第03章 凸轮机构.ppt

1、1,第3章 凸轮机构,31 凸轮机构的应用和分类,32 从动件的常用运动规律,33 凸轮机构的压力角,34 图解法设计凸轮轮廓,35 解析法设计凸轮轮廓,2,3-1 凸轮机构的应用和分类,结构：三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。,作用：将连续回转 = 从动件直线移动或摆动。,优点：可精确实现推杆任意运动规律，简单紧凑。,缺点：易磨损传力不大；从动件行程小，否则凸轮笨重。,应用：自动机械、自动控制装置、 内燃机等。,分类：1)按凸轮形状分：盘形、 移动、 圆柱凸轮 ( 端面 ) 。,2)按推杆形状分：尖顶、 滚子、 平底推杆。,特点： 尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；,滚子磨损小，

2、应用广；,平底受力好、润滑好，用于高速传动。,实例,3,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,3).按推杆运动分：直动(对心、偏置)、 摆动,4).按保持接触方式分： 力封闭（重力、弹簧等）,内燃机气门机构,机床进给机构,几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮),4,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,主回凸轮,等宽凸轮,从动件上的两个滚子的中心连线通过凸轮中心 ，并且这两个滚子与凸轮始终接触。,又叫共扼凸轮，一个凸轮负责推程，一个负责回程。,5,作者：潘存云教授,绕线机构,应用实例：,6,作者：潘存云教授,7,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,送料机构,8,作者：潘存云教

3、授,凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;,一、名词术语,基圆、,推程运动角、,基圆半径、,推程、,远休止角、,回程运动角、,回程、,近休止角.,而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。,2)从动件运动规律;,3)合理确定结构尺寸;,4)设计轮廓曲线。,3-2 从动件的常用运动规律,9,作者：潘存云教授,运动规律：从动件在推程或回程时，其位移S、速度V、 和加速度a 随时间t 的变化规律。 凸轮转角与时间t 成正比，所以常用从动件的运动参数随凸轮转角的变化规律来表示其运动规律。,从动件位移线图取决于凸轮轮廓曲线的形状。,S=S(t)= S() V=V(

4、t) = V() a=a(t) = a (),10,作者：潘存云教授,推程运动角:t，从动件升程：h，推程运动时间：T,得：vh/T,推程运动方程： sh/t,v h /t,刚性冲击,同理得回程运动方程： sh(1-/h ),v-h /h,a0,a 0,1.等速运动规律,从动件做等速运动，速度有瞬时突变.,二、从动件的常用运动规律,s vtht/T,a dv/dt0,凸轮转角 t,t T,v0,11,2.等加等减速运动规律,其运动过程是加、减速各占一半。,推程加速上升段边界条件：,起始点：=0， s =0， v = 0,中间点：=t /2，s=h/2,加速段推程运动方程为：,s 2h2 /t2

5、,v 4h /t2,a 4h2 /t2,位移曲线为一抛物线。,12,作者：潘存云教授,推程减速上升段边界条件：,终止点：=t ，s=h，v0,中间点：=t /2，s=h/2,减速段推程运动方程为：,s h-2h(t )2/t2,v4h(t-)/t2,a-4h2 /t2,加速度有突变，柔性冲击,13,14,作者：潘存云教授,设计：潘存云,3、简谐运动规律,点在圆周上作匀速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动称为简谐运动。,推程： sh1-cos(/t)/2,v hsin(/t)/2t,a 2h2 cos(/t)/22t,回程： sh1cos(/h)/2,v-hsin(/h)/2h,a-2

6、h2 cos(/h)/22h,在起始和终止处理论上a有突变，产生柔性冲击。,15,一、压力角与作用力的关系,压力角-作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角称为压力角。,33 凸轮机构的压力角,凸轮机构压力角: 接触轮廓法线与从动件速度方向所夹的锐角。,压力角增大，有害分力越大，当其引起的摩擦阻力大于有用分力时，无论凸轮加给从动件的作用力多大，从动件将不能运动，这种现象称为自锁。,16,作者：潘存云教授,工程上要求：max ,推程直动推杆：30,推程摆动推杆：3545,回程：7080,提问：平底推杆？,0,凸轮轮廓曲线上各点的压力角一般是变化的。,17,作者：潘存云教授,P点为

7、相对瞬心：,由BCP得:,ds/d,OP= v/,= ds/dt / d/dt,=ds/d,运动规律确定之后，凸轮机构的压力角与基圆半径r0直接相关。,=(ds/d-e)/(s0+s),tg=(OP-e)/BC,r0 ,图示凸轮机构中，导路位于右侧。,C,二、压力角与凸轮机构尺寸的关系,说明：基圆半径越小，压力角越大，但凸轮尺寸缩小，结构紧凑。,18,作者：潘存云教授,设计：潘存云,一、凸轮廓线设计方法的基本原理,反转原理：,依据此原理可以用几何作图的方法 设计凸轮的轮廓曲线.,给整个凸轮机构施以-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。,

8、34 图解法设计凸轮轮廓,19,作者：潘存云教授,设计：潘存云,已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,设计步骤小结：,选比例尺l作基圆r0。,反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。,确定反转后从动件尖顶在各等分点的位置。,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,1.直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,二、用作图法设计凸轮轮廓,（1）对心尖顶直动从动件盘形凸轮,20,作者：潘存云教授,设计：潘存云,已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。,偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构,21,作者：潘存云教授,(2)对心滚子直动推杆盘形凸轮机构,设计：潘

9、存云,理论轮廓,实际轮廓,作各位置滚子圆的内(外)包络线，为实际轮廓。,已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,22,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,设计：潘存云,a工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径， rT滚子半径,rT,arT0,对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使： min rT,滚子半径的确定,arT,rT,arT0,轮廓正常,轮廓变尖, rT,arT,轮廓正常,外凸,23,工程上要求工作轮廓的曲率半径 amin 15mm,若不满足此条件时：,增大r0,减小rr,arT,对于外凸轮廓，,24,作者：潘存云教授,(3)对心平底直动推杆盘形凸轮机构,设计：潘存云,已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,设计步骤：, 选比例尺l作基圆r0。, 反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。, 确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。, 作平底直线族的内包络线。,25,作者：潘存云教授,平底推杆平底尺寸l 的确定,l = 2 lmax+ (57) mm,26,作者：潘存云教授,2 摆动尖顶推杆盘形凸轮机构,设计：潘存云,已知凸轮的基圆半径r0，角速度，摆杆长度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。,27,本章重点：, 了解凸轮机构的类型。掌握凸轮机构的