武理工机械设计基础A课件第3章 凸轮机构设计

第三章

凸轮机构设计

1武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@利用分度凸轮机构实现转位圆柱凸轮机构在机械加工中的应用第三章凸轮机构CAMS§3-1凸轮机构的应用及分类一、凸轮机构的应用

凸轮机构——高副机构，可方便实现各种复杂的预期的运动规律2武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@1.按凸轮形状分

1）盘形凸轮(DiskCam)

二、凸轮机构的分类(ClassificationofCams）2）移动凸轮(TranslatingCam)3）空间凸轮(SpatialCam)凸轮机构的应用及分类3武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@内燃机配气凸轮机构凸轮机构的应用及分类4武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@冲压机凸轮机构的应用及分类5武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@2.按从动件形式分1）尖顶从动件(TipFollower)2）滚子从动件(RollerFollower)3）平底从动件(Flat-facedFollower)凸轮机构的应用及分类6武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@3.按从动件运动形式分2）摆动从动件(Oscillating

)1）移动从动件(TranslatingFollower)凸轮机构的应用及分类7武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@从动件行程:

在推程或回程中从动件的最大位移,用

h

表示；

偏距:

凸轮回转中心与从动件导路间的偏置距离,用e

表示。§3-2从动件常用运动规律一、基本术语凸轮基圆：以凸轮轴心为圆心,以其理论轮廓最小向径

r0为半径的圆；推程运动角

t：与从动件推程相对应的凸轮转角

远休止角

s：与从动件远休程相对应的凸轮转角

回程运动角

h：与从动件回程相对应的凸轮转角近休止角

s'：与从动件近休程相对应的凸轮转角位移线图8武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@h三、凸轮机构的工作原理S

(A)BCD(,S)

S

’

S’hSAB’O

eCDBOrb

基圆推程运动角远休止角近休止角回程运动角9武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@二、从动件运动规律(LawofMotionofFollower)

以推程为例进行分析1.等速运动规律(LawofConstantVelocityMotion)

从动件运动的速度为常数称为等速运动规律v2=v0=常数s2=v0ta2==0开始a2=停止a2=开始、停止时加速度无穷大，惯性力也无穷大，我们把加速度无穷大引起的冲击称刚性冲击.只适用于低速和从动件质量较小的凸轮机构

10武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@2.等加速等减速运动规律(LawofConstantAccelerationandDecelerationMotion)从动件在前半推程（回程）作等加速运动，在后半推程（回程）作等减速运动，通常加速度和减速度绝对值相等。在起始点及等加等减的交结点加速度发生突变，产生柔性冲击，适宜于中、低速，轻载场合。11武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@3.余弦加速度(简谐)运动规律(LawofCosineAccelerationMotion)简谐运动——质点在圆周上作匀速运动，它在该圆直径上的投影所构成的运动s2=R-R其中R=12武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@即位移方程：速度曲线方程：加速度曲线方程：行程始末会引起柔性冲击，只适于中速场合，此外，还有其它的加速度运动规律。为了获得更好的运动特性，可以把各种运动规律组合起来应用，组合时应保证加速度线图始终保持连续。13武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@三、从动件运动规律的选择

选择考虑因素：刚性冲击和柔性冲击vmax和amax§3-3盘状凸轮轮廓的设计一、反转法凸轮机构的相对运动情况：凸轮

1方向转+从动件移凸轮静止从动件移+从动件以-

1

方向绕凸轮回中心转动从动件始终与凸轮保持接触，从动件尖顶的一系列位置——凸轮轮廓凸轮运动14武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@二、对心尖顶直动从动件凸轮轮廓的设计(LineTranslatingTipFollowerCams)1.已知条件：基圆半径r0,凸轮的转动方向，从动件的位移线图s2=f(

1)2.设计步骤（1）按同一比例尺绘制从动件位移线图和基圆。（2）等分从动件位移线图和基圆。（3）量取11’=C1B1,22’=C2B2,…

得B1，B2，…（4）以光滑曲线连C0，B1，B2，…得凸轮轮廓曲线盘状凸轮轮廓的设计15武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）

2S

1123s1s2hOrb-

1

1s122's23'3h1'

1s116武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@把滚子中心看成是尖端从动件的尖点，绘理论轮廓曲线，然后以理论轮廓曲线上各点为圆心画一系列滚子圆，作这些滚子圆的内包络线为实际轮廓曲线。（注意基圆半径r0）三、移动滚子从动件凸轮机构(TranslatingRollerFollwerDiskCams)的设计演示17武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）

2S

1123s1s2h-

11

11's1Orb

es22h3已知：S=S（

），rb，e，，rr四、摆动尖顶动件凸轮机构的设计18武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@§3-4凸轮设计中应注意的问题设计中要求受力良好，结构紧凑。一、凸轮机构的压力角和自锁PressureAngleAndSelfLock驱动力F与从动件绝对速度所夹锐角

称为压力角。

沿导路方向(有用)力F可分解为：对导路的压力(有害)当F’’f＞F’时发生自锁。一般要求[

]=30°～38°19武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@二、压力角与基圆半径的关系复习：点的合成运动动点相对于定参考系的运动，称为绝对运动a动点相对于动参考系的运动，称为相对运动.动参考系相对于定参考系的运动，称为牵连运动,点的速度合成定理：动点在某瞬时的绝对速度等于瞬时牵连速度与相对速度的矢量和。其中

VB2=V2

VB1=ω(r0+s2)V2=ω(r0+s2)tg

运动规律给定结构不紧凑,它们成反比关系.20武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@三、滚子半径的选择(SelectionofRollerRadius)1.凸轮理论轮廓为内凹2.凸轮理论轮廓为外凸时

实际轮廓

理论轮廓

理论轮廓

实际轮廓

21武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@

1)当ρmin>rs

时,ρsmin>0,实际轮廓为一光滑曲线。2)当ρmin=rs

时,ρsmin=0,工作轮廓上出现尖点,极易磨损，会引起运动失真。22武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@

3)当ρmin<rs

时,ρsmin<0，实际轮廓将出现交叉现象，会引起运动失真。演示23武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@故：对外凸的凸轮轮廓曲线，应使滚子半径rs小于理论轮廓曲线的最小曲率半径。常取rs≤0.8ρmin

24武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@本章英语主题词凸轮轮廓camsurface盘形凸轮diskcam移动凸轮translatingcam圆柱凸轮cylindricalcam(drumcam)尖端从动件knife-edge(tip)follower滚子从动件rollerfollower平底从动件plain-facedfollower直动从动件rectilineartranslatingfollower摆动从动件pivotedfollower基圆primecircle行程travel(stroke)推程actuatingtravel回程returntravel刚性冲击rigidshock柔性冲击softshock25武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@本章小结26武汉理工大学物流工程学院罗齐汉qhluo@重点学习内容1.用反转法绘制盘状凸轮轮廓线。2.了解凸轮机构的压力角和自锁的关系，压力角和基圆半径的关系，以及滚子半径与轮廓曲线形状的关系。