《工学机械原理》PPT课件.ppt

1、9.1 凸轮机构的应用和类型 9.2 从动件常用运动规律 9.3 凸轮机构的压力角 9.4 图解法设计凸轮轮廓,第9章 凸轮机构及其设计, 9-1 凸轮机构的应用和类型,凸轮机构是通过凸轮与从动件间的接触来传递运动和动力，是一种常见的高副机构，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预定的复杂运动规律。,一 、凸轮机构组成,1、组成：凸轮，从动件，机架,2、作用：将凸轮的转动或移动转变 为从动件的移动或摆动,3、特点:只需设计适当的凸轮轮 廓，便可使从动件得到所需 的运动规律.,(1)结构简单、紧凑，工作可靠，容易设计； (2)高副接触，易磨损,内燃机配气凸轮机构,4、应

2、用：适用于传力不大的控制机构和调节机构,实现从动件不同位移,二 凸轮机构的类型,1、按凸轮的形状和运动分类,(1)、盘形回转凸轮,(2)、移动凸轮,(3)、圆柱凸轮,它可以看成是将移动凸轮卷绕 在圆柱体的外表面上而形成的, 属于空间凸轮机构.,2、按从动件的形状分类,(1)、尖顶从动件,(3)、平底从动件,(2)、滚子从动件,易磨损，承载能力低，用于轻载低速,磨损小，承载能力较大，用于中载中速,受力好，润滑好，常用于 高速,3、按从动件的运动形式,(1)、 直动从动件,(2)、摆动从动件,对心直动从动件,偏置直动从动件,直动从动件又分为：,4、按锁合方式的不同,（1）形锁合凸轮:如沟槽凸轮、等

3、径及等宽凸轮等。,（2）力锁合凸轮:如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等。,维持运动副中两个构件之间的接触方式称为锁合.,凸轮机构的命名：,从动件 原动件,对心 直动 尖顶 板 + + 滚子 + 推杆 + 盘形 + 凸轮机构 偏置 摆动 平底 圆柱,对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构,对心直动滚子推杆盘形凸轮机构,9-2 凸轮机构的运动特性,一、凸轮传动的工作过程,基圆：以凸轮最小半径r0所作 的圆，r0称为凸轮的基圆半径。 推程、推程运动角0：,远休、远休止角01 ：,回程、回程运动角0,近休、近休止角02,行程h ：从动件在推程或回程中移动的最大位移。,理论廓线与尖端从动件相接触的廓线,实际廓线与尖顶、

4、滚子或平底从动件相接触的廓线,二. 从动件常用运动规律,从动件的运动规律从动件的运动（位移、速度和加速度）与时间或凸轮转角间的关系。,从动件的运动规律既可以用线图表示，也可以用数学方程式表示。若从动件的位移方程为s = f() ，则,说明：凸轮一般为等速运动，有 = t 推杆运动规律常表示为推杆运动参数随凸轮转角变化的规律。,按照从动件在一个循环中是否需要停歇及停在何处等，可将凸轮机构从动件的位移曲线分成如下四种类型：,（1）升-停-回-停型,（2）升-回-停型,（3）升-停-回型,（4）升-回型,s,O,0,01,02,0,2,s,O,0,02,0,2,s,O,0,01,0,2,s,O,0,

5、0,2,多项式运动规律 一次多项式运动规律等速运动 二次多项式运动规律等加速等减速运动 五次多项式运动规律 三角函数运动规律 余弦加速度运动规律简谐运动规律 正弦加速度运动摆线运动规律 组合运动规律,从动件常用运动规律,多项式运动规律 s = C0+ C1 + C2 2+ Cn n,1.1一次多项式运动规律n=1,运动方程式一般表达式：,推程运动方程：,等速运动规律,等速运动规律(Constant velocity),边界条件,c0=0,c1=h/0,推程运动方程式：,作推程运动线图,从动件在起始和终止点速度有突变，使瞬时加速度趋于无穷大，从而产生无限值惯性力，并由此对凸轮产生冲击, 刚性冲击

6、(Rigid impulse),回程运动方程,c0=h,c1=-h/0,等速运动规律运动特性 从动件在运动起始和终止点存在刚性冲击 适用于低速轻载场合,1.2二次多项式运动规律n=2,运动方程式一般表达式：,s = C0+ C1 + C2 2,v = ds/dt = C1 +2C2 ,a = dv/dt = 2C2 2,等加速运动规律,等加速等减速运动规律 (Constant acceleration & deceleration),等加速等减速运动规律亦称为抛物线运动规律,注意：,为保证凸轮机构运动平稳性，常使推杆在一个行程h中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加速度和减速度的绝对

7、值相等。,例如：将推程0， 0划分为两个区段：,推程运动方程,推程等加速段边界条件：,运动始点：=0, s=0，v=0,运动终点： = 0/2，s=h/2,加速段运动方程式为：,推程等减速段边界条件：,运动始点： = 0/2，s=h/2,运动终点： = 0, s=h ，v=0,减速段运动方程式为：,作推程运动线图,作位移曲线,h/2,作推程运动线图,作速度曲线,作加速度曲线,从动件在起点、中点和终点，因加速度有有限值突变而引起推杆惯性力的有限值突变，并由此对凸轮产生有限值冲击,柔性冲击(Soft impulse),等加速等减速运动规律运动特性： 从动件在运动起始、中点和终止点存在柔性冲击 适用

8、于中速轻载场合,0,0/2,同理可得回程运动方程：,回程加速段运动方程式：,回程减速段运动方程式：,1.3n=5,五次多项式运动规律,五次多项式的一般表达式为,推程边界条件 在始点处：1=0, s1=0, v1=0, a1=0； 在终点处： 2= 0, s2=h, v2=0, a2=0；,解得待定系数为,位移方程式为,五次多项式运动规律的运动线图,五次多项式运动规律的运动特性 即无刚性冲击也无柔性冲击 适用于高速中载场合,五次多项式运动规律的运 动线图的绘制不要求掌握。,三角函数运动规律,2.1余弦加速度运动规律(半周期)（简谐运动规律）,升程加速度为1/2周期余弦波，故设：,a=C1cos(

9、t/t0)= C1cos(/0),则：,边界条件：,起点： =0 , s=0 , v=0,终点： = 0 , s=h,当 =0时， C1cos() 半个周期,升程运动规律：,同理，得回程运动规律：,余弦加速度运动规律的运动特性： 从动件加速度在起点和终点存在有限值突变，故有柔性冲击 若从动件作无停歇的升降升连续往复运动，加速度曲线变为连续曲线，可以避免柔性冲击 适用于中速中载场合,2.2正弦加速度运动规律(1周期)（Cycloidal motion 摆线运动）,推程段的运动线图,推程运动方程：,回程运动方程：,正弦加速度运动规律运动特性： 从动件加速度没有突变，因而将不产生任何冲击 适用于高速轻载场合,各种常用运动规律的比较,（推程）,组合运动规律,采用组合运动规律的目的： 避免有些运动规律引起的冲击，改善推杆其运动特性。 构造组合运动规律的原则： 根据工作要求选择主体运动规律，然后用其它运动规律组合； 保证各段运动规律在衔接点上的运动参数是连续的； 在运动始点和终点处，运动参数要满足边界条件。,组合运动规律示例,例1：改进梯形加速度运动规律 主运动：等加等减运动规律 组合运动：在加速度突变处以正弦加速度曲线过渡。,组合运动规律示例2： 组合方式： 主运动