四章节凸轮机构ppt课件

1、第四章第四章 凸轮机构凸轮机构第一节第一节 凸轮机构的根本类型及运用凸轮机构的根本类型及运用第二节第二节 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律第三节第三节 图解法绘制凸轮轮廓图解法绘制凸轮轮廓第四节第四节 凸轮机构根本尺寸确实定凸轮机构根本尺寸确实定第五节第五节 凸轮机构的资料与构造凸轮机构的资料与构造1132e第一节第一节 凸轮机构的根本类型及运用凸轮机构的根本类型及运用一、组成和运用一、组成和运用1132e1132e1132e1132e132e132e132e132e132e132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh3机架2从动

2、件eh1凸轮高副eh凸轮机构凸轮机构 由由凸轮，从动件和凸轮，从动件和机架构成的三杆机架构成的三杆高副机构。高副机构。eh弹簧力锁合弹簧力锁合力封锁的凸轮机力封锁的凸轮机构构eh冲压机冲压机内燃机气门机构内燃机气门机构机床进给机构机床进给机构12刀架刀架oeh摆动从动件凹槽凸轮滚子直动从动件1.1.按从动件的运动分类按从动件的运动分类二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类滚子从动件滚子从动件凸轮机构凸轮机构eee尖顶从动件尖顶从动件凸轮机构凸轮机构平底从动件平底从动件凸轮机构凸轮机构2.2.按从动件的构造分类按从动件的构造分类3.3.按凸轮的外形分类按凸轮的外形分类挪动板状凸轮机构圆柱凸轮机构圆

3、锥凸轮机构盘形凸轮机构1132eLL等宽等宽凸轮机构几何锁合几何锁合4、按锁合方式分类、按锁合方式分类dd等径等径凸轮机构主回凸轮机构槽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮机构主回凸轮机构槽凸轮机构几何锁合凸轮机构的型式内燃机气门机构内燃机气门机构靠弹簧力封锁靠弹簧力封锁力锁合凸轮机构的型式力锁合凸轮机构的型式摆动从动件凹槽凸轮机构摆动从动件凹槽凸轮机构直动从动件凸轮机构直动从动件凸轮机构按从动件的运动分类滚子从动件凸轮机构滚子从动件凸轮机构尖顶从动件凸轮机构尖顶从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构按从动件的外形分类按凸轮的外形分类盘形凸轮机构盘形凸轮机构圆锥凸轮机构圆柱凸轮机构圆柱凸轮

4、机构挪动板状凸轮机构挪动板状凸轮机构按高副维持接触的方法分类形封锁的凸轮机构形封锁的凸轮机构力封锁的凸轮机构力封锁的凸轮机构凸轮机构的分类第二节第二节 从动件常用运动规律从动件常用运动规律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、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推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。务要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。名词术语：名词术语：运动规律：推杆在推程或回程运动规律：推杆在推程或回程时，其位移时，其位移

5、S S、速度、速度V V、和加速、和加速度度a a 随时间随时间t t 的变化规律。的变化规律。分类：多项式、三角函数。分类：多项式、三角函数。S=S(t)S=S(t)V=V(t)V=V(t)a=a(t)a=a(t)一、凸轮机构运动概述一、凸轮机构运动概述基圆、基圆、推程运动角、推程运动角、基圆半径、基圆半径、推程、推程、远休止角、远休止角、回程运动角、回程运动角、回程、回程、近休止角、近休止角、 行程。一个行程。一个循环循环r0hBots010102020000ADCB升升停停回回停型停型(RDRD)升升回回停型停型(RRD)升升停停回型回型(RDR)升升回型回型(RR)运动循环的类型运动循

6、环的类型S S2( )S SS2( )S S2( )S 2( )从动件的运动规律的数学方程式为从动件的运动规律的数学方程式为位移位移速度速度加速度加速度跃动度跃动度类速度类速度类加速度类加速度类跃动度类跃动度)( fS ddSdtdddSdtdSv222dSddtdddvdtdva 333dSddtdddadtdaj 二二 、从动件的常用位移线图、从动件的常用位移线图边境条件：边境条件：凸轮转过推程运动角凸轮转过推程运动角00从动件上升从动件上升h h凸轮转过回程运动角凸轮转过回程运动角0 0从动件下降从动件下降h h1.1.多项式运动规律多项式运动规律普通表达式：普通表达式：s=C0+ C1

7、+ C22+Cnn s=C0+ C1+ C22+Cnn (1)(1)求 一 阶 导 数 得 速 度 方 程 ：求 一 阶 导 数 得 速 度 方 程 ：v=ds/dtv=ds/dt求二阶导数得加速度方程：求二阶导数得加速度方程：a =dv/dt =2 C22+ 6C32+n(n-1)Cn2n-2a =dv/dt =2 C22+ 6C32+n(n-1)Cn2n-2其中：其中：凸轮转角，凸轮转角，d/dt=d/dt=凸轮角速度凸轮角速度, Ci, Ci待定系数。待定系数。a)a)一次多项式等速运动运动规律一次多项式等速运动运动规律在推程起始点：在推程起始点：=0=0， s=0 s=0代入得：代入得

8、：C0C00 0， C1 C1h/0h/0推程运动方程：推程运动方程： s sh/0 h/0 v h/0 a=0s0vah在推程终止点：在推程终止点：=0=0，s=hs=h+刚性冲击刚性冲击= C1+ 2C2+nCnn-1= C1+ 2C2+nCnn-1同理得回程运动方程：同理得回程运动方程： s sh(1-/h(1-/ 0 ) 0 ) b)二次多项式等加等减速运动规律二次多项式等加等减速运动规律位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。推程加速上升段边境条件：推程加速上升段边境条件：起始点：起始点：=0=0， s=0 s=0， v v0 0中间点：中间点：=

9、0/2=0/2，s=h/2 s=h/2 求得：求得：C0C00 0， C1 C10 0，C2C22h/022h/02加速段推程运动方程为：加速段推程运动方程为： s 2h2/02 推程减速上升段边境条件：推程减速上升段边境条件：终止点：终止点：=0=0， s=h s=h， v v0 0中间点：中间点：=0/2=0/2，s=h/2 s=h/2 求得：求得：C0C0h h， C1 C14h/04h/0，C2C2-2h/02 -2h/02 减速段推程运动方程为：减速段推程运动方程为：s h-2h(-0)2/02 1svav 4h/02a 4h2/02v -4h(-0)/02 a -4h2/02235

10、46h/200h/22h/02h/0柔性冲击柔性冲击4h2/024h2/0250分v-h/0a032.2.三角函数运动规律三角函数运动规律a)a)余弦加速度简谐运动规律余弦加速度简谐运动规律推程：推程： s sh1-cos(/0)/2 h1-cos(/0)/2 v=hsin(/0)/20a=2h2 cos(/0)/202 回程： sh1cos(/0)/2 v=-hsin(/0)/20a=-2h2 cos(/0)/202123456av vs sh0123456Vmax=1.57h/0在起始和终止处置论上在起始和终止处置论上a a为有限值，为有限值，产生柔性冲击。产生柔性冲击。sb)b)正弦加速

11、度摆线运动规律正弦加速度摆线运动规律推程：推程：s sh/0-sin(2/0)/2h/0-sin(2/0)/2 v=h1-cos(2/0)/0a=2h2 sin(2/0)/02 回程： sh1-/0 +sin(2/0)/2 v =hcos(2/0)-1/0a =-2h2 sin(2/0)/02123456vah00r=h/2vmax=2h/0amax=6.28h2/02无冲击，但无冲击，但amax amax 较大。较大。 =2/0=2/0hvsaooo0 0+-vsahooo0 0c)c)改良型运动规律改良型运动规律将几种运动规律组合，以改善运动特性。将几种运动规律组合，以改善运动特性。正弦改

12、良等速正弦改良等速二、选择运动规律二、选择运动规律选择原那么：选择原那么：1.1.机器的任务过程只需求凸轮转过一角机器的任务过程只需求凸轮转过一角度度00时，推杆完成一行程时，推杆完成一行程h h直动推杆直动推杆或或摆动推杆，对运动规律并无严摆动推杆，对运动规律并无严厉要求。那么应选择直线或圆弧等易加厉要求。那么应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸工曲线作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸轮。轮。2. 2. 机器的任务过程对推杆运动有要求，机器的任务过程对推杆运动有要求，那么应严厉按任务要求的运动规律来设计那么应严厉按任务要求的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮。凸轮廓线。如刀

13、架进给凸轮。3. 3. 对高速凸轮，要求有较好的动力特性，对高速凸轮，要求有较好的动力特性，除了防止出现刚性或柔性冲击外，还该当除了防止出现刚性或柔性冲击外，还该当思索思索VmaxVmax和和 amax amax。工件工件工件工件00h 00 高速重载凸轮要选高速重载凸轮要选VmaxVmax和和amaxamax比较小的理由：比较小的理由： amaxamax等加等减速等加等减速 2.0 4.0 2.0 4.0 柔性柔性 中速轻载中速轻载五次多项式五次多项式 1.88 5.77 1.88 5.77 无无 高速中载高速中载余弦加速度余弦加速度 1.57 4.93 1.57 4.93 柔性柔性 中速中

14、载中速中载正弦加速度正弦加速度 2.0 6.28 2.0 6.28 无无 高速轻载高速轻载改良正弦加速度改良正弦加速度 1.76 5.53 1.76 5.53 无无 高速重载高速重载100100分钟分钟 从动件常用运动规律特性比较从动件常用运动规律特性比较运动规律运动规律 Vmax amax Vmax amax 冲击冲击 引荐引荐运用范围运用范围 (h/0) (h/0) (h/02) (h/02)等等 速速 1.0 1.0 刚性刚性 低速轻载低速轻载动量动量mv,mv,假设机构忽然被卡住，那么冲击力将很假设机构忽然被卡住，那么冲击力将很大大F=mv/tF=mv/t。 对重载凸轮，那么适宜选用对

15、重载凸轮，那么适宜选用VmaxVmax较小的运动规律。较小的运动规律。惯性力惯性力F=-maF=-ma对强度和耐磨性要求对强度和耐磨性要求。对高速凸轮，希望对高速凸轮，希望amax amax 愈小愈好。愈小愈好。Vmax1.1.凸轮廓线设计方法的根本原理凸轮廓线设计方法的根本原理反转原理：反转原理：根据此原理可以用几何作图的方法根据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：设计凸轮的轮廓曲线，例如：-给整个凸轮机构施以给整个凸轮机构施以-时，不影响时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨将静止，而从动件尖顶复合运动的轨

16、迹即凸轮的轮廓曲线。迹即凸轮的轮廓曲线。2.2.用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线尖顶凸轮绘制动画尖顶凸轮绘制动画滚子凸轮绘制动画滚子凸轮绘制动画第三节第三节 图解法绘制凸轮轮廓图解法绘制凸轮轮廓12345678Ar0609090120-s12345 67 891011121314对心直动尖顶推杆凸轮机构中，知凸轮的对心直动尖顶推杆凸轮机构中，知凸轮的基圆半径基圆半径rb，角速度，角速度和推杆的运动规律，和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺ll作基圆作基圆rbrb。反向等分各运动角。原那么是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原

17、那么是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点衔接成一条光滑曲线。将各尖顶点衔接成一条光滑曲线。1)1)对心直动尖顶推杆盘形凸轮对心直动尖顶推杆盘形凸轮 6012090 9013578911 13 159111312141876543214131211109rbr0609090120-1234567891011121314对心直动滚子推杆凸轮机构中，知凸轮的对心直动滚子推杆凸轮机构中，知凸轮的基圆半径基圆半径rb，角速度，角速度和推杆的运动规律，和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：设计步骤：选比例尺选

18、比例尺ll作基圆作基圆rbrb。反向等分各运动角。原那么是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原那么是：陡密缓疏。确定反转后，从动件滚子中心在各等份点的位置。确定反转后，从动件滚子中心在各等份点的位置。将各中心点衔接成一条光滑曲线。将各中心点衔接成一条光滑曲线。A作各位置滚子圆的内作各位置滚子圆的内( (外外) )包络线包络线( (中心轨迹的等距曲线中心轨迹的等距曲线) )。2)2)对心直动滚子推杆盘形凸轮对心直动滚子推杆盘形凸轮s 6012090 90135781 3 5 7 8911 13际轮廓实际轮廓实践轮廓实践轮廓1876543214131211109rb对心直动平

19、底推杆凸轮机构中，知凸对心直动平底推杆凸轮机构中，知凸轮的基圆半径轮的基圆半径rb，角速度，角速度和推杆的和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：设计步骤：选比例尺选比例尺ll作基圆作基圆rbrb。反向等分各运动角。原那么是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原那么是：陡密缓疏。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。作平底直线族的内包络线。作平底直线族的内包络线。3)3)对心直动平底推杆盘形凸轮对心直动平底推杆盘形凸轮123456788765432191011121314151413121110 9s 60120

20、90 90135781 3 5 7 8911 13beA A-O O偏置直动尖顶推杆凸轮机构中，知凸偏置直动尖顶推杆凸轮机构中，知凸轮的基圆半径轮的基圆半径rb，角速度，角速度和推杆的运和推杆的运动规律和偏心距动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲，设计该凸轮轮廓曲线。线。4)4)偏置直动尖顶推杆盘形凸轮偏置直动尖顶推杆盘形凸轮s 6012090 90135781 3 5 7 8911 13 1591113121412345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k15123456781514131211109摆动

21、尖顶推杆凸摆动尖顶推杆凸轮机构中，知凸轮机构中，知凸轮的基圆半径轮的基圆半径rb，角速度角速度，摆动，摆动推杆长度推杆长度l以及以及摆杆回转中心与摆杆回转中心与凸轮回转中心的凸轮回转中心的间隔间隔d，摆杆角，摆杆角位移方程，设计位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。该凸轮轮廓曲线。5)5)摆动尖顶推杆盘形凸轮机构摆动尖顶推杆盘形凸轮机构A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B812060 90 B111B222B333B444B555B666B777-rbABld 6012090 9012341 2 3 45 67 85768第四节第四节 凸轮机构根本尺寸确实定凸轮机构根本尺寸确

22、实定上述设计廓线时的凸轮构造参数上述设计廓线时的凸轮构造参数rb、e、rr等，是预先给定的。等，是预先给定的。实践上，这些参数也是根据机构的受力情况能否良好、动作实践上，这些参数也是根据机构的受力情况能否良好、动作能否灵敏、尺寸能否紧凑等要素由设计者确定的。能否灵敏、尺寸能否紧凑等要素由设计者确定的。1.凸轮机构的压力角、基圆半径及偏距凸轮机构的压力角、基圆半径及偏距2.从动件滚子半径确实定从动件滚子半径确实定3.平底长度平底长度凸轮机构的压力角 压力角压力角, 指在不思索摩擦力的情指在不思索摩擦力的情况下况下, 凸轮对从动件作用力的方向凸轮对从动件作用力的方向与从动件上力作用点的速度方向之与

23、从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角间所夹的锐角 F=Fcos F=Fsin一一.凸轮机构的压力角、基圆半径及偏距凸轮机构的压力角、基圆半径及偏距1、压力角与自锁、压力角与自锁FFFF是推进从动件挪动的有效分力，是推进从动件挪动的有效分力，F是引起导路中摩擦阻力的有害分力是引起导路中摩擦阻力的有害分力，F，F 当当 F增大到一定值时，有引起的摩擦阻力超越有效分增大到一定值时，有引起的摩擦阻力超越有效分力力 ，此时凸轮无法推进从动件运动，机构发生自锁，此时凸轮无法推进从动件运动，机构发生自锁推程：推程： 挪动从动件挪动从动件=3040摆动从动件摆动从动件=3545回程：回程：=7080工程上

24、要求：工程上要求：max 提问：平底推杆提问：平底推杆？nn0 0vOr r0 0rsrhrb2. 压力角与基圆半径及偏心距压力角与基圆半径及偏心距22bddtanseres由图可得偏心、对心直动滚子从动件盘形凸轮机构在由图可得偏心、对心直动滚子从动件盘形凸轮机构在推程任一位置时压力角的表达式为推程任一位置时压力角的表达式为 srsbddtan分析结果：分析结果： 基圆半径越大，压力角越小。从基圆半径越大，压力角越小。从传力的角度来看，基圆半径越大越好；传力的角度来看，基圆半径越大越好；从机构紧凑的角度来看，基圆半径越从机构紧凑的角度来看，基圆半径越小越好。小越好。 在设计时，应在满足许用压力

25、角在设计时，应在满足许用压力角要求的前提下，选取最小的基圆半径。要求的前提下，选取最小的基圆半径。 ttOPnnBeSS0vCrrb 1123压力角压力角FFB0FFF1.75(3 5)(3 5)bsTbhTrrmmrrrmmr3.滚子半径确实定滚子半径确实定任务轮廓的曲率半径，任务轮廓的曲率半径，实际轮廓的曲率半径，实际轮廓的曲率半径， rT rT滚子半径滚子半径rT rT rT rT rT rT rT rT rTrT0 0rT rT rT0rT rT 轮廓失真轮廓失真rTrTrTrTrT0.8 min123456788765432191011121314151413121110 94.平底

26、尺寸平底尺寸l 确实定确实定lmax作图法确定：作图法确定： l=2lmax+(57)mm一、凸轮机构常用资料一、凸轮机构常用资料 低速、中小载荷的普通场所，凸轮采用低速、中小载荷的普通场所，凸轮采用4545钢、钢、40Cr40Cr外表淬火硬度外表淬火硬度525258HRC58HRC, ,亦可采用亦可采用1515钢、钢、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi经渗碳淬火，硬度达经渗碳淬火，硬度达565662HRC62HRC。 滚子资料可采用滚子资料可采用20Cr20Cr，经渗碳淬火，外表硬度达，经渗碳淬火，外表硬度达565662HRC.62HRC.也可用也可用滚动轴承作为滚子，从动件接触端面：滚动轴承作为滚子，从动件接触端面：4545、T8T8、T10T10、T12T12，555562HRC62HRC。二、二、 凸轮机构