机械设计基础课件!凸轮机构H.ppt

1、2020/8/2,编制：吕亚清,1,机械设计基础,主讲：吕亚清 机电工程学院 机械设计研究室,2020/8/2,编制：吕亚清,2,第三章 凸轮机构Cam Mechanisms,凸轮机构常用于将主动件的连续转动转变为从动件的往复移动或摆动，能使从动件获得任意预先给定的运动规律，因而广泛用于各种机械、仪表和操作装置中。,2020/8/2,编制：吕亚清,3,第三章 凸轮机构Cam Mechanisms,31凸轮机构的组成、应用和分类 32从动件常用运动规律 33图解法设计凸轮轮廓 34凸轮机构设计中的几个问题,2020/8/2,编制：吕亚清,4,一、组成,由三个构件组成的一种高副机构 凸轮cam：具

2、有曲线轮廓或凹槽的构件 推杆/ 从动件follower，运动规律由凸轮廓线和运动尺寸决定 机架 frame,内燃机配气机构,31凸轮机构的组成、应用和分类,2020/8/2,编制：吕亚清,5,二、特点,优点： 实现各种复杂的运动要求 结构简单、紧凑 设计方便 缺点： 点、线接触，易磨损，不适合高速、重载,2020/8/2,编制：吕亚清,6,三、分类及应用,按凸轮的形状分 按从动件的形状分 按从动件的运动形式分 按从动件的布置形式分 按凸轮与从动件维持高副接触的方法分 小结,2020/8/2,编制：吕亚清,7,1 . 按凸轮的形状分,盘形凸轮plate, 应用 凸轮呈向径变化的盘形 结构简单,

3、应用最广泛 移动凸轮traslating, 应用 凸轮呈板型, 直线移动,圆柱凸轮cylindrical, 应用 空间凸轮机构 凸轮轮廓做在圆柱体上 空间运动,2020/8/2,编制：吕亚清,8,2. 按从动件的形状分,尖顶推杆 Knife-edge 尖顶始终能够与凸轮轮廓保持接触，可实现复杂的运动规律 易磨损，只宜用于轻载、低速 滚子推杆 Roller 耐磨、承载大，较常用,平底推杆 Flat-faced 接触面易形成油膜，利于润滑，常用于高速运动 配合的凸轮轮廓必须全部外凸,尖顶推杆,滚子推杆,平底推杆,平底推杆,2020/8/2,编制：吕亚清,9,3 . 按从动件的运动形式分,直动推杆t

4、ranslating 往复移动 轨迹为直线,摆动推杆oscillating 往复摆动 轨迹为圆弧,直动推杆,摆动推杆,动画,2020/8/2,编制：吕亚清,10,4 . 按从动件的布置形式分,对心in-line直动推杆,偏置offset直动推杆,2020/8/2,编制：吕亚清,11,5.按凸轮与从动件维持高副接触的方法分,力封闭型（力锁合） Force-closed,形封闭型（形锁合） Form-closed,2020/8/2,编制：吕亚清,12,6. 小结,一般凸轮机构的命名原则: 布置形式+运动形式+推杆形状+凸轮形状,对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构,偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构,摆动平底推

5、杆盘形凸轮机构,2020/8/2,编制：吕亚清,13,31从动件的常用运动规律 Follower Motion Curves,凸轮与从动件的运动关系 从动件常用运动规律,2020/8/2,编制：吕亚清,14,1.基圆、基圆半径 rb,2.向径 r,3. 推程、推程角 ,4. 上停程 (远休) 上停程角 (远休止角) s,5. 回程、回程角 ,6. 下停程 (近休) 下停程角 (近休止角) s,7. 转角、位移S,8. 行程 (升程)h total follower travel or lift,r,S,h,s,一.凸轮与从动件的运动关系,2020/8/2,编制：吕亚清,15,一.凸轮与从动件的

6、运动关系（续）,可见: 从动件的运动规律是与凸轮轮廓曲线的形状相对应的。,从动件位移s、速度、加速度a随凸轮转角（时间t）的变化规律，称为从动件运动规律。,2020/8/2,编制：吕亚清,16,1. 等速运动规律Constant Velocity Motion Curve (直线位移运动规律、 一次多项式运动规律),S,d,d0,H,V,d,d0,a,d,Hw,d0,d0,特点：设计简单、匀速进给、amax 最大。 始点、末点有刚性冲击。,二.从动件常用运动规律,2020/8/2,编制：吕亚清,17,2. 等加速等减速运动规律Constant Acceleration and Decelera

7、tion (抛物线位移运动规律、二次多项式运动规律),S,d,d0,H,V,d,d0,a,d,2Hw,d0,d0,4Hw2,d0,d0,H,特点: amax 最小, 惯性力小。,起、中、末点有软性(柔性） 冲击.,S,d,2020/8/2,编制：吕亚清,18,a,d,3.余弦加速度运动规律Cosine Acceleration (简谐Simple Harmonic运动位移运动规律),d0,H,0 1 2 3 4 5 6 7 8,1,2,3,4,5,6,7,8,S,d,V,d,0 1 2 3 4 5 6 7 8,d0,pHw,2d0,0,1,2,3,4,5,6,7,8,p2Hw2,2d02,0,

8、1,2,3,4,5,6,特点: 加速度变化连续平缓. 始、末点有软性冲击.,0 1 2 3 4 5 6 7 8,d0,7,8,2020/8/2,编制：吕亚清,19,a,d,d0,pHw2,d02,0,1,2,4,6,7,8,0 1 2 3 4 5 6 7 8,3,4.正弦加速度运动规律 Sine Acceleration,V,d,2Hw,d0,0,1,2,3,4,6,8,d0,0 1 2 3 4 5 6 7 8,5,5,7,H,p,特点： 加速度变化连续. amax 最大.,(摆线投影位移运动Cycloid Motion规律),d0,1 2 3 4 5 6 7 8,d,H,1,2,3,4,5,

9、6,S,7,0,0,2020/8/2,编制：吕亚清,20,解析法、作图法 相对运动原理法:(也称反转法):principle of inversion 对整个系统施加-运动,此时，凸轮保持不动 推杆作复合运动=反转运动(-) +预期运动(s),33图解法设计凸轮轮廓Graphical Synthesis of the cam Contour,一、凸轮廓线设计的基本原理,2020/8/2,编制：吕亚清,21,二、作图法设计凸轮廓线,作图步骤： 1 根据从动件的运动规律：作出位移线图S2-1，并等分角度 2 定基圆 3 作出推杆在反转运动中依次占据的位置 4 据运动规律，求出从动件在预期运动中依次

10、占据的位置 5 将两种运动复合，就求出了从动件尖端在复合运动中依次占据的位置点 6 将各位置点联接成光滑的曲线 7 在理论轮廓上再作出凸轮的实际轮廓,1 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构 2 对心直动滚子推杆盘形凸轮机构 3 对心直动平底推杆盘形凸轮机构 4 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构 5 摆动推杆盘形凸轮机构 6 小结,2020/8/2,编制：吕亚清,22,1 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构Plate Cam with in-line Translating Knife-edge Follower,已知：r0，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动 设计：凸轮廓线,解： 1. 定比例尺l 2. 初始位

11、置及推杆位移曲线 3. 确定推杆反转运动占据的各位置 4. 确定推杆预期运动占据的各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线,2020/8/2,编制：吕亚清,23,2 对心直动滚子推杆盘形凸轮机构,已知：r0，推杆运动规律，滚子半径rr, 凸轮逆时针方向转动 设计：凸轮廓线,解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推杆位移曲线 注：两条廓线，理论实际廓线 实际廓线基圆rmin 理论廓线基圆r0 3. 确定推杆反转运动占据的各位置 4. 确定推杆预期运动占据的各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线,2020/8/2,编制：吕亚清,24,3 对心直动平底推杆盘形凸轮

12、机构,已知：r0，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动 设计：凸轮廓线,解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推杆位移曲线 3. 确定推杆反转运动占据的各位置 4. 确定推杆预期运动占据的各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线,了解,2020/8/2,编制：吕亚清,25,4 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构,已知：r0，偏置圆半径e，推杆运动规律，凸轮 逆时针方向转动 设计：凸轮廓线,解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推杆位移曲线 偏距圆、基圆 3. 确定推杆反转运动占据的各位置 4. 确定推杆预期运动占据的各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线,了解,20

13、20/8/2,编制：吕亚清,26,5 摆动推杆盘形凸轮机构,分析：,2020/8/2,编制：吕亚清,27,摆动推杆盘形凸轮机构设计,已知：r0，机架长度，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动 设计：凸轮廓线,解： 1. 定比例尺l 2. 初始位置及推杆位移曲线 3. 确定推杆反转运动占据的各位置 4. 确定推杆预期运动占据的各位置 5. 推杆高副元素族 6. 推杆高副元素的包络线,2020/8/2,编制：吕亚清,28,6 小结,应用反转法时应注意： 要能正确理解凸轮实际廓线和理论廓线的关系 要正确确定推杆的反转方向 正确确定推杆在反转运动中占据的位置 直动推杆：推杆在反转前后两位置线的夹角应等于凸

14、轮的转角 摆动推杆：反转前后推杆摆动中心和凸轮轴心的两连线之间的夹角应等于凸轮的转角 正确确定推杆的位移或摆角 直动推杆：位移等于推杆所在位置与理论廓线的交点和与基圆交点之间的距离 摆动推杆：角位移等于推杆所在位置与推杆起始位置之间的夹角,2020/8/2,编制：吕亚清,29,实际廓线曲率半径：a 理论廓线曲率半径： 滚子半径： rr 1 内凹凸轮廓线 a= +rr 理论廓线最小 结论：无论滚子半径多大，总能由理论廓线得到实际廓线,一、滚子半径的选择,2 外凸凸轮廓线 a= -rr rr，a0，实际廓线平滑 =rr，a=0，实际廓线变尖 rr，a0，实际廓线出现交叉，切割， 运动失真,a= -

15、rr0,a= +rr,rr,a= -rr0, = rr,a= -rr0, rr,34凸轮机构设计中的几个问题,2020/8/2,编制：吕亚清,30,结论:,内凹凸轮廓线： 滚子半径无限制 外凸凸轮廓线： 理论轮廓的最小曲率半径大于滚子半径, 即minrr 实际设计时，应保证amin = min -rr a =35 mm,2020/8/2,编制：吕亚清,31,1.压力角a 与驱动力 F,a,a F2 F1 效率 当 a 大于一定值, 将自锁. 一般, 推程 a = 30 (移动) 35 45 (摆动) 回程 a = 70 80,a 过大将造成滑脱,二.凸轮机构的压力角,F2,F1,F,F1F （

16、有效分力）,F2F （有害分力）,2020/8/2,编制：吕亚清,32,2.压力角与基圆半径,基圆r0 越小 结构紧凑 压力角 效率 原则 max ,基圆越大凸轮推程廓线越平缓压力角越小； 基圆越小，凸轮推程廓线越陡峭，压力角越大；导致磨损加剧，甚至引起机构自锁。,2020/8/2,编制：吕亚清,33,2. 压力角 a 与基圆半径 r0（续）,tga = ,CPBC,=,OP - OC,BC,其中： 据三心定理 VP1 = VP2, OC = e, BC =,即: OPw = V,得: OP = V/w,S + S0,= S +,r02 - e2,从而 tga =,V/w - e,S +,r02 - e2,C,B,P,a,1,2,3,S0,显然, R0 a ,3. 偏置方向与