第03章凸轮机构设计新-ppt课件

1、第三章第三章以圣人之道奋始易以圣人之道奋始易 以圣人之道克终难以圣人之道克终难一一. .凸轮机构的组成及其特点凸轮机构的组成及其特点凸轮凸轮1从动件从动件2机架机架3O11当凸轮作等速转动时，迫使从动件完成某种预期的运动。当凸轮作等速转动时，迫使从动件完成某种预期的运动。V2凸轮凸轮cam 1从动件从动件follower 2或称推杆或称推杆机架机架(frame、fixed linkage )3一凸轮机一凸轮机 构的组成构的组成由由组成组成 优点：构造紧凑设计便，复杂优点：构造紧凑设计便，复杂运动能实现。运动能实现。二凸轮机构的特点二凸轮机构的特点二二. 本章的本章的主要内容主要内容1. 1.

2、凸轮机构的类型选择凸轮机构的类型选择2. 从动件常用运动规律设计3. 3. 用作图法设计凸轮轮廓曲线用作图法设计凸轮轮廓曲线 缺陷：传力不大较易磨，行缺陷：传力不大较易磨，行程较小自控件。程较小自控件。4. 4. 凸轮机构根本尺寸确实定。凸轮机构根本尺寸确实定。凸轮机构根本尺寸确实定。凸轮机构根本尺寸确实定。平面凸轮轮廓曲线的设计；平面凸轮轮廓曲线的设计；重重点点 难点难点 - -用反转法设计平面凸轮轮廓曲线用反转法设计平面凸轮轮廓曲线 多用在传送动力不大的各种自动机械、仪表及自动控制安多用在传送动力不大的各种自动机械、仪表及自动控制安装中。如：装中。如：3-1 3-1 凸轮机构的运用和分类凸

3、轮机构的运用和分类一一. .凸轮机构的运用凸轮机构的运用内燃机的配气凸轮机构内燃机的配气凸轮机构缝纫机的凸轮拉线机构缝纫机的凸轮拉线机构粉料压片机机构系统图粉料压片机机构系统图4O1123567810911O212型腔型腔上冲头上冲头下冲头下冲头1挪动料斗挪动料斗4，装入粉料。，装入粉料。2下冲头下冲头5下沉，防止粉料抖出。下沉，防止粉料抖出。3上、下冲头对粉料加压，上、下冲头对粉料加压，4上冲头退出，下冲头顶出药片。上冲头退出，下冲头顶出药片。料斗粉料压片机机构粉料压片机机构二二. .凸轮机构的分类凸轮机构的分类一按凸轮的外形分：一按凸轮的外形分：盘形凸轮盘形凸轮挪动凸轮挪动凸轮圆柱凸轮圆柱

4、凸轮二按从动件上高副元二按从动件上高副元素的几何外形分：素的几何外形分：尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件 三按从动件的运动分：三按从动件的运动分：摆动从动件摆动从动件挪动从动件挪动从动件偏置挪动从动件偏置挪动从动件对心挪动从动件对心挪动从动件摆动从动件摆动从动件挪动从动件挪动从动件偏置挪动从动偏置挪动从动件件对心挪动从动对心挪动从动件件四按凸轮与从动四按凸轮与从动件维持接触锁合件维持接触锁合的方式分：的方式分：力锁合力锁合内燃机凸轮与挺杆依托弹内燃机凸轮与挺杆依托弹 簧力坚持接触簧力坚持接触等宽凸轮等宽凸轮等径凸轮等径凸轮等宽凸轮等宽凸轮等径凸轮等径凸轮形锁合形锁合

5、四按凸轮与从动件维持接四按凸轮与从动件维持接 触锁合的方式分：触锁合的方式分：力锁合力锁合形锁合形锁合尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件二按从动件上高副元二按从动件上高副元 素的几何外形分：素的几何外形分：摆动从动件摆动从动件挪动从动件挪动从动件偏置挪动从动件偏置挪动从动件对心挪动从动件对心挪动从动件三按从动件的运动分三按从动件的运动分盘形凸轮盘形凸轮挪动凸轮挪动凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮一按凸轮的外形分：一按凸轮的外形分：凸凸轮轮机机构构的的分分类类分类小结分类小结 ： 为满足凸轮机构的输出件提出的运动要求、动力为满足凸轮机构的输出件提出的运动要求、动力力要求等，凸轮机构

6、的设计包括以下四方面内容：力要求等，凸轮机构的设计包括以下四方面内容：1从动件运动规律的设计从动件运动规律的设计2凸轮机构根本尺寸的设计凸轮机构根本尺寸的设计3凸轮机构轮廓曲线的设计凸轮机构轮廓曲线的设计4绘制凸轮机构任务图绘制凸轮机构任务图三三.凸轮机构的设计义务凸轮机构的设计义务一一. .凸轮机构任务时的运动情况及根本术语凸轮机构任务时的运动情况及根本术语3-2 3-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律CBDr0Ao1t凸轮的基圆凸轮的基圆初始位置初始位置CD2B凸轮的基圆凸轮的基圆以凸轮的最小向径以凸轮的最小向径r0所作的圆称为基圆。所作的圆称为基圆。行程行程Sht推程运动角推程

7、运动角s远休止角远休止角h回程运动角回程运动角s 近休止角近休止角推程运动角推程运动角t 从动件推程过程，对从动件推程过程，对应凸轮转角称为推程运动角应凸轮转角称为推程运动角近休止角近休止角s s 推杆在最低位置静推杆在最低位置静止不动，凸轮相应的转角止不动，凸轮相应的转角远休止角远休止角ss推杆在最高位置静止不推杆在最高位置静止不动，凸轮相应的转角动，凸轮相应的转角回程回程 从动件从间隔凸轮回转中心从动件从间隔凸轮回转中心最远位置到起始位置，从动件移向最远位置到起始位置，从动件移向凸轮轴线的行程，称为回程。对应凸轮轴线的行程，称为回程。对应凸轮转角凸轮转角h称为回程运动角。称为回程运动角。推

8、程推程从动件从间隔凸轮回转中从动件从间隔凸轮回转中心最近位置到间隔凸轮回转中心最心最近位置到间隔凸轮回转中心最远位置的过程，称为推程。相应挪远位置的过程，称为推程。相应挪动的间隔动的间隔h称为行程称为行程22sOatv0 从动件在运动起始和终止两瞬时从动件在运动起始和终止两瞬时的加速度在实际上由零值突变为无穷的加速度在实际上由零值突变为无穷大，惯性力也为无穷大。由此的冲击大，惯性力也为无穷大。由此的冲击称为刚性冲击。适用于低速场所。称为刚性冲击。适用于低速场所。二二. .根本运动规律根本运动规律. .一等速运动规律一等速运动规律常数常数a=0hO tOv t002222vthtsvtvs凸轮开

9、场或停顿转动时：凸轮开场或停顿转动时：tvat0lim002s111二二.根本运动规律根本运动规律二等加速等减速运动规律二等加速等减速运动规律适用于中、低速场所。适用于中、低速场所。 在运动规律推程的始末点和前在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处，加速度变化为后半程的交接处，加速度变化为有限值，由此引起的冲击称为柔有限值，由此引起的冲击称为柔性冲击。性冲击。02aa常数常数tav0220221tas h142356o t12s10vmaxt/2t12v0amax-amaxt/21t2a149410h142356o tt等加速等减速运动规律从动件位移曲线绘制方法等加速等减速运动规律从动件位移

10、曲线绘制方法2s1由于由于20221tas 当当t=1,2,3时时,那么那么29 ,24 ,210002aaas 假设知假设知h 1829321201020hashaaht1231233. 余弦加速度余弦加速度(简谐简谐)运动规律运动规律 102345s612345qhs0avdadt-特点：存在柔冲击。特点：存在柔冲击。位置：发生在运动的起始位置：发生在运动的起始点和终止点。点和终止点。a = p2hw2cos(pd/d0 )/(2d20 )4. 正弦加速度摆线运动规律正弦加速度摆线运动规律 2741653h/8特点：既无柔性更无刚性特点：既无柔性更无刚性冲击。冲击。摆线摆线a = 2phw

11、2sin(2pd/d0 )/d20)sh3457O1268va低速轻负荷低速轻负荷中速轻负荷中速轻负荷中低速中负荷中低速中负荷中高速轻负荷中高速轻负荷高速中负荷高速中负荷低速重负荷低速重负荷中高速重负荷中高速重负荷高速轻负荷高速轻负荷从动件运动规律选择从动件运动规律选择运动规律运动规律 )/(0max hv )/(202max ha冲冲 击击运用场所运用场所等速等速等加速等减速等加速等减速余弦加速度余弦加速度正弦加速度正弦加速度3-4-53-4-5多项式多项式改良型等速改良型等速改良型正弦加速度改良型正弦加速度改良型梯形加速度改良型梯形加速度刚刚 性性柔柔 性性柔柔 性性4.004.936.2

12、85.778.385.534.891.002.001.572.001.881.331.762.003-3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计一、对心式凸轮机构凸轮廓线的设计一、对心式凸轮机构凸轮廓线的设计1. 尖顶从动件尖顶从动件1) 凸轮机构相对运动分析凸轮机构相对运动分析凸轮上的察看结果凸轮上的察看结果机架上的察看结果机架上的察看结果os22. 反转法原理 假想给正在运动着的整个凸假想给正在运动着的整个凸轮机构加上一个与凸轮角速度轮机构加上一个与凸轮角速度大小相等、方向相反的公共角速大小相等、方向相反的公共角速度度- ，这样，各构件的相对，这样，各构件的相对运动关系并不改动，但原来以角运

13、动关系并不改动，但原来以角速度速度转动的凸轮将处于静止状转动的凸轮将处于静止状态；机架从动件的导路那么以态；机架从动件的导路那么以 - 的角速度围绕凸轮原来的角速度围绕凸轮原来的转动轴线转动；而从动件一方的转动轴线转动；而从动件一方面随机架转动，另一方面又按照面随机架转动，另一方面又按照给定的位移规律给定的位移规律S相对机架作往相对机架作往复运动。复运动。反转前反转前反转后反转后机架机架凸轮凸轮从动件从动件不动不动不动不动 转动转动- 转动S挪动挪动S挪动挪动- 转动-o 1r0BB0S-SoS29012012 35 6 7h15048-二二. 挪动从动件盘型凸轮机构设计挪动从动件盘型凸轮机构

14、设计作图法作图法一尖顶挪动从动件盘型凸轮机构一尖顶挪动从动件盘型凸轮机构 1按已设计好的运动规律作出按已设计好的运动规律作出 位移线图；位移线图；2按根本按根本 尺寸作出凸轮机构的尺寸作出凸轮机构的 初始位置；初始位置；3按按- 方向划分基圆周得方向划分基圆周得 c0、c1、c2 等等 点；并过这点；并过这 些些点作射线，即为反转后的导道路点作射线，即为反转后的导道路；4在各反转导道路上量取与位移在各反转导道路上量取与位移 图相应的位移，得图相应的位移，得B1、B2、 等点，即为凸轮轮廓上的点。等点，即为凸轮轮廓上的点。rbB0B1B2B4B8B5c1c2c4c5120c8B6B7c6c7c0

15、c315090B3二二) 滚子从动件盘型凸轮机构滚子从动件盘型凸轮机构实际轮廓曲线实际轮廓曲线实践轮廓曲线实践轮廓曲线滚子从动件盘型凸轮机构轮廓曲线的设计步骤：滚子从动件盘型凸轮机构轮廓曲线的设计步骤：1画出滚子中心的轨画出滚子中心的轨迹迹称为实际轮廓称为实际轮廓2以实际轮廓为圆心，以实际轮廓为圆心，滚子半径滚子半径rS为半径画圆，再为半径画圆，再画滚子圆族的包络线，那么画滚子圆族的包络线，那么为为从动件凸轮的任务轮廓曲线从动件凸轮的任务轮廓曲线称为实践轮廓曲线。称为实践轮廓曲线。留意：留意：1实际轮廓与实践轮廓互为等距曲线；实际轮廓与实践轮廓互为等距曲线；2凸轮的基圆半径是指实际轮廓曲线的最

16、小向径。凸轮的基圆半径是指实际轮廓曲线的最小向径。nnBCr0rS实践轮廓曲线实践轮廓曲线 实际轮廓曲线实际轮廓曲线B1B2从动件摆角从动件摆角max最大摆角最大摆角摆角摆角 max最大摆角最大摆角三三. . 摆动摆动(oscillating)(oscillating)从动件盘形凸轮轮廓设计从动件盘形凸轮轮廓设计CD2oBs 近休止角近休止角tB0OA一摆动从动件一摆动从动件 凸轮机构特点凸轮机构特点1.1.从动件的运动为绕从动件的运动为绕某一固定点的摆动某一固定点的摆动2. 从动件的位移为角位从动件的位移为角位移移，而不是直线位移，而不是直线位移推程运动角推程运动角t远休止角远休止角s回程运

17、动角回程运动角h0B1B- - A0反转前反转前反转后反转后机架机架凸轮凸轮从动件从动件不动不动不动不动 转动转动 - 反转- 转动 转动转动- 反转- LB0OAar00对于摆动从动件对于摆动从动件二尖顶摆动从动件盘形凸轮机构设计二尖顶摆动从动件盘形凸轮机构设计尖顶摆动从动件盘形凸轮机构设计方法及步骤尖顶摆动从动件盘形凸轮机构设计方法及步骤2max18012060o12 3 4 5 67 8 9101作出角位移线图；作出角位移线图；2作初始位置；作初始位置；4找从动件反转后的一系找从动件反转后的一系列位置列位置AiBi，再按角位移规律，再按角位移规律得得 C1、C2、 等点，即等点，即为凸轮

18、轮廓上的点。为凸轮轮廓上的点。A1A2A3A5A6A7A8A9A10A400000000003按按- 方向划分圆方向划分圆R得得A0、 A1、A2等点；即得机架等点；即得机架 反转的一系列位置；反转的一系列位置；0rbB0L18060120B1B2B3B4B5B6B7B8B9B101C12C23C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a- FQo3r0113ttnnBFyFxFn2v23-4 3-4 设计凸轮机构根本尺寸确实定设计凸轮机构根本尺寸确实定一、压力角与凸轮基圆半径一、压力角与凸轮基圆半径1.1.压力角压力角法向力法向力FnFn与从动件运动方与从动件运动方向之间所夹的锐角向之间所夹的锐角sinFFcosFFnXnY;那么那么FY FX，设计时应使，设计时应使 max 许用压力角的引荐值：许用压力角的引荐值：任务行程任务行程对于挪动从动件，对于挪动从动件