sw4机械的设计基础ch03 凸轮机构的设计ppt课件

1、机械设计根底机械与动力工程学院机械工程根底部第三章 凸轮机构设计o31 凸轮机构的运用和分类o32 从动件的常用运动规律o33 盘状凸轮轮廓的设计o34 设计凸轮机构应留意的问题1凸轮机构1实例内燃机配气凸轮机构自动机床进刀机构自动机床凸轮机构2定义 适当的设计凸轮廓线可实现各种预期的运动规律，构造简单，紧凑；但易磨损，传力不大。 凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它经过与从动件的高副接触。凸轮的等速回转使从动件获得延续或不延续的一定规律的运动。由凸轮、从动件和机架三部分组成。3特点二、 凸轮机构的分类按照凸轮的外形不同可把凸轮分为以下几种：盘形凸轮挪动凸轮圆柱凸轮曲面凸轮按照凸轮的锁合方式

2、可把凸轮分为以下几种：力锁合形锁合按照从动件的方式分为以下几种：尖端从动件滚子从动件平底从动件31 凸轮机构的运用和分类2凸轮机构的分类1按凸轮的外形分1盘形凸轮挪动凸轮2圆柱凸轮2按推杆外形及运动方式分1尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆2对心直动推杆、偏置直动推杆和摆动推杆3按坚持高副接触方法分1力封锁的凸轮机构2几何封锁的凸轮机构三、凸轮和滚子的资料凸轮的主要失效方式为磨损和疲劳点蚀。对凸轮和滚子的资料要求：任务外表硬度高耐磨有足够的外表接触强度凸轮芯部有较强的韧性常用的凸轮资料： 40Cr、 20Cr、 40CrMnTi常用的滚子资料： 20Cr或者滚动轴承31 凸轮机构的运用和分类第三章

3、凸轮机构设计o31 凸轮机构的运用和分类o32 从动件的常用运动规律o33 盘状凸轮轮廓的设计o34 设计凸轮机构应留意的问题 凸轮机构设计的根本义务是根据任务要求选定凸轮机构的方式、推杆运动规律、合理确定构造尺寸、设计轮廓曲线。而根据任务要求选定从动件推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。名词术语：S=S(t)V=V(t)a=a(t)r0hBots010102020000ADCB32 从动件的常用运动规律 根本术语基圆：从凸轮轮廓的最小向径r0为半径的圆。推程：从动件被凸轮推进，以一定运动规律由间隔回转中心最近位置A到达最远位置B所走过的间隔AB。与推程对应的凸轮转角t为推程运动角。远休止

4、角：当凸轮继续回转s角，从动件在最远位置停顿不动。回程：当凸轮继续回转h角，从动件在弹簧或重力作用下，以一定运动规律回到起始位置所走过的间隔。 h称为回程运动角。近休止角：当凸轮继续回转s角，从动件在最近位置停顿不动。32 从动件的常用运动规律 图为对心尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮回转时，从动件反复升停降停的运动循环。 从动件的位移s与凸轮转角a的关系可以用从动件的位移线图来表示，如右图所示。32 从动件的常用运动规律一、从动件等速运动规律-v0vahs特点：存在刚性冲击位置：发生在运动的起始点和终止点从动件的速度2200constantshvvtt从动件的位移20sv t从动件的加速度020

5、dvadt开场或停顿时0200limtvat 32 从动件的常用运动规律a0ABCvhs-a0adadt-特点：存在柔性冲击位置：发生在运动的起始点、中间点和终止点二、从动件等加速等减速运动规律从动件的位移2212sat从动件的加速度 a2=a0=常数从动件的速度20va t32 从动件的常用运动规律从动件等加速等减速运动规律32 从动件的常用运动规律三、余弦加速度运动规律简谐运动 32 从动件的常用运动规律a3457O 1268v8621O7543sh3457O12682741653h/ 8特点：既无柔性更无刚性冲击摆线四、正弦加速度运动规律摆线运动32 从动件的常用运动规律 由运动图可见，

6、其速度和加速度曲线都是延续的，因此没有柔性冲击，故常用于高速凸轮机构。 在选择从动件的运动规律时，除要思索刚性冲击与柔性冲击外，还应该思索各种运动规律的速度幅值 vmax 、加速度幅值 amax及其影响加以分析和比较。从动件动量mvmax,冲击过大从动件惯性力mamax,动压力大对于重载凸轮机构，应选择 vmax值较小的运动规律；对于高速凸轮机构，宜选择 amax值较小的运动规律。vmavmax xamaxamax五、从动件运动规律的选择32 从动件的常用运动规律假设干种从动件运动规律特性比较低速轻负荷中速轻负荷中低速中负荷中高速轻负荷高速中负荷低速重负荷中高速重负荷高速轻负荷运动规律)/(0

7、maxwhv)/(202maxwha冲 击运用场所等速等加速等减速余弦加速度正弦加速度3-4-5多项式改良型等速改良型正弦加速度改良型梯形加速度刚 性柔 性柔 性4.004.936.285.778.385.534.891.002.001.572.001.881.331.762.0032 从动件的常用运动规律组合型运动规律组合型运动规律第三章 凸轮机构设计o31 凸轮机构的运用和分类o32 从动件的常用运动规律o33 盘状凸轮轮廓的设计o34 设计凸轮机构应留意的问题一、反转法相对运动法加角速度-w(与凸轮角速度大小相等、方向相反)从动件与导路绕角速度-w以凸轮转动凸轮静止不动从动件尖顶的运动轨

8、迹就是凸轮轮廓曲线从动件相对导路挪动 对于滚子从动件，那么滚子中心可看作是从动件的尖顶，其运动轨迹就是凸轮的实际轮廓曲线，凸轮的实践轮廓曲线是与实际轮廓曲线相距滚子半径rT的一条等距曲线。33 盘状凸轮轮廓的设计rb A1A2A3A4S2rb A2 A3A1A4S3S4rb A2A3A1A4rb A1A2A3 A4- rb A1A2A3 A4- - - rb A1A2A3 A4- rb A1A2A3 A433 盘状凸轮轮廓的设计相对运动关系设计步骤知条件：从动件运动规律、凸轮转向基圆半径设计步骤：rb - - 475813269101 230S47896510a.标出方向，并按此方向分割出 、

9、 ;0Sc.过位移线图中等分点作y轴平行线交位移线图于i 点，过基圆上等分点作射线；d.在射线上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点i ；f.光滑衔接i 得凸轮廓线。b.在基圆与位移线图共同将和进展n等分，并标注等分点；oo1 2 3 4 5 6 7 8 9101 2103456789S0S0 S 0h33 盘状凸轮轮廓的设计设计根本原理 滚子从动件1) 分析33 盘状凸轮轮廓的设计rb- - 0794581326101 2347895106rb- - 0794581326101 2347895106实践廓线实际廓线2) 设计留意：1. 基圆半径为实际廓线最小向径；2. 先求实际廓线，后作包络线

10、，得实践廓线。包络线33 盘状凸轮轮廓的设计基圆2. 平底从动件1) 分析 尖顶轨迹线33 盘状凸轮轮廓的设计1 23478951062) 设计实际廓线实际廓线79458132610rb- - 033 盘状凸轮轮廓的设计a.将基圆沿-方向将 和 与位移线图进展对应等分；c. 光滑衔接i 得凸轮实际廓线；b.过等分点作射线；在射线上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点i ；设计步骤： d. 作平底线的其包络线实践廓线。00 rb- - 1123 3 2结论：a. 偏置式凸轮机构中从动件导道路一直切于偏置圆；b. 导道路与基圆交点为推杆尖顶最低点起始点。e二、偏置式凸轮廓线的设计1. 尖顶从动件1)

11、 相对运动分析偏距圆33 盘状凸轮轮廓的设计基圆 22) 设计知条件：凸轮转向、基圆半径偏置圆半径。 rbe- - 1o23导道路 30 0 0 0a. 衔接回转中心与推杆其始点，将基圆沿-方向将 和 与位移线图进展对应等分；c. 光滑衔接i 得凸轮廓线。b.过等分点作偏置圆切线；并在其上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点i ；设计步骤： 留意：也可在偏置圆上进展运动角等分，经过其等分点作偏置圆切线以获得导道路。12333 盘状凸轮轮廓的设计作图法设计凸轮轮廓曲线偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计33 盘状凸轮轮廓的设计滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计33 盘状凸轮轮廓的设计摆动推杆盘形凸轮廓线

12、的设计摆动推杆盘形凸轮廓线的设计1摆动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计2摆动滚子推杆盘形凸轮廓线的设计3摆动平底推杆盘形凸轮廓线的设计 结论 摆动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计方法与直动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计方法根本类似，所不同的是推杆的预期运动规律及作图设计中都要用到推杆的角位移 表示，即将直动推杆的各位移方程中的位移s改为角位移 , 行程h改为角行程，就可用来求摆动推杆的角位移了。解析法设计凸轮轮廓曲线偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计建立凸轮转轴中心的坐标系xOy根据反转法原理，凸轮以w转过j角；B点坐标为00()sincos()cossinxsseysse上式即为凸轮实际廓线方程实践廓线与

13、实际廓线在法线上相距滚子半径rT，那么推出cossinTTxxryyr式中取“号时为内等距曲线，取“号时为外等距曲线33 盘状凸轮轮廓的设计摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计 取摆杆的轴心A0与凸轮轴心O之连线为坐标系的y轴，Bo点是摆动杆的推程起始位置，摆动杆与y轴的夹角为初始角。根据反转法原理，得出B点坐标。00sinsin()coscos(xalyal22200arccos2larla其中33 盘状凸轮轮廓的设计凸轮轮廓的加工凸轮轮廓的加工方法通常有两种1.铣、锉削加工 对用于低速、轻载场所的凸轮，可以运用反转法原理在未淬火凸轮轮坯上经过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手工锉削方法加工而成

14、。必要时可进展淬火处置，但用这种方法那么凸轮的变形难以得到修正。2.数控加工 采用数控线切割机床对淬火凸轮进展加工，这是目前最常用的一种凸轮加工方法。加工时运用解析法，求出凸轮轮廓曲线的x,y坐标，并将xOy坐标系的原点换算成切割时的起点，而滚子半径相当于钼丝半径再加上放电间隙。33 盘状凸轮轮廓的设计第三章 凸轮机构设计o31 凸轮机构的运用和分类o32 从动件的常用运动规律o33 盘状凸轮轮廓的设计o34 设计凸轮机构应留意的问题一、 凸轮机构的压力角 由图知，压力角a愈大，有效分力y愈小，有害分力 愈大。当 角大到某一数值时，必将会出现FyFx的情况。这时，不论施加多大的Fn力，都不能使

15、从动件运动，这种景象称为自锁。因此，为了保证凸轮机构的正常任务，必需对凸轮机构的压力角进展限制。引荐压力角数值 挪动从动件 =30摆动从动件 =45回程中，普通不会有自锁景象，压力角取值为 =708034 设计凸轮机构应留意的问题xF凸轮机构中的压力角图解 凸轮机构的压力角是指推杆所受正压力的方向与推杆上点 B的速度方向之间所夹的锐角， 它是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。常以表示。基圆半径确实定P54 从传动效率来看，压力角越小越好，但压力角减小将导致凸轮尺寸添加，因此在设计凸轮时要权衡两者的关系，使设计到达合理。A点:1212AAAAvvvsereddsABeOD220)/(tan即s

16、eredds220)/(arctan(式A)在ABD中导路在凸轮轴的左边时，式中分子部分取“，凸轮顺时针转动时，符号取法与上述相反34 设计凸轮机构应留意的问题 在给定运动规律时，合理设计偏距可减小压力角，增大基圆半径也可以减小压力角。获取较小的基圆半径的同时，必需求保证aa 在设计凸轮时，先根据条件确定基圆半径r0。制造凸轮轴时，r0略大于轴的半径；单独制造凸轮时，r0=(1.6-2)r。34 设计凸轮机构应留意的问题滚子推杆滚子半径的选择 采用滚子推杆时，滚子半径的选择，要思索滚子的构造、强度及凸轮轮廓曲线的外形等多方面的要素。1凸轮轮廓曲线与滚子半径的关系那么arr。 此时，无论滚子半径大小如何，凸轮的任务廓线总是可以平滑地作出来的。那么arr。假设rr时， 那么a 0，即任务廓