度运动简谐运动简谐运动1.2 1.2 三角函数运动规律三角函数运动规律(1)(1)余弦加速度运动余弦加速度运动简谐运动简谐运动( (续续推程推程(00)运动方程：运动方程：冲击特性：始、末点有柔

11、性冲击冲击特性：始、末点有柔性冲击但当从动件作无停歇的升、降、升但当从动件作无停歇的升、降、升的运动时，无冲击的运动时，无冲击适用场所：中速中载适用场所：中速中载a 0h0 1 2 3 4 5 6 7 812345678s v 012 coshs002 sinhv020222 cosha柔性冲击柔性冲击s 0 0正弦加速度运动正弦加速度运动摆线运动摆线运动当滚圆沿纵轴匀速滚动当滚圆沿纵轴匀速滚动时，圆周上一点的轨迹时，圆周上一点的轨迹为一条摆线，此时该点为一条摆线，此时该点在纵轴上的投影即为摆在纵轴上的投影即为摆线运动规律线运动规律000sin2 :22SBARhR 0 1 2 3 4 5 6

12、 7 8sh2ph 01.2 1.2 三角函数运动规律三角函数运动规律As 00221 sinhsBA0BABAR正弦加速度运动正弦加速度运动摆线运动规律续摆线运动规律续推程推程运动方程：运动方程：冲击特性：无冲击冲击特性：无冲击适用场所：高速轻载适用场所：高速轻载av0 1 2 3 4 5 6 7 8shA2ph00221 sinhs0021 coshv020222 sinha 0 0 01.2 1.2 三角函数运动规律三角函数运动规律表给出了常用运动规律的速度、加速度和跃度的最大值表给出了常用运动规律的速度、加速度和跃度的最大值三、运动规律的组合三、运动规律的组合满足任务对从动件的特满足任

13、务对从动件的特殊运动要求殊运动要求防止刚性、柔性冲击防止刚性、柔性冲击尽能够降低尽能够降低vmaxvmax和和amaxamax改良梯形加速度改良梯形加速度a0sovoao0h等加速等减速等加速等减速正弦曲线过渡正弦曲线过渡等速运动等速运动正弦曲线修正正弦曲线修正+-四、选择运动规律应留意的问题四、选择运动规律应留意的问题当机械的任务过程只需求推杆实现一定的任务行程，而对运动规律无特殊要当机械的任务过程只需求推杆实现一定的任务行程，而对运动规律无特殊要求时求时: 可思索选择圆弧、直线等简单的曲线可思索选择圆弧、直线等简单的曲线, 便于加工；便于加工；2. 当机械的任务过程对推杆运动规律有确定要求

14、时：当机械的任务过程对推杆运动规律有确定要求时： 无选择余地；无选择余地；3. 对速度较高的凸轮机构，应思索速度、加速度、跃度的最大值对速度较高的凸轮机构，应思索速度、加速度、跃度的最大值vmax 、amax、jmaxvmax直接影响从动件系统的最大动能直接影响从动件系统的最大动能mvmax,假设从动件忽然被阻止假设从动件忽然被阻止,过大的过大的动量会导致极大的冲击力动量会导致极大的冲击力,危及人身和设备平安；危及人身和设备平安；amax直接影响从动件系统的最大惯性力直接影响从动件系统的最大惯性力mamax , amax愈大愈大,惯性力愈大惯性力愈大,作用作用在高副处的压力也愈大在高副处的压力

15、也愈大,机构的强度和耐磨性要求也愈高机构的强度和耐磨性要求也愈高;jmax与惯性力变化相关，直接影响从动件系统的振动和任务平稳性与惯性力变化相关，直接影响从动件系统的振动和任务平稳性;AAAAAAAAAAA A A1. 凸轮廓线设计的根本原理凸轮廓线设计的根本原理相对运动原理法相对运动原理法:(运动学反转法运动学反转法):对整个系统施加对整个系统施加(-w)运动运动 凸轮坚持不动凸轮坚持不动 推杆作复合运动推杆作复合运动:反转运动反转运动(- ) +往复挪动往复挪动(s) A Ar0 -r09-3 9-3 凸轮廓线曲线的设计凸轮廓线曲线的设计(1)(1)、对心尖顶挪动从动杆凸轮机构、对心尖顶挪

16、动从动杆凸轮机构例例: : 知知 r0r0、h h、 的方向逆、从动杆运动规律如下：的方向逆、从动杆运动规律如下： 凸轮转角凸轮转角推杆运动规律推杆运动规律 0180 等速上升等速上升 h180 210 远休远休210 300 等速下降等速下降 h300 360 近休近休解解: 1. 以以 mS = 作位移曲线作位移曲线.S03600180021003000h1 2 3 4 5 6 7 8 9 102. 以同样的以同样的 mS 作凸轮廓线作凸轮廓线0123456789102. 2. 作图法设计凸轮廓廓线作图法设计凸轮廓廓线 r0将滚子中心看成尖顶作凸轮轮廓线将滚子中心看成尖顶作凸轮轮廓线0(0

17、(实际轮廓实际轮廓) ) 实际廓线实际廓线0实践廓线实践廓线以以00各点为圆心作圆各点为圆心作圆( (滚子半径为半径滚子半径为半径) )作这些圆的包络线作这些圆的包络线(实践轮廓实践轮廓) )nn(2).(2).滚子挪动从动杆凸轮轮廓设计滚子挪动从动杆凸轮轮廓设计基圆半径指的是实际廓线上的最小向径基圆半径指的是实际廓线上的最小向径 .留意：留意：s0h120060090090知：知：r0，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线设计：凸轮廓线(3)(3)、平底、平底( (对心直动对心直动) )从动件从动件 将平底中心看成尖顶作将平底中心看成尖顶作实际轮廓

18、线一系列点实际轮廓线一系列点过各点作作各位置过各点作作各位置的平底的平底作这些平底的包络线作这些平底的包络线 实践轮廓实践轮廓11留意：平底左右侧的长度留意：平底左右侧的长度s0h120060090090(4)、偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构、偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构知：知：r0， (逆时针逆时针), 偏距偏距e，运动规律，运动规律设计：凸轮廓线设计：凸轮廓线步骤：步骤：1. 取比例尺取比例尺l , 画基圆和偏距画基圆和偏距圆圆;2.2.按按- - 等份偏心圆或基圆等份偏心圆或基圆3.3.作一系列切线作一系列切线4.4.在切线上从基圆开场在切线上从基圆开场 量相应位移量相应位移作图法：作图法

19、：012345678910S03600180021003000H1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 从动杆运动规律和凸轮相应转角从动杆运动规律和凸轮相应转角:例例. 知知: r0、L2、L3 、 w1 的方向、的方向、(5)(5)、尖顶摆动从动杆、尖顶摆动从动杆凸轮转角凸轮转角从动杆运动规律从动杆运动规律 01800 等速上升等速上升 ym1800 2100 远休远休2100 3000 等速下降等速下降 ym3000 3600 近休近休解解: 1. 以以 my = 作位移曲线作位移曲线.2. 以以 mL = 作凸轮廓线作凸轮廓线1y03600180021003000ym 1 2 3 4

20、5 6 7 8 9 10450123y1y2y3L2 实际廓线方程实际廓线方程:B(x, y) 实践廓线方程实践廓线方程:B(x, y) 与实际廓线等距，那么实与实际廓线等距，那么实际廓线之法线上取际廓线之法线上取rr即为即为对应于对应于B点的点的B点点B0 xyr0rrOes0s0s- BnnBcos, sin“: 内包络线内包络线“: 外包络线外包络线2200ers ddyddxdydxtan法线斜率切线斜率的负倒数：法线斜率切线斜率的负倒数： cossin)(essx0 sincos)(essy0 cosrrxx sinrryy3 3、解析法设计凸轮廓线、解析法设计凸轮廓线 凸轮与推杆的

21、相对瞬心凸轮与推杆的相对瞬心P 凸轮任务廓线坐标凸轮任务廓线坐标: B(x, y)sr0Oxyr0B0dds OPvvP ddsdtddtdsvOP cossin)(ddssrx0- B sincos)(ddssry0P0()sincosxrsOP0()cossinyrsOP 凸轮任务廓线坐标凸轮任务廓线坐标: B(x, y) 凸轮任务廓线方程凸轮任务廓线方程 B(x, y) 各种凸轮机构均有各种凸轮机构均有 x=x() y=y() 按按115步长步长,可得出凸轮廓可得出凸轮廓 线上各点的线上各点的x, y坐标。坐标。0- AayOxr0A0B00lB)sin(sin0 lax)cos(cos

22、0 lay 9-4 9-4 凸轮机构根本尺寸确实定凸轮机构根本尺寸确实定1.1.凸轮机构的作用力和凸轮机构的压力角凸轮机构的作用力和凸轮机构的压力角11222:sin()0coscos0RRxFFFF11222:cos()sinsin00RyRGFFFF2212:cos()cos00RRBFlMbFb112cos()12 /sin()tanGFb lF假设分母假设分母=0,=0,那么那么F 自锁自锁临界压力角临界压力角1121tan12 /tancb lmaxc max推程许用压力角推程许用压力角回程许用压力角回程许用压力角2.2.凸轮基圆半径确实定凸轮基圆半径确实定POPOP/ds dtds

23、ddtdtanCPCB0OPess220/ds deres0r220/tandsdersetanCPCB0OPess在满足压力角的条件下尽能够的选用较小的基圆半径在满足压力角的条件下尽能够的选用较小的基圆半径实践任务中实践任务中: : r0 r孔 rT r毂35 按构造要求按构造要求 r0 = r毂毂 + rT + (35) mm其中其中, 轮毂半径轮毂半径 r毂毂= 1.75 r孔孔+ (57) mm(1) 内凹凸轮廓线内凹凸轮廓线a = + rr实际廓线最小实际廓线最小结论：无论滚子半径多大，总能由结论：无论滚子半径多大，总能由实际廓线得到实践廓线实际廓线得到实践廓线3.13.1滚子半径的

24、选择滚子半径的选择arr实际实践a a= +rrrr rr a= -rr03.3.滚子推杆滚子半径的选择及平底推杆平底尺寸确实定滚子推杆滚子半径的选择及平底推杆平底尺寸确实定(2) 外凸凸轮廓线外凸凸轮廓线a= -rrrr，a0 实践廓线平滑实践廓线平滑(2) 外凸凸轮廓线续外凸凸轮廓线续=rr，a=0实践廓线变尖实践廓线变尖rr，a0 实践廓线出现交叉，切割，实践廓线出现交叉，切割， 运动失真运动失真 a= -rr=0rr a= -rr0rr = rr rr普通普通: rT 35 mm 3.23.2平底推杆平底尺寸确实定平底推杆平底尺寸确实定11PPOPOP/ds dtdsddtdmax2/

25、(5 7)lds dmm平底长平底长: :4.偏置从动件偏置方向确实定偏置从动件偏置方向确实定凸轮逆时针转动凸轮逆时针转动, 从动杆应右偏置从动杆应右偏置;(正偏正偏)凸轮顺时针转动凸轮顺时针转动, 从动杆应左偏置从动杆应左偏置. (负偏负偏)OCBP123S0SVer0平底从动件压力角平底从动件压力角=0 tga =V/w - eS +r02 - e2 图示为偏置直动从动件盘形凸轮机构图示为偏置直动从动件盘形凸轮机构,凸轮逆时针旋转，试在图上标出：凸轮逆时针旋转，试在图上标出： 1) 、凸轮的基圆，并标出基圆半径、凸轮的基圆，并标出基圆半径r0；2) 、从动件由初始位置到图示位置的升程、从动

26、件由初始位置到图示位置的升程s；3) 、从动件的最大行程、从动件的最大行程h ； 4)、推程运动角、推程运动角 ；回程运动角；回程运动角 。5、轮廓上、轮廓上D点与从动件接触时的压力角点与从动件接触时的压力角r0shD课堂练习课堂练习00r0D0图示为偏置直动从动件盘形凸轮机构图示为偏置直动从动件盘形凸轮机构,凸轮逆时针旋转，试在图上标出：凸轮逆时针旋转，试在图上标出： 1) 、凸轮的基圆，并标出基圆半径、凸轮的基圆，并标出基圆半径r0；2) 、从动件由初始位置到图示位置的升程、从动件由初始位置到图示位置的升程s；3) 、从动件的最大行程、从动件的最大行程h ； 4)、推程运动角、推程运动角

27、；回程运动角；回程运动角 。5、轮廓上、轮廓上D点与从动件接触时的压力角点与从动件接触时的压力角r0shD课堂练习课堂练习00AOr0在图示凸轮机构中，凸轮为偏心轮，试在图上标出在图示凸轮机构中，凸轮为偏心轮，试在图上标出:1)凸轮机构的称号凸轮机构的称号;2)标出凸轮的合理转向标出凸轮的合理转向;3)画出凸轮的基圆半径；画出凸轮的基圆半径；4从动件由初始位置到图示位置凸轮所转过的从动件由初始位置到图示位置凸轮所转过的 角度角度 及从动件的位移及从动件的位移S；5推杆的升程推杆的升程h； 偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构 ShB课堂练习课堂练习在图示凸轮机构中，凸轮

28、为偏心轮，转向如图。试在图上标出在图示凸轮机构中，凸轮为偏心轮，转向如图。试在图上标出:从动件由初始位置到图示位置凸轮所转过的从动件由初始位置到图示位置凸轮所转过的 角度角度及从动件的位移及从动件的位移S；当滚子与当滚子与B点接触时的从动件压力角点接触时的从动件压力角；画出凸轮的基圆半径画出凸轮的基圆半径r0；找出出现最大压力角找出出现最大压力角的机构位置的机构位置,并标出；并标出； Br0Smax图示为滚子摆动从动件盘形凸轮机构，请根据相对运动原理画出：图示为滚子摆动从动件盘形凸轮机构，请根据相对运动原理画出：当凸轮从图示位置逆时针转过当凸轮从图示位置逆时针转过60时，从动件的位置和接触点处

29、的压力角时，从动件的位置和接触点处的压力角。AB 图示为偏心凸轮机构，凸轮转向如图，试在图上标出：图示为偏心凸轮机构，凸轮转向如图，试在图上标出：1、凸轮机构的推程角、凸轮机构的推程角 ,推杆的最大摆角推杆的最大摆角2、从动件在推程中由最低位置到图示位置凸轮所转过的角、从动件在推程中由最低位置到图示位置凸轮所转过的角 度度；从动件的相应摆角；从动件的相应摆角；3、图示位置的压力角、图示位置的压力角;0OCA0OCAC0C1A0A1000A OA选择题选择题 (1)盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。 A摆动尖顶推杆摆动尖顶推杆 B. 直动滚子推杆直动滚子推杆 ; C

30、摆动平底推杆摆动平底推杆 D. 摆动滚子推杆摆动滚子推杆 ; (2)对于直动推杆盘形凸轮机构来讲，在其他条件一样的情况下偏置直对于直动推杆盘形凸轮机构来讲，在其他条件一样的情况下偏置直动推杆与对心直动推杆相比，两者在推程段最大压力角的关系为动推杆与对心直动推杆相比，两者在推程段最大压力角的关系为 。 A偏置直动推杆比对心直动推杆大偏置直动推杆比对心直动推杆大 ; B. 对心直动推杆比偏置直动推杆大对心直动推杆比偏置直动推杆大 C一样大一样大 D. 不一定不一定 (3)下述几种规律中下述几种规律中, 既不会产生柔性冲击也不会产生刚性击，可用于高既不会产生柔性冲击也不会产生刚性击，可用于高速场所。速场所。 A等速运动规律等速运动规律 B正弦加速运动规律正弦加速运动规律 C等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律 D.