第三章凸轮机构2

7《机械设计基础》教案PAGEPAGE1镇江市高等专科学校教案授课班级：机制、机电、模具、机设、机器人专业授课教师：于明教学内容第3章凸轮机构授课时间2学时教学目的要求理解按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓图解法；了解凸轮机构设计中凸轮机构压力角、基圆半径及偏距，滚子半径等问题。内容重点1．凸轮轮廓曲线的绘制2．凸轮机构基本尺寸的确定内容难点凸轮轮廓曲线的设计主要教学方法讲授法、讨论法、现场教学法、讲练结合法教学注意事项多提问多启发，理论联系实际使用教具及设备多媒体设备过程及时间教学内容及学生活动教学方法开始部分（5分钟）复习提问什么是凸轮机构？有哪些类型？2、设计凸轮机构时，如何选择从动件运动规律？讲授法基本部分（80分钟）第3章凸轮机构3.3盘形凸轮的设计与加工方法3.4凸轮机构基本尺寸的确定采用多媒体图示，对照实物及图片进行详细讲解。结束部分（5分钟）本讲内容小结1．、设计盘形凸轮机构时反转法原理2、如何设计对心直动尖顶推杆盘形凸轮、对心直动滚子推杆盘形凸轮？3、如何选择凸轮机构压力角、基圆半径及滚子半径？提问和讲评作业P54习题10、11课后小结利用动画演示设计过程效果较好[教学内容]：凸轮机构5.3盘形凸轮的设计与加工方法在合理地选择从动件的运动规律之后，根据工作要求、结构所允许的空间、凸轮转向和凸轮的基圆半径，就可设计凸轮的轮廓曲线。设计方法通常有图解法和解析法。图解法简单、直观，但精度有限，因此作图法用于低速或精度要求不高的场合。解析法精度较高，适用于高速或要求较高的场合。本节介绍几种常见的凸轮轮廓的绘制方法。绘制原理：

当凸轮机构工作时，凸轮是运动的，而绘制凸轮轮廓时，却需凸轮与图纸相对静止。所以用图解法绘制凸轮轮廓曲线要利用相对运动原理。图3-12为一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构。当凸轮以等角速度1逆时针转动时，从动件将在导路内完成预期的运动规律。根据相对运动原理，如果给整个机构附加一个上绕凸轮轴心O的公共角速度-1，机构各构件间的相对运动不变，但这样凸轮将静止不动，而从动件一方面随机架和导路以角速度-1绕O点转动，另一方面又在导路中按原来的运动规律往复移动。由于尖顶始终与凸轮轮廓相接触，所以在从动件的这种复合运动中，其尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线。这种按相对运动原理绘制凸轮轮廓曲线的方法称为“反转法”。用“反转法”绘制凸轮轮廓在已知从动件位移线图和基圆半径等后，主要包含三个步骤：将凸轮的转角和从动件位移线图分成对应的若干等份；用“反转法”画出反转后从动件各导路的位置；根据所分的等份量得从动件相应的位移，从而得到凸轮的轮廓曲线。按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓图解法举例1．反转法原理：凸轮廓线设计方法的基本原理给整个凸轮机构施以-ω时，不影响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迹即凸轮的轮廓曲线。依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：尖顶凸轮绘制，滚子凸轮绘制。2．用作图法设计凸轮廓线（1）对心直动尖顶推杆盘形凸轮对心直动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺μl作基圆r0。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。（2）对心直动滚子推杆盘形凸轮对心直动滚子推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺μl作基圆r0。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件滚子中心在各等份点的位置。④将各中心点连接成一条光滑曲线。⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线(中心轨迹的等距曲线)。（3）对心直动平底推杆盘形凸轮对心直动平底推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺μl作基圆r0。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。④作平底直线族的内包络线。（4）偏置直动尖顶推杆盘形凸轮偏置直动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和推杆的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。（5）摆动尖顶推杆盘形凸轮机构摆动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω，摆动推杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。5.4凸轮机构基本尺寸的确定1．凸轮机构压力角、基圆半径及偏距设计凸轮机构时，不仅要使其能实现预期的运动规律，还要使其具有良好的传力性能和紧凑的结构尺寸。传力性能直接影响机构的摩擦、磨损、效率和自锁，且与机构尺寸有关。（1）压力角与自锁若将F力分解为沿从动件移动运动方向的有用分力F'和垂直从动件方向压紧导路的有害分力F"，其关系式为：F"=F'tana凸轮机构的压力角与作用力的关系当F'一定时，压力角a越大，则有害分力F"就越大，机构的效率就越低。当a增大到一定程度，以致F"所引起的摩擦阻力大于F'时，无论凸轮加给从动件作用力多大，从动件都不能运动，产生自锁。为改善受力，效率和避免自锁，压力角越小越好。若给定从动件运动规律，则压力角愈大时，基圆直径愈小，机构尺寸也愈小。综上所述，推荐的许用压力角为：推程（工作行程）：移动从动件[a]=30°摆动从动件[a]=45°回程：因受力较小且无自锁问题，故许用压力角可取得大些，通常[a]=80°（2）压力角与基圆半径及偏距由图4-15a、b所示两凸轮机构可推得：由上式可知：α↑rb↓结构紧凑机构传力性能不好；α↓rb↑机构尺寸↑机构传力性能良好。为了使机构既有较好的传力性能，又有较紧凑的结构尺寸，设计时，通常在≤[a]前提下，尽量采用较小基圆半径。2．滚子半径的选择滚子半径对轮廓的影响（1）凸轮理论轮廓的内凹部分由图a可得：a=min+T由上式可知：实际轮廓曲率半径总大于理论轮廓曲率半径。因而，不论选择多大的滚子，都能做出实际轮廓。（2）凸轮理论轮廓的外凸部分由图b可得：a=min－T①当min>T时，则有a>0，如图b所示，实际轮廓为一平滑曲线。②当min=T时，则有a=0，如图c所示，在凸轮实际轮廓曲线上产生了尖点，这种尖点极易磨损，磨损后就会改变从动件预定的运动规律。③当min<T时，则有a<0时，如图d所示，这时实际轮廓曲线发生相交，图中阴影部分的轮廓曲线在实际加工时被切去，使这一部分运动规律无法实现。为了使凸轮轮廓在任何位置既不变尖也不相交，滚子半径必须小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径min。如果min过小，按上述条件选择的滚子半径太小而不能满足安装和强度要求时。就应当把凸轮基圆尺寸加大，重新设计凸轮轮廓曲线。3．平底尺寸L的确定作图法确定：L=2lmax+(5~7)mm本章小结（1）凸轮机构的组成、分类及特点。凸轮机构由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。凸轮一般作连续等速转动，从动件可作连续或间歇的往复运动或摆动。凸轮机构的种类很多，各具特色。凸轮机构的优点：只需设计出合适的凸轮轮廓，就可使从动件获得所需的运动规律：结构简单、紧凑、设计方便。它的缺点：凸轮与从动件之间易于磨损：凸轮轮廓较复杂，加工困难；从动件的行程不能过大。（2）从动件常用的运动规律。凸轮的轮廓是由从动件运动规律决定的，因此了解从动件常用的运动规律及其特点是十分重要的。只有某种运动规律的加速度曲线是连续变化的，这种运动规律才能避免冲击。等速运动规律在某些点的加速度在理论上为无穷大，所以有刚性冲击；而等加速等减速运动规律在某些点的加速度会出现有限值的突然变化，所以有柔性冲击。（3）图解法绘制凸轮轮廓的基本方法。图解法绘制凸轮轮廓是按照相对运动原理来绘制凸轮的轮廓曲线的，也就是“反转法”。用“反转法”绘制凸轮轮廓主要包含三个步骤：将凸轮的转角和从动件位移线图分成对应的若干等份；用“反转法”画出反转后从动件各导路的位置；根据所分的等份量得从动件相应的位移，从而得到凸轮的轮廓曲线。（4）设计凸轮机构应注意的问题。在选择滚子半径，必须保证滚