凸轮机构的运动分析与设计.ppt

1、学习情境四（4课时）,凸轮机构的运动分析与设计,能力目标：,能够正确分析凸轮机构的类型及特点并合理利用；,能够初步进行凸轮机构的设计。,环节一、提出工作任务,任务：设计某凸轮机构。,已 知理论轮廓基圆半径 rb=40mm，从动件的运动规律如下图所示，凸轮逆时针转动，试用作图法设计盘形凸轮轮廓曲线。,环节二、资讯,一、凸轮机构的应用及分类,1、凸轮机构的组成及特点,组成：,凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的构件,从动件（推杆) :运动规律由凸轮廓线决定的构件,机 架,凸轮机构由凸轮1、从动件2、机架3三个基本构件组成。是一种高副机构。通常凸轮作连续等速转动，从动件则在凸轮轮廓的控制下按预定的运动规律作往

2、复移动或摆动。,优点： 结构简单、紧凑，占用空间小； 具有多用性和灵活性，只要恰当地设计凸轮的轮廓曲线，可使从动件实现任意预定的运动规律。,缺点： 易于磨损, 多用于传力不大的场合； 凸轮轮廓精度高，加工难度较大； 从动件的行程不能过大，否则使凸轮笨重。,2、凸轮机构的应用,进刀凸轮机构,凸轮机构的优点： 只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实现从动件复杂的运动规律；结构简单，运动可靠。 缺点：从动件与凸轮接触应力大， 易磨损 用途：载荷较小的运动控制,凸轮机构：凸轮是一个具有曲线轮廓的构件。含有凸轮的机构称为凸轮机构。它由凸轮、从动件和机架组成。,自动送料机构,靠模车削机构,3、凸轮机构的分类,

3、（1）、按凸轮的形状分,盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮,可看成是移动凸轮卷在圆柱体上,凸轮绕固定轴回转,相当于机架往复直线移动,尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件,（2）、按从动件几何形状分,能与任意凸轮轮廓保持接触，可实现复杂的运动规律；易磨损，只宜用于轻载、低速,耐磨、承载大，较常用,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,（3）、按凸轮与从动件的锁合（维持高副接触）形式分,力锁合凸轮机构,依靠从动件的重力、弹簧力或其他外力,几何锁合凸轮机构,沟槽凸轮机构,等宽凸轮机构,依靠凸轮和从动件的特殊几何形状而始终维持接触。,等径凸轮机构,共轭凸轮机构,（4）、根据

4、从动件的运动形式分,摆动从动件,对心移动从动件,偏置移动从动件,根据从动件的运动形式分,摆动从动件凸轮机构,移动从动件凸轮机构（对心、偏置）, 盘形凸轮凸轮为具有变化向径的盘状构件，凸轮绕定轴转动时，可推动从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动。,盘形凸轮实物,盘形凸轮机构, 移动凸轮当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，盘形凸轮就演化成了移动凸轮。凸轮呈板状，相对机架做直线运动。,移动凸轮,靠模车削机构, 圆柱凸轮凸轮是一个具有曲线凹槽或端面曲线轮廓的圆柱，可以看成是把移动凸轮卷成圆柱体演化而成。,自动送料机构,圆柱凸轮实物,尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件 直动从动件 摆动从动件,2、按从动件形状

5、及运动类型分：,三、凸轮机构的应用举例,1、自动送料机构,2、内燃机配气机构,3、绕线机构,凸轮打包送书机构,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,摆动平底推杆盘形凸轮机构,从动件的常用运动规律,位移线图的形成,一、凸轮机构从动件运动规律与凸轮形状的关系,从动件的常用运动规律,反转法求位移线图,回程，回程运动角h 休止，休止角s、s 行程（推程或回程中移动的距离），h 运动线图：从动件的位移s、速度v、加速度a等随时间t或凸轮转角d变化的关系图。,二、从动件常用的运动规律,从动件的运动规律是指从动件的位移、速度、加

6、速度等随时间t或凸轮转角变化的规律。,基圆，基圆半径rb 推程，推程运动角t,动画演示,1、凸轮机构的基本名词术语,2、从动件常用的运动规律,从动件的运动规律的数学方程式为：,位移,速度,加速度,（1）、等速运动规律,冲击特性：始点、末点刚性冲击 适用场合：低速轻载,位移,速度,加速度,运动线图,（2）、等加速等减速运动规律,冲击特性：起、中、末点柔性冲击 适用场合：低速轻载,v,运动线图,（3）、余弦加速度运动规律,冲击特性：始、末点有软性冲击 适用场合：中低速、中轻载,运动线图,（4）、正弦加速度运动规律,0 1 2 3 4 5 6 7 8,h,t,冲击特性：无冲击 适用场合：高速轻载,t

7、,t,运动线图,三、凸轮轮廓轮廓设计,“反转法“原理,0,1”,2”,3”,4”,o,o,作图步骤： 根据从动件的运动规律：作出位移线图S-t，并等分角度； 定基圆； 作出推杆在反转运动中依次占据的位置点； 将各位置点联接成光滑的曲线； 在理论轮廓上再作出凸轮的实际轮廓。,作图法设计凸轮廓线,（1）、对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构,已知：rb ，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动。 设计：凸轮廓线,定比例尺 初始位置及推杆位移曲线 确定推杆反转运动占据的各位置点 将各位置点联接成光滑的曲线,即为轮廓曲线。,求解步骤：,（2）、对心直动滚子推杆盘形凸轮机构,已知：rb ，推杆运动规律，滚子半径rk,

8、 凸轮逆时针方向转动 设计：凸轮廓线,求解步骤：,定比例尺 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rb 确定推杆反转运动占据的各位置； 将各位置点联接成光滑的曲线,即为理论轮廓曲线； 作出高副元素的包络线。,（3）、对心直动平底推杆盘形凸轮机构,已知：rb ，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动 设计：凸轮廓线,求解步骤：,定比例尺 初始位置及推杆位移曲线 确定推杆反转运动占据的各位置点； 作推杆高副元素的包络线。,（4）、偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构,了解,已知：rb，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,定比例尺 初始

9、位置及推杆位移曲线 偏距圆、基圆 确定推杆反转运动占据的各位置点； 作推杆高副元素的包络线。,求解步骤：,环节三、小组讨论完成任务,任务：设计内燃机凸轮配气机构。,已 知理论轮廓基圆半径 rb=40mm，从动件的运动规律如下图所示，凸轮逆时针转动，试用作图法设计内燃机配气机构盘形凸轮轮廓曲线。,1、尖顶对心移动从动件盘形凸轮的设计,1）已知条件：位移线图如下，基圆半径为rb=40mm，凸轮以等角速度1逆时针转动，试绘制凸轮的轮廓曲线。,图解法设计凸轮轮廓,解: 1. 把位移曲线等分成12等份，编号,S,d,0,H,图解法设计凸轮轮廓,2. 按 1：1 比例作基圆，分12等份，逆着凸轮转向编号,

10、1,2,7,4,5,6,8,9,10,12,3,w,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,3. 作等分射线,4. 在等分射线上截取相应角度的位移，得尖顶各位置,5. 用曲线光滑连接各点，得凸轮轮廓曲线,解: 1. 把位移曲线等分成12等份，编号,S,d,0,H,图解法设计凸轮轮廓,2. 以 mS =1：1 作基圆，分12等份，逆着凸轮转向编号,1,2,7,4,5,6,8,9,10,12,3,w,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,3. 作等分射线,4. 在等分射线上截取相应角度的位移，得尖顶各位置,5. 用曲线光滑连接各点，得凸轮轮廓曲线,理论廓线,实际廓线,2、滚子对心移动

11、从动件盘形凸轮的设计,按尖底从动件的设计方法，作出理论轮廓曲线在理论轮廓上画出一系列滚子，画出滚子的内包络线得到实际轮廓曲线。,视野拓展 间歇运动机构,用以实现制动、进给、转位或分度功能。,一、棘轮机构,（一）、棘轮机构的组成,棘轮机构由摆杆、棘爪、棘轮、机架、止回爪等部分组成。,棘轮机构的工作原理、特点和应用,摆杆1左右摆动，当摆杆左摆时，棘爪4插入棘轮3的齿内推动棘轮转过某一角度。当摆杆右摆时，棘爪4滑过棘轮3，而棘轮静止不动，往复循环，制动爪5防止棘轮反转。,如果要求摇杆往复运动时都能使棘轮向同一方向转动，则可采用图所示的双动式棘轮机构。,如果要求棘轮作双向间歇运动时，可采用具有矩形齿的

12、棘轮以及与之相适应的双向棘爪。,有齿的棘轮机构运动可靠，从动棘轮容易实现有级调节，但是有噪声、冲击，轮齿易摩损，高速时尤其严重，常用于低速、轻载的间歇传动。,起重机、绞盘常用棘轮机构使提升的重物能停在任何位置，以防止由于停电等原因造成事故。,自行车后轮,牛头刨床的横向进给机构,(二)、棘轮机构的类型,1、 外接棘轮机构,2、 内接棘轮机构,3、 双棘爪棘轮机构,4、 双向棘轮机构,（一）、槽轮机构的组成,典型槽轮机构由主动拨盘、从动槽轮和机架等组成。,二、槽轮机构,槽轮机构的结构及工作原理,G,工作原理：拨盘的连续运动转换为槽轮的单向间歇运动。,拨盘,槽轮,定位盘,定位弧,锁止弧,槽轮每转动一次和停歇一次构成一个运动循环。,（二）、槽轮机构的类型,1、 外槽轮机构,2、 内槽轮机构,3、 空间槽轮机构,三、不完全齿轮机构,由普通齿轮机构演化而来，不同之处在于轮齿不布满整个圆周。主动轮转一周，从动轮转1/4周。从动轮停歇时，主动轮上的锁住弧与从动