凸轮机构.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,任务三 凸轮机构,一.任务资讯,1,.,（一）,凸轮机构的应用及分类,凸轮机构：,由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构,。,凸轮：,具有控制从动件运动规律的某种曲线或凹槽的主动件。,作等速回转运动或往复移动。,凸轮1,从动件2,机架3,O,1,1,2,.,（一）,凸轮机构的应用及分类,1、凸轮机构的应用,(Application of Cams),推杆,凸轮,机架,3,.,1、凸轮机构的应用,当圆柱凸轮匀速转动时，通过凹槽中的滚子驱使从动件往复移动。凸轮每回转一周，从动件即从储料器中推出一个毛坯，送到加工位置。,（一）,凸轮机构的应用及分类,4,.,1、凸轮机构的应用,（一）,凸轮机构的应用及分类,5,.,优点：,（一）,凸轮机构的应用及分类,凸轮机构的优缺点,构件少，运动链短，结构简单紧凑，易于设计；,可使从动件得到各种预期,的运动规律,。,6,.,凸轮机构的优缺点,高副为点、线接触，易磨损；,缺点,：,所以凸轮机构多用在传递动力不大的,场合,。,7,.,（一）,凸轮机构的应用及分类,2、凸轮机构的分类,1）按凸轮的形状分：,盘形凸轮,移动凸轮(Translating Cam),平面凸轮,平面凸轮,8,.,2、凸轮机构的分类,1）按凸轮的形状分：,圆柱凸轮,（空间凸轮）,3-1,凸轮机构的应用及分类,9,.,10,.,（一）,凸轮机构的应用及分类,2、凸轮机构的分类,2）按从动件的形状分：,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,11,.,2）按从动件的形状分：,（一）,凸轮机构的应用及分类,12,.,3）按从动件的运动形式分：,移动从动件,偏置移动从动件,对心移动从动件,（一）,凸轮机构的应用及分类,13,.,（一）,凸轮机构的应用及分类,3）按从动件的运动形式分：,摆动从动件,14,.,力锁合,4）按凸轮高副的锁合方式分：,（一）,凸轮机构的应用及分类,15,.,（一）,凸轮机构的应用及分类,沟槽凸轮,等宽凸轮,4）按凸轮高副的锁合方式分：,形锁合(Profile Closure)。,等径凸轮,16,.,机构的命名,对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构,偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构,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,17,.,四）按凸轮与从动件维持接,触（锁合）的方式分：,力锁合,形锁合,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,二）按从动件上高副元,素的几何形状分：,摆动从动件,移动从动件,偏置移动从动件,对心移动从动件,三）按从动件的运动分,盘形凸轮,移动凸轮,圆柱凸轮,一）按凸轮的形状分：,凸轮机构的分类,小结：,18,.,二.任务分析和计划,1、,基圆,：,凸轮轮廓上最小向径为半径所画的圆。,2、,偏距e,：,从动件导路偏离凸轮,回转中心的距离e,。,（一）平面凸轮机构的工作过程和运动参数,19,.,20,.,3、,推程,：,4、,行程,：,从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的,运动规律由离回转中心最近位置A到达,最远位置B的过程。,从动件在推程中上升的最大位移h。,5、,推程运动角,：,0,=AOB,与推程相应的凸轮转角,0,。,0,s,w,A,B,r,min,O,B,C,D,0,s,h,21,.,7、,远停程角,：,从动件在最远位置停止不动所对应的凸轮转角,s。,S,=,BOC,6、,远停程,：,凸轮由,B,转动到,C,，,从动件在最远位置停止不动。,0,s,w,A,B,r,min,O,B,C,D,0,s,h,22,.,9、,近停程角,：,8、,回程运动角,：,0,=COD,s=AOD,7、,回程,：,从动件在弹簧力或重力作用下，以一,定的运动规律回到起始位置的过程。,与回程相应的凸轮转角,0,。,从动件在最近位置停止不动所对应的凸轮转角,s。,h,s,w,A,B,r,min,O,B,C,D,t,s,h,10、,近停程角,：,与回程相应的凸轮转角,0,。,23,.,以纵坐标代表从动件位移,s,2,，横坐标代表凸轮转角,1,或时间,t,，所画出的图形为位移曲线图。,11、,从动件位移线图,：,升停降停,t,1,s,2,A,B,C,D,h,2p,0,s,0,s,A,0,s,w,A,B,r,min,O,B,C,D,0,s,h,从动件位移线图决定于凸轮轮廓曲线的形状。,24,.,（二）从动件常用的运动规律,1.等速运动规律,2.等加速-等减速运动规律,3.简谐运动规律,25,.,作推程运动线图,h,0,s,O,v,O,0,v,0,a,O,0,1.等速运动规律,从动件在推程（或回程）的运动速度为常数的运动规律。,26,.,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,因此只适用于低速、轻载的场合。,1.等速运动规律,27,.,h,s,O,0,0,/2,h,/2,v,O,0,0,/2,2h,/,0,a,O,0,/2,4,h,2,/,0,2,0,4,h,2,/,0,2,1.等加速-等减速运动规律,从动件在一个行程h中，前半行程做等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。,B,A,C,28,.,2.,等加速-等减速运动规律,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；,适用于,中速、中载的,场合；,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的冲击,柔性冲击,29,.,s,O,h,0,0,/2,h,/2,0,0,0,/2,v,O,a,O,0,0,/2,2,2,h,/2,0,2,-,2,2,h,/2,0,2,3.余弦加速度运动规律：,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,;,可适用于,高速的,场合。,30,.,作业,P48 (1)，(3),31,.,三 任务实施,（一）本任务的学习目标,图解法设计凸轮轮廓曲线,32,.,根据工作条件要求，,确定从动件的运动规律,，选定凸轮的,转动方向、基圆半径,等，进而对,凸轮轮廓曲线进行设计。,设计方法:,1.图解法：,简便易行、直观，但精度较低，可用于设计一般精度要求的凸轮机构。,2.,解析法:,精度高，但计算量大，多用于设计精度要求较高的凸轮机构。,凸轮轮廓曲线的设计,33,.,e,s,B,1,B,-,B,0,r,b,S,-,1、图解法的原理,假想给整个凸轮机构加上一个与凸轮角速度,大小相等、方向相反的,角速度（-）,，凸轮将处于静止状态；机架则以,（-）,的角速度围绕凸轮原来的转动轴线转动；而从动件一方面随机架转动，另一方面又按照给定的运动规律相对机架作往复运动。,反转法,34,.,1、图解法的原理（,反转法,）,凸轮轮廓曲线的设计,原机构,转化机构,凸轮,从动件,机架,-,=0,0,0,-,=-,35,.,o,S,90,120,1,2,3,5,6,7,h,150,4,8,-,2.凸轮轮廓设计,作图法,尖顶移动从动件盘型凸轮机构,（1）,选取适当的比例尺作出,位移线图；,（2）,按基本尺寸作出凸轮机构的,初始位置；,（3）,按,-,方向划分基圆周得 c,0,、c,1,、c,2,等 点；并过这 些点作射,线，即为反转后的导路线；,（4）,在各反转导路线上量取与位移,图相应的位移，得B,1,、B,2,等 点，即为凸轮轮廓上的点。,r,b,B,0,B,1,B,2,B,4,B,8,B,5,c,1,c,2,c,4,c,5,120,c,8,B,6,B,7,c,6,c,7,c,0,c,3,150,90,B,3,36,.,滚子从动件凸轮轮廓曲线的设计步骤：,（1）,画出滚子中心的轨,迹,（,称为理论轮廓曲线,）,（2）,以,理论轮廓上的点,为圆心，,滚子半径,r,T,为半径作一系列的滚子圆，再画滚子圆的内包络线，则为从动件凸轮的,实际轮廓曲线,。,注意：,（1）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；,（2）,凸轮的基圆是指理论轮廓曲线上的基圆。,n,n,B,C,r,0,r,T,实际轮廓曲线,理论轮廓曲线,37,.,对心平底直动从动件盘形凸轮,图解法设计凸轮轮廓曲线,38,.,五.任务拓展,图解法可以简便地作出凸轮轮廓，但作图误差较大，不够精确，所以只适用于对从动件运动规律要求不太严格的地方。对于精度要求高的高速凸轮等，必须用解析法精确设计。,下一页,1.解析法设计凸轮轮廓曲线,用解析法设计凸轮轮廓的实质是建立凸轮轮廓曲线的数学方程式，进而准确地计算出凸轮轮廓线上各点的坐标值，以便对凸轮进行加工和检验。,39,.,偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计,建立凸轮转轴中心的坐标系,xOy,根据反转法原理，凸轮以,w,转过,j,角；,B,点坐标为,上式即为凸轮理论廓线方程,实际廓线与理论廓线在法线上相距滚子半径,r,T,，则推出,式中取“”号时为内等距曲线，取“”号时为外等距曲线,1.用解析法设计凸轮机构,40,.,2.凸轮机构设计中应注意的几个问题,设计滚子从动件时若从强度和耐用性考虑，滚子的半径应取大些。滚子半径取大时，对凸轮的实际轮廓曲线影响很大，有时甚至使从动件不能完成预期的运动规律。,（1）滚子半径的选择,滚子半径的选择,41,.,（1）滚子半径的选择,.凸轮理论轮廓为内凹时,由图(a)可得,=,min,+,r,T,实际轮廓曲线曲率半径总大于理论轮廓曲线曲率半径。因此，不论选择多大的滚子，都能作出实际轮廓曲线。,42,.,当理论廓线外凸时(可分为三种情况),r,=,r,min,-r,T,1),r,min,r,T,时,r,0,这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线(如图b),2),r,min,=,r,T,时,r,=,0，,实际轮廓线变尖，极易磨损，产生失真(如图c)。,3),r,min,r,T,时,r,0，,即实际曲线出现交叉会出现严重失真(如图d)。,43,.,（1）滚子半径的选择,一般推荐,r,T,=0.8,min,。,为了避免出现尖点，一般要求,min,35mm。,44,.,凸轮对从动件的作用力,F,的方向与,从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角,a,称为,压力角,。,（2）压力角的校核,自锁：,当,增大到一定程度后，以至于导路的摩擦阻力大于有效分力时，无论凸轮给予从动件多大的力，从动件都不能运动。,45,.,推荐压力角数值,移动从动件,a,=30,摆动从动件,a,=45,回程中，一般不会有自锁现象，压力角取值为,4.4.2 压力角的校核,a,=70,80,46,.,(3)基圆半径的确定,根据凸轮的结构确定,r,b,：,在设计凸轮时，先根据条件确定基圆半径,r,b,。,制成凸轮轴时，,r,b,=,r,+,r,T,+(25)mm；,单独制造凸轮时，,r,b,=,r,h,+,r,T,+,(25)mm。,47,.,根据压力角确定,r,b,诺模图,设：凸轮升程角45,o,max,=30,o,行程h=30mm,简谐运动，求基圆半径r,b,。,解：过升程角45,o,和,max,=30,o,画直线相交于直径线上得h/r,b,=0.35,所以，r,b,=h/0.35=30/0.35=86mm,下一页,48,.,凸轮机构总结,凸轮机构的应用,凸轮机构的分类,推杆的常用运动规律,凸轮轮廓曲线的设计,设计方法所依据的基本原理,反转法,设计方法：,图解法,、解析法,凸轮机构基本尺寸的确定,滚子半径、,基圆半径、压力角、,等速运动,等加速等减速运动,简谐（余弦）运动规律,49,.,作业,P49 （7）（8）,50,.,