第九章-凸轮机构.ppt

1、机械原理，机电工程系统王会，9-1凸轮机构的应用和分类，9-2推杆的运动规则，9-3凸轮轮廓曲线的设计，9-4凸轮机构的基本尺寸的确定，第9章凸轮机构及其设计，基本要求，(avi )，1，凸轮机构的应用和分类，9-1凸轮机构的应用和分类，自动进给机构，自动机床凸轮机构的优点和缺点：只要设计适当的凸轮轮廓，就能使从动件实现所期望的运动规则，结构简单，紧凑，工作可靠。 缺点：凸轮为高副接触(点或线)，压力大，容易磨损，凸轮轮廓加工困难，费用高。 二、凸轮机构的分类、凸轮机构的分类、一.两可动部件间的相对运动特性的分类、二.从动部件的运动副要素的形状的分类、三.凸轮高副的锁定方式的分类、尖头从动部件

2、、辊从动部件、平底从动部件、一.两可动部件间的相对运动特性的分类(一)平面凸轮机构1 )盘凸轮(avi) (3)空间凸轮机构(avi )、(avi )、2 .按从动件运动副要素的形状分类(1)直动尖头从动件、心直动尖头从动件、偏移直动尖头从动件(avi )、(avi )，前端以任意复杂的凸轮轮廓接触，从动件可以实现任意的运动规则。 但是，前端部容易磨损，所以仅适用于低速的情况。 (2)直动滚子从动轴承、(avi )、凸轮和从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损小，可用于传递大的动力。 (3)直动平底从动件(avi )，从动件与凸轮之间容易形成油膜，润滑情况好，力平稳，传动效率高，经常用于高速场合。

3、 但是，与之相匹配的凸轮轮廓必须全部是凸的。 3 )根据运动形式，上述3种从动件可分为直动从动件、摆动从动件、平面复杂的运动从动件。 摆动滚子从动件、摆动尖头从动件、(avi )、(avi )、直动从动件：从动件往复移动，其运动轨迹为直线摆动从动件：从动件往复摆动，其运动轨迹为圆弧。 摆动平底从动件、平面复杂运动从动件、(avi )、4 .凸轮和从动件以保持高副接触的方法进行分类，利用(1)系合弹簧力、从动件的重力或其他外力，(2)形卡合高副元件自身的几何形状，槽凸轮、槽两侧面的距离与辊径相等。 优点：锁定方式结构简单缺点：凸轮尺寸和重量大，为等宽凸轮，凸轮廓线上任意两条平行线之间的距离都等于

4、框架内侧宽度。 缺点：从动件运动规则的选择受一定限制，等径凸轮，两滚子中心间的距离不变。 缺点：从动件运动规则的选择受到一定的限制，主回凸轮(共轭凸轮)中，一个凸轮使从动件进行正行程运动，另一个凸轮使从动件进行反行程运动。 优点：克服了等宽、等径凸轮的缺点。 缺点：结构复杂，要求制造精度。 凸轮机构的名称是：推杆的运动形式推杆的形式凸轮的形式右图：偏移直动尖头推杆的凸轮机构(avi )，运动规则：从动件的s、v、a根据凸轮角而变化的规则，s=s()，v=v()，a=。 r0， 360、从动件的四个运动过程：推力、远休、回来、近休、行程h :从动件的最大位移、一、基本概念、9-2推杆的运动规则、

5、边界条件：凸轮旋转推力运动角0-从动件上升h、(一)多项式运动规则、通式： s=c0 C1C22cnn (求一次微分系数的速度方程式： v=ds/dt，求二次微分系数的加速度方程式： a=dv/dt=2C22 C32n (n-1 ) cn2n-2，其中，-凸轮旋转角、d/dt=-凸轮角速度、Ci-未定系数。=C1 2C2 nCnn-1，凸轮回转运动角0 -从动件下降h，2，常用从动件运动规则，估计起始点：=0，s=0，代入： C0=0，C1=h/0，(1)估计运动方程同样地得到回归的运动方程式： (00 ) s=h (1-/0 )、v=-h/0、a=0、1 .一次多项式(等速运动)运动规则，约

6、定：凸轮旋转角从各级运动规则的开始位置测量推杆的位移s总是最低等速运动规则：360，等速运动规则，推杆在运动的开始和结束的瞬间，因为速度有突然变化，加速度理论上从零变为无限大，所以从动子产生大的惯性力，机构受到强的冲击的刚性冲击，适应的情况：低速轻载荷，2 .二次多项式(行程或回来的路上加减速，各占一半。 推移加速上升级边界条件：开始点：=0、s=0、v=0、中间点：=0/2、s=h/2、求出： C0=0、C1=0、C2=2h/20、加速级推移运动方程式：s=2h2/20、v=4h/20、a=40 减速级推移运动方程式：s=h-2h(0-)2/20，v=4h(0-)/20，a=-4h2/20，

7、加速度曲线有突变，在起点和终点处理论上，a是有限值， 冲击小的，被称为柔性冲击，适应的情况下：中速轻负荷，v=ds/dt=c12c23c32c43c54，s=10h (/0 )3- 15h (/0 ) 46h (/0 ) 5 边界条件：起点：=0、s=0、v=0、a=0、终点：=0、s=h、v=0、a=0、C0=C1=C2=0、C3=10h/03、C4=-15h/04、C5=6h/05、位移方程式：(2)。/2，v=hsin(/0)/(20 )，a=2h2cos(/0)/(220 )，(2)回归： s=h 1cos (/0 )/2，v=-hsin (/0 )/(20 ) a=-2 2 .正弦加

8、速度(摆线)运动规则(1)估计量： s=h/0-sin(2/0)/(2)，v=h1-cos(2/0)/0，a=2h2sin(2/0)/20， 半径R=h/2的滚动圆单纯地沿着纵坐标滚动，圆上的最初位于坐标原点的点其位移随时间变化的规律摆线运动的特征：没有刚性，适用灵活的冲击时：适合高速、三、改良型运动规则，为了改善运动特性而制定了几个运动规则、签名和等速的组合得到改进，作者：潘存云教授，选择四，运动规则，选择原则：1 .机械的工作过程要求凸轮旋转角度0的情况下，推杆完成一行程h (直线推杆)或(摆动推杆)，对运动规则严格请选择直线和圆弧等容易加工的曲线作为凸轮的轮廓曲线。 例如夹紧凸轮。 四、

9、选择运动规则、选择原则：二、机械的工作过程对推杆的运动有要求时，必须按照工作要求的运动规则设计凸轮廓线。 就像刀架进给凸轮一样。 3 .高速凸轮要求高动力特性，除了避免刚性和柔软的冲击外，还必须考虑Vmax和amax。 高速重载凸轮的Vmax和amax比较小的理由：amax，运动量mv，机构突然卡住时冲击力大(F=mv/t )。 重负荷凸轮适合选择Vmax小的运动规则。 惯性力F=-ma，强度和耐磨性。 对于高速凸轮，amax越小越好。 Vmax、Pn、9-3凸轮轮廓曲线的设计作图法，一、基于基本原理(反转法)，可以根据该原理设计凸轮轮廓曲线。二、凸轮机构设计的基本任务：4，4 .从动件运动规

10、则，2 .结构尺寸合理地决定，3 .凸轮的转向，1 .根据工作的要求选定凸轮机构的形式，凸轮的基础圆半径r0，角速度和从动件的运动规则，使用反转法，该凸轮的轮已知对心直动尖底从动件的圆板凸轮、三、直动件的圆板凸轮的轮廓的描绘，例如解：凸轮的基圆半径r0、角速度、偏心距离e和从动件的运动规则，用反转法设计该凸轮轮廓曲线。 2 .偏移直动尖底从动子盘凸轮：k9，k15，k8，注意：从动子的引导方向与偏移圆相接，不通过旋转中心o。 2 .偏移直动尖头推杆的凸轮机构如图2所示。 已知凸轮是偏心圆盘，圆盘半径R=30mm，几何中心为a，旋转中心为o，推杆偏差OD=e=10mm，OA=10mm，凸轮以等角

11、速度逆时针旋转。 凸轮处于图示位置，即ADCD时，以适当的比例绘图，图中为1 )形成凸轮的基圆2 )图示位置的凸轮机构压力角 3 )从动件从最低位置向图示位置旋转的凸轮角 4 )图示位置的推杆的位移s。、设计步骤的总结：1 .把滚子中心视为尖底，用尖底从动件的凸轮机构设计。 得到理论轮廓线的理论轮廓线的最小半径是基圆半径。、理论轮廓，2 .得到实际的轮廓线作为各位置的滚子圆的内(外)包络线。 3、了解滚子直线从动件的凸轮盘、凸轮的基圆半径r0、滚子半径rt、角速度和从动件的运动规则，设计了该凸轮轮廓曲线。 图中为悬臂直动滚子从动轴承的凸轮盘机构，凸轮为偏心盘。 以其直径D=42mm、滚子半径r

12、r=5mm、偏差e=6mm，在图中，画1 )基圆2 )画凸轮的理论轮廓曲线3 )画从动件的行程h，知道凸轮的基圆半径r0、角速度和从动件的运动规则，设计该凸轮轮廓曲线。 4 .求心直动平底从动件的凸轮板，、设计顺序总结：1 .将平底交点视为尖底，用尖底从动件的凸轮板机构设计。 得到各平底位置，2 .作为平底直线族的内包络线，得到实际的轮廓线。 已知凸轮的基圆半径r0、角速度、杆长度l以及杆旋转中心与凸轮旋转中心的距离d、杆角位移方程式，设计该凸轮轮廓曲线。 三、摆动从动件的凸轮机构，定义：施加在从动件上的正的压力和力作用的点b的速度方向的角度，在某种程度上大时，机构自锁。 在f一定的情况下，、

13、fff、，另一方面，压力角和容许值(曲线图上记载)，Ff，f，9-4凸轮机构的基本尺寸的确定，p点是相对瞬间心：BCP到： 2、2 .凸轮基圆半径的确定、ds/d、OP=v/、=ds/dt/d/dt、=ds/d(9-23 )，运动规则确定后，凸轮机构的压力角和基圆半径r0，=(ds/d-e)/(s0 s )，tg=(OP-e)/BC 与e、c同样地，在波导位于中心左侧的情况下，存在：CP=ds/d e、=(ds/d e)/(s0 s )、tg=(OP e)/BC、e、OP=v/、=ds/dt/d/dt，在此情况下，存在偏移存在直动推杆的凸轮机构有正确的偏移的问题！ “”用于波导和瞬心位于凸轮旋

14、转中心的两侧。正偏压中，很明显，波导和瞬心位于同一侧时，压力角会减少。 注意：可以用偏移法减小推力压力角，但同时增大返回压力角，偏移e不能太大。 正确的偏移：导轨位于与凸轮旋转方向相反的位置。正确的偏移，错误的偏移，“-”，用于波导和瞬心与凸轮的旋转中心在同一侧，使用负偏置，e、e、凸轮逆时针方向，从动件右偏置凸轮顺时针方向，从动件左偏置，设计时要求：，显然是对称的1 )基圆半径r0:2 )使对心加偏移：3 )平底从动件，tg=(ds/d-e)/(r02-e2)1/2 s，=0，r0下箭头，e下箭头，a-动作轮廓的曲率半径，-理论轮廓的曲率半径，rr-滚子半径，rr 工序上要求a15mm (工

15、作轮廓的最小曲率半径)，不满足该条件时：增大r0，减小rr，滚子半径的选择综合考虑了滚子的结构、强度、凸轮轮廓曲线形状等要素，在直线运动滚子从动凸轮机构中，向实际的轮廓线运动在直动滚子从动轴承凸轮机构中，滚子半径为什么能任意增大？4 .平底尺寸l的确定，a )作图法的确定：l=2lmax (57)mm(9-26 )，lmax=ds/dmax，p点为相对瞬间心，有：b )算法的确定：(向心d/dt=ds/d、l=2ds/dmax (57)mm(9-27 )、v=OP、平底推杆凸轮机构也有变形。 通过增大、r0可以解决该问题，总结：在进行凸起轮廓线设计之前需要确定r0，但在确定r0时，必须考虑结构条件(不能太小)、压力角、工作轮廓是否变形等因素。 条件允许时，请增大导轨长度l，减小悬臂尺寸b。 辊推杆必须决定rr，平底推杆必须决定适当的平底长度l。 必须满足强度和过程上的要求。 例，解：例题：偏移直动尖头推杆的凸轮机构如图所示。 已知凸轮是偏心圆盘，圆盘半径R=30mm，几何中心为a，旋转中心为o，推杆偏差OD=e=10mm，