第三章-凸轮机构设计

1、1,第三章 凸轮机构设计,2,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,3,1. 按凸轮形状分 1）盘形凸轮 (Disk Cam),二、凸轮机构 的分类(Classification of Cams）,2）移动凸轮 (Translating Cam),3）空间凸轮(Spatial Cam),凸轮机构的应用及分类,4,内燃机配气凸轮机构,凸轮机构的应用及分类,5,冲压机,凸轮机构的应用及分类,6,2. 按从动件形式分,1）尖顶从动件 (Tip Fo

2、llower),2）滚子从动件 (Roller Follower),3）平底从动件(Flat-faced Follower),凸轮机构的应用及分类,7,3. 按从动件 运动形式分,2）摆动从动件( Oscillating ),1）移动从动件 (Translating Follower),凸轮机构的应用及分类,8,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

3、,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,9,h,三、凸轮机构的工作原理,基圆,推程运动角,远休止角,近休止角,回程运动角,10,二、从动件运动规律(Law of Motion of Follower ) 以推程为例进行分析,1. 等速运动规律(Law of Constant Velocity Motion) 从动件运动的速度为常数称为等速运动规律,v2=v0=常数 s2=v0t,a2=,=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

4、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,11,2.等加速等减速运动规律 (Law of Constant Acceleration and Deceleration Motion),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。,12,3.余弦加速度(简谐)运动规律 (Law of Cosine Acceleration Motion),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=,13,即位

5、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。,14,三、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,15,二、对心尖顶直动从动件凸轮轮廓的设计(Line Translating T

6、ip Follower Cams),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,16,凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）,O,rb,17,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(T

7、ranslating Roller Follwer Disk Cams)的设计,演示,18,偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）,已知：S=S（），rb，e， ，rr,四、摆动尖顶动件凸轮机构的设计,19,3-4 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Pressure Angle And Self Lock,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Ff F 时发生自锁。 一般要求 =3038,20,二、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

8、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=(r0+s2) V2=(r0+s2)tg,运动规律给定,结构不紧凑,它们成反比关系.,21,三、滚子半径的选择(Selection of Roller Radius),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,22,1)当 min rs 时,smin0, 实际轮廓为一光滑曲线。,2)当min= rs 时,smin= 0, 工 作轮廓上出现尖点,极

9、易磨损，会引起运动失真。,23,3)当min rs 时,smin 0， 实际轮廓将出现交叉现象，会引起运动失真。,演示,24,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 0.8 min,25,本章英语主题词,凸轮轮廓 cam surface 盘形凸轮 disk cam 移动凸轮 translating cam 圆柱凸轮 cylindrical cam (drum cam) 尖端从动件 knife-edge (tip) follower 滚子从动件 roller follower 平底从动件 plain-faced follower 直动从动件 rectilinear translating follower 摆动从动件 pivoted follower 基圆 prime circle 行程 travel (stroke) 推程 actuating travel 回程 return travel 刚性冲击 rigid shock 柔性冲击 soft shock,26,本章小结,27,重点学习内容 1.用反转法绘制盘状凸轮轮廓