Ch凸轮机构PPT课件

1、第六章第六章 凸轮与间歇运动机构凸轮与间歇运动机构6.1 凸轮机构6.2 间歇运动机构 第1页/共88页概述 在仪表和精密机械中，有时要求从动件的运动按照预定规律变化。 这种要求可以采用凸轮机构来实现。 如图所示，凸轮机构是由凸轮1、从动件2和机架3组成。6.1 凸轮机构第2页/共88页 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件； 通常凸轮为主动件，作连续时等速运动，从动件（推杆或摆杆）则按预定的规律运动。 从动件的运动规律，取决于凸轮轮廓曲线。第3页/共88页 只有在特殊情况下,从动件为主动,如图所示秒表中的回零凸轮机构；NN为接触点K处的法线;Fn为正压力；Ff为摩擦力，F为合力即驱动力，为压力

2、角；vk为凸轮上K点的速度。 当秒表计时时，凸轮随着转动，当需要回零时，按下摆杆1，带动桃形凸轮逆时针方向转动，直至摆杆端都卡在凸轮凹处，这时指针恰好返回零位。第4页/共88页 凸轮机构常用在自动记录仪表、调节仪表、解算装置、程序控制装置及某些自动机构中。 下图为XWD-1型自动电位差计打印系统中的凸轮机构；第5页/共88页 凸轮顺时针方向转动，在0-150转角中，每转15，半径增加0.3mm.因此，凸轮转动时，其外缘就能推动摆杆3上的滚子2，使摆杆摆动。 再由摆杆左端去操纵打印架，使打印架完成打印动作。第6页/共88页 右图为自动平衡调节仪的温度程序控制凸轮；凸轮1与圆形记录纸一起等速转动,

3、摆杆2始终与凸轮轮廓曲线保持接触。当凸轮推动摆杆做预定规律摆动时,摆杆又带动“程序给定装置”作相应运动，实现温度的自动调节。凸轮的形状,由要求的温度变化规律确定。第7页/共88页 下图为DKJ型电动执行器的位置反馈凸轮机构。端面凸轮1装在执行器的输出轴上，推杆2的一端紧贴在凸轮工作面上，另一端装有铁心3。当执行器的输出轴转动一定角度时，凸轮也转过相应角度，同时推动推杆，即改变铁心在差动变压器中的位置。差动变压器的输出信号代表执行器输出轴的转角。第8页/共88页凸轮常见类型有：(1) 盘状凸轮它是凸轮的最基本型式 这种凸轮是一个绕定轴线转动并具有变化半径的盘形零件。第9页/共88页（2）移动凸轮

4、当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作往复直线移动，这种凸轮称为移动凸轮。第10页/共88页（3）圆柱凸轮圆柱凸轮可以认为是将移动凸轮卷成圆柱体而演化成的第11页/共88页 盘状凸轮、移动凸轮与从动件之间的相对运动为平面运动； 圆柱凸轮与从动件之间的相对运动为空间运动，所以前二种属于平面凸轮机构，后一种属于空间凸轮机构第12页/共88页 凸轮机构从动件常见类型：尖顶从动件它的结构简单，不论凸轮的轮廓曲线如何，它都能与凸轮轮廓上所有点接触，故能实现较复杂的运动规律。但因尖顶易于磨损，故只适用于传力不大的低速凸轮机构中。第13页/共88页滚子丛动件滚子与凸轮轮廓之间是滚动摩擦，磨损小，转

5、动灵活是常用的从动件型式第14页/共88页平底从动件这种从动件仅可以与轮廓全部外凸的盘状凸轮相作用，而不能用于具有内凹轮廓的盘状凸轮。优点是凸轮加于其上的作用力方向不变（不考虑摩擦时，作用力始终垂直于平底），且凸轮与从动件接触面间易于形成楔形油膜，能减少磨损，故常用于高速凸轮机构中。第15页/共88页 凸轮机构的优点是：只要确定适当的凸轮轮廓，便可以使从动件得到预定规律的运动。 机构比较简单、紧凑、工作可靠。 缺点是凸轮轮廓曲线加工比较困难，凸轮与从动件为点或线接触，磨损较严重。因此一般传递的力不能太大。 第16页/共88页设计凸轮机构时，应根据具体工作要求（已知从动件运动规律），在合理选择机

6、构型式、进行力的分析和必要验算后，用图解法或分析，去设计凸轮轮廓，直至完成结构设计。 但在仪器仪表中的凸轮机构受力不大，一般不作强度计算。 只有在高速和承受大载荷时，才需要校验凸轮机构的接触强度。第17页/共88页从动件常用运动规律h第18页/共88页从动件常用运动规律第19页/共88页（一）等速运动规律当主动件凸轮以等角速回转时，如果推程过程与回程过程中从动件的速度为一常数，则这种运动规律称为匀速运动规律。s()= CS ()=Ca()= 00a第20页/共88页第21页/共88页（二）等加速等减速运动规律 当主动件凸轮以等角速回转时，如果推程过程与回程过程中，前半段作等加速运动，后半段作等

7、减速运动，且加速度的值为一常数，则这种运动规律称为等加速或等减速运动规律。第22页/共88页特点：1）柔性冲击从动件在某瞬时加速度发生有限值的突变所引起的冲击。2）适用于中、低速的凸轮机构。第23页/共88页（三）简谐运动规律质点在圆周上作匀速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动称为简谐运动。从动件作简谐运动时，其加速度按余弦曲线变化，故又称余弦加速度规律；由运动线图可见，这种运动规律在始末两点加速度有突变，也会引起“柔性冲击”，只适于中速场合。第24页/共88页只有当从动件作无停留区间的升一降一升连续往复运动时，才可以获得连续的的加速度曲线（图中虚线所示）而用于高速传动。如摆线运动规

8、律（正弦加速度运动规律）。 应该指出，除了上述几种常用的从动件运动规律外，还有要求从动件实现的函数关系，可根据仪器仪表中对凸轮具体工作要求，参考上述方法进行分析。第25页/共88页第26页/共88页图解法设计凸轮轮廓在确定从动件运动规律后，应根据凸轮机构的结构要求选凸轮的基圆半径，同时设计凸轮的轮廓。第27页/共88页盘状凸轮轮廓设计 第28页/共88页偏置尖顶移动从动件盘形凸轮机构的设计第29页/共88页第30页/共88页第31页/共88页第32页/共88页摆动从动件盘状凸轮的设计第33页/共88页 若已知凸轮的基圆半径rb，中心距a，摆杆长度l和凸轮的转动方向（设逆时针转动）。 下面说明如

9、何绘制此凸轮的轮廓。首先根据给出的中心距a决凸轮及从动件的转动中心和，以为圆心，以rb为半径画出凸轮的基圆； 再以为圆心，以摆杆长度l为半径画弧交基圆与点，点就是从动件的起始位置； 第34页/共88页 根据反转法，机架绕凸轮反转角，即从动件回转轴转至O1,O1OO1=1; 以为中心以l为半径画圆弧 交于点； 若从动件与机架无相对运动，则应处于O1C1的位置第35页/共88页 实际上，当凸轮转动1角时，从动件将相对机架转1角，所以在圆弧 C1A1 上截取点，使C1O11=1； 则A1点为从动件顶点在反转中的一个位置，亦为凸轮轮廓上的一点； 同理，可以求得凸轮轮廓上的许多点，以光滑曲线连接这些点，

10、即得凸轮轮廓滚子从动件盘状凸轮的轮廓 设计滚子从动件盘状凸轮轮廓时，应当求出滚子在反转运动中的各个位置（图）;第36页/共88页 （二）移动凸轮和圆柱凸轮的轮廓设计图所示为一移动从动件移动凸轮，当凸轮沿导轨X-X沿v方向作直线移动时，从动件将按给定的运动规律s2=f（s1）运动。第37页/共88页反转法：假想整个机构以v的速度移动，随着机架以v的速度移动，同时又相对于机架按照给定的运动规律运动，即机架向v方向移动s，从动件相对机架移动s； 第38页/共88页根据给定的运动规律sf（s）作出从动件顶点一系列位置A0, A1,A2，把这些点光滑地连接起来，就是凸轮的理论轮廓。 若为滚子从动件，则可

11、用前述作包络曲线的方法求得凸轮的实际轮廓。 第39页/共88页 圆柱凸轮，当凸轮1绕轴线回转时，推动从动件沿其导轨作往复移动。 对于圆柱凸轮，若将凸轮按其平均半径rb展开，形状如图，这样圆柱凸轮就变成了移动凸轮。 所以，完全可以用设计移动凸轮的方法来进行圆柱凸轮的设计。第40页/共88页6.1.4 解析法设计凸轮轮廓对于一般工程问题，采用图解法设计凸轮轮廓一般能够满足使用要求，一而且比较简单，因此，此法用得比较多。 但是，随着科学技术的发展，尤其是光电技术、数控技术等在凸轮加工中的应用，为加工精密凸轮提供了比较优越的条件。 目前，在仪器仪表中，要求设计精密凸轮时，用解析法设计凸轮轮廓愈来愈被人

12、们所重视。 用解析法设计凸轮轮廓的基本原理，还是“反转法”。第41页/共88页解析法用数学方程式能够精确地求出凸轮轮廓曲线上各点的坐标值，并列成表格作为加工和检验的依据，从而得到非常精确的凸轮轮廓尺寸。 凸轮轮廓通常用极坐标形式表示，由已知从动件运动规律：sf（）（移动从动件）或 = f ()（摆动从动件）。用分析法求凸轮轮廓曲线方程，实质上就是求曲线上各点的坐标值。第42页/共88页（一）偏心移动从动件盘状凸轮的轮廓设计 图所示为偏心移动从动件盘状凸轮机构 由已知从动件运动规律sf（），用分析法设计凸轮轮廓的具体方法如下：如图建立直角坐标系。第43页/共88页第44页/共88页第45页/共8

13、8页第46页/共88页（二）摆动从动件盘状凸轮的轮廓设计第47页/共88页第48页/共88页 6.1.5 凸轮机构的压力角和基圆半径的确定 凸轮机构的设计，不仅要满足从动件的运动规律，而且要求结构紧凑和受力条件好，即从动件承受的侧推力较小、转动灵活。 第49页/共88页前面在讨论凸轮轮廓设计时，都是事先给定了基圆半rb，基圆半径如何确定，它与凸轮的受力条件有何关系，在解决这些问题前，必须首先弄清凸轮机构的受力状况。压力角： 从动件与凸轮轮廓接触点所受的荷载与从动件在该点的速度方向所夹的锐角。 自锁：第50页/共88页对于凸轮轮廓线上各点，一般压力角的大小是不一样的。在设计时就应限制压力角max

14、。在推程时，移动从动件推程许用压力角=30；摆动从动件推程许用压力角=45。在回程时，从动件在弹簧弹力、重力等作用下运动，凸轮轮廓线与从动件受力的关系不大，从动件推程许用压力角=7080。 第51页/共88页 同时，压力角的大小还与基圆半径有关；设计凸轮时，基圆半径小机构紧凑，但半径过小，会引起压力角增大，导致凸轮机构工作状态差。第52页/共88页 基圆半径的确定可以有两种不同的途径： （1）.首先定出凸轮的许用压力角a，然 后根据实际压力角的最大值amax不得大于a的条件，定出凸轮许用的最小基圆半径rb，最后考虑结构条件取凸轮基圆半径rbrb。 （2）.首先根据结构条件初步定出凸轮的基圆半径

15、，并进行凸轮轮廓设计。 而在凸轮轮廓曲线作出后，再检验凸轮的压力角。如果发现凸轮机构的实际压力角的最大值amaxa，则可将凸轮的基圆半径适当放大，重新进行轮廓曲线设计，直至amaxa为止。第53页/共88页 在一般情况下，由于结构条件（如凸轮机构所占的空间位置，凸轮轴的尺寸等）,运动规律是已知的，即、Vk2、Sk都是已知的，所以第二种方法采用较多。特别是在仪表设计中，由于负荷一般都较小，而尺寸要求则比较严格，所以适宜采用。 第54页/共88页滚子半径的确定 用图解法设计出凸轮理论轮廓曲线后，对于滚子丛动件的凸轮机构，我们还需要选适当的滚子半径，从而绘制它的实际轮廓曲线。从减小凸轮与从动轮间的接

16、触应力的观点来看，滚子半径愈大愈好，但滚子半径的增大却往往受到其它因素的限制。如凸轮的轮廓曲线、凸轮高副的接触应力。对于内凹的理论轮廓，其实际轮廓的曲率半径与从动件滚子的半径之和。因此不论滚子半径的大小如何，其实际轮廓曲线总可以画出来。第55页/共88页对于外凸的凸轮理论轮廓，其实际轮廓半径等于理论轮廓的曲率半径与从动件滚子的半径之差， 如果滚子的半径小于理论的曲率半径，则实际轮廓曲线为一平滑曲线。第56页/共88页如果滚子的半径等于理论的曲率半径，那么实际轮廓的曲率半径为该处形成尖顶。 这种轮廓的压力强度很大，非常容易磨损。kcr第57页/共88页 假若滚子的半径大于理论轮廓的曲率半径，则实

17、际轮廓的曲率半径变为负值（即理论轮廓原为凸而实际轮廓变为内凹。这时包络线在T点相交，图中阴影线部分将在实际制造时被切去，致使从动件得不到预定的运动规律，即所谓“运动失真”。第58页/共88页结论：滚子的半径rk必须小于理论轮廓外凸部分的曲率半径min； 同时，rk还必须小于基圆半径rmin.在实际设计时，应使rT满足两个经验公式 rkmin 或 rTmin 此外，为了避免过大的接触应力，对于不同尺寸的凸轮，其实际轮廓的曲率半径r不得小于15mm。 如果以上要求不能满足，那么便应当把基圆半径放大，重新进行凸轮轮廓设计。第59页/共88页在仪表和精密机械中，主动件作连续运动，从动件作周期性时动、时

18、停间歇运动。 间歇运动机构:棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮间歇机构等。6.2 间歇运动机构第60页/共88页棘轮机构6.2 间歇运动机构棘轮机构组成：棘轮、摇杆、棘爪、止动爪棘轮机构组成：棘轮、摇杆、棘爪、止动爪1 1、单动棘轮机构、单动棘轮机构第61页/共88页2、双动棘轮机构第62页/共88页第63页/共88页第64页/共88页应用实例第65页/共88页（二）棘轮转角大小及其调节方法 一是只要调节曲柄长度，便可调节摇杆的摆角，从而改变棘轮的转角。第66页/共88页二是利用遮板调节棘轮运动的转角。棘爪摆角不改变，只是利用一块位置可调节的遮板遮住一部分棘齿。当棘爪逆时针方向转动时，棘

19、爪先在盖板上滑过一段行程，然后棘爪才进入棘齿中，推动棘轮转动。改变遮板的位置，便可以调节棘轮转角的大小。第67页/共88页（三）棘爪顺利滑入齿槽并自动压紧齿根不滑脱的条件为了使棘爪所受的力最小，棘爪的回转中心O2应在棘齿接触点G的半径线O1G的垂线上。第68页/共88页（三）棘爪顺利滑入齿槽并自动压紧齿根不滑脱的条件为了使棘爪所受的力最小，棘爪的回转中心O2应在棘齿接触点G的半径线O1G的垂线上。 当棘爪与棘齿齿面开始接触时，棘齿加在棘爪上的摩擦力Ff向上，而正压力Fn向右。第69页/共88页 为了保证棘爪能够滑入齿槽并自动压紧齿根不滑脱，力Fn对回转轴线O2的力矩应大于Ff对O2的力矩，即:

20、 FnLsinaFfLcosa 因 Ff=fFn 故得 tgaf=tg 即：a 式中棘爪的长度a棘轮齿轮工作的倾角，一般取 a1015f棘爪与棘齿接触面间的摩擦系数 棘爪与棘齿接触面间的摩擦角第70页/共88页（四）棘轮、棘爪几何尺寸计算及棘轮齿形的画法 棘轮的齿形有多种形式。当棘轮的轮齿只需一边工作时，其齿形制成三角形或单锯齿形，而需要轮齿两边都工作时，则制成对称的梯形或矩形。第71页/共88页槽轮机构(一).工作原理,类型和应用 图729所示为最简单的外啮合槽轮机构，称为单销槽轮机构，它由圆周上均匀分布着径向槽的槽枪2和带有圆销的销轮1组成。 槽轮机构在某些仪器的自动装置中用得较多。图7-

21、30所示为槽轮机构在电影机拉片机构中的应用。 在自动化仪表（例如XC系列电子电位差计）的传动机构中，经常利用槽轮机构傅连续的转动变成单向的间歇运动。第72页/共88页第73页/共88页 在图7-29所示的单销槽轮机构中，主动销轮作匀速转动，而从动件槽轮2时动时静。 当销轮1的圆销A未进入槽轮2的径向槽时，由于槽轮2的内凹圆弧表面被销轮1的外凸圆弧（称为月轮）锁住，故槽轮2静止不动。 当销轮1的圆销A开始进入槽轮的径向槽时，锁住弧松开，因而圆销驱动槽轮2转过22角。 在圆销A脱出径向槽的同时，槽轮2的另一个内凹圆孤再次被销轮1的月轮锁住，致使槽轮2又静止不动。如此不断迸行，实现间歇运动。第74页

22、/共88页 槽轮机构有两种型式：一种是外啮合槽轮机构，如图7-29所示，其主动件销轮1与槽轮2转向相反； 另一种是内啮合槽轮机构，如图7-31所示，其主动件1与植轮2转向相同。通常外啮合槽轮机构应用较广。（二）槽轮机构的设计 设计槽轮机构时，需要解决以下几个问题： 1由于槽轮是间歇运动，为了避免刚性冲击，圆销A在进入或离开槽轮的径向槽时，其速度应沿着径向槽的方向。第75页/共88页 即应使图7-29中的O1A垂直于O2A， O1A垂直于O2A，即O1AO2=O1AO2=90第76页/共88页 把O1AO2称为进入角，把O1AO2称为脱出角。 若进冬角大于90如图7-32所示，则销子进入径向槽时

23、，其速度v的方向与径向槽的中心线不重合，这时，速度v可以分解成两个互相垂直的分速度vn和vi，销子的分速度vi将使槽轮上接触点的线速度由零突然增加到Vi，这就引起机构的冲击。若进入角小于90，则vi的方向与槽轮正常转动时的速度方向相反。这时，槽轮将首先按与正常转动的相反方向转动。到销轮转过一定角度后，槽轮才按正常方向转动。第77页/共88页这样也要引起冲击。因此，设计时应注意使进入角和脱出角为90。但在转速低时，由于结构上的原因，也允许进入角和脱出角不等于90。2槽轮的槽数Z和槽轮机构的运动系数在销轮回转一周时，槽轮运动时间td和销轮回转时间ts之比称为槽轮机构的运动系数，（只有一个圆柱销的拨

24、盘）即第78页/共88页因为21=180-22.而槽轮每次转角22又与其槽数有关，当槽数z为均匀分布时 从上式可以看出，不论槽轮的槽数z为多少，其运动系数总小于这说明槽轮的运动时间总是少于其静止时间。 从上式还可以知道，当z2时，。槽轮不能实现间歇运动，因此z不能少于3。第79页/共88页 理论上槽轮的槽数可以很多，但实际应用的槽轮机构，其槽数z很少迢过15，通常取46。 如果拨盘上均匀地装有n个圆柱销，则当拨盘转动一周时，槽轮被拨动n次，槽轮的运动时间是只有一个圆柱销时的n倍，故运动系数也是单圆柱时的n倍，即 = n(z-2)/ 2z 当n2时，运动系数大于。但要实现槽轮机构有间歇的运动，则必须使小于1，即 n2z/(z-2) Z与n的关系如表6-2所示。第80页/共88页凸轮间歇运动机构 凸轮间歇运动机构一般有两种