第04章 凸轮机构及其设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 凸轮机构,第一节,凸轮机构构成、功用及分类,第二节,从动件的运动规律,第三节,凸轮轮廓曲线的设计,第四节,凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定,本章总结,第一节 凸轮机构构成、功用及分类,一、凸轮机构的构成和应用,构成,特点,应用,二、,凸轮机构的分类,三、,凸轮机构的基本名词术语,1.,凸 轮,具有曲线状轮廓的构件,2.,从动件,作往复移动或摆动的构件,往复移动,直动从动件,往复摆动,摆动从动件,3.,机 架,参考坐标系，支承构件,构 成,应 用,(a),机床刀架中的凸轮机构,(b),箭杆织机中的打纬凸轮机构,直动从动件,摆动从动件,机床刀架中的凸轮机构,箭杆织机中的打纬凸轮机构,应用图,高副联接，可较精确地实现任意复杂的运动规律，构件数目少，结构简单、紧凑，工作可靠。,缺点：不易实现较理想的润滑，接触应力较大，易磨损，寿命相对较短，凸轮制造困难，高速传动可能产生较大冲击。,当凸轮作等速转动时，从动件的运动规律（指位移、速度、加速度、跃度等）取决于凸轮轮廓的曲线形状；反之，按机器的工作要求给定从动件的运动规律以后，可合理地设计出凸轮的曲线轮廓。,特 点,二、凸轮机构的分类,1,按凸轮的形状分类,2,按从动件形状分类,3,按凸轮与从动件维持高副接触的方式分类,4,按从动件的运动形式分类,1,按凸轮的形状分类,盘状凸轮,移动凸轮,圆柱凸轮,2,按从动件形状分类,尖底从动件,滚子从动件,平底从动件,曲底从动件,3,按凸轮与从动件维持高副接触的方式分类,力封闭凸轮机构,形封闭凸轮机构,4,按从动件的运动形式分类,直动从动件,摆动从动件,对心式,偏置式,三、凸轮机构的基本名词术语,（,1,）,基圆,以凸轮转动中心为圆心，以凸轮理论轮廓曲线上的,最小半径为半径所画的圆。半径用 表示。,（,2,）,推程,从动件从距凸轮转动中心的最近点向最远点的运动过程。,（,3,）,回程,从动件从距凸轮转动中心的最远点向最近点的运动过程。,（,4,）,行程,从动件的最大运动距离。常用,h,表示行程。,（,5,）,推程角,从动件从距凸轮转动中心的最近点运动到最远点时，,凸轮所转过的角度。用 表示。,（,6,）,回程角,从动件从距凸轮转动中心的最远点运动到最近点时，,凸轮转过的角度。用 表示。,（,7,）,远休止角,从动件在距凸轮转动中心的最远点静止不动时，,凸轮转过的角度。用 表示。,（,8,）,近休止角,从动件在距凸轮转动中心的最近点静止不动时，,凸轮转过的角度。用 表示。,（,9,）,从动件的位移,凸轮转过转角 时，从动件运动的距离。,位移 从距凸轮中心的最近点开始计量。,用图形或曲线说明效果较好,几条规定,1.,位移,s,的度量基准，一律从升程的最低位置,A,点算起（不论升程、回程）；,2.,转角,分别以本行程开始时凸轮的向径作为度量基准；,3.,初始条件：,几条规定,第二节 从动件的运动规律,一、,从动件的运动规律,二、,几种常用的从动件运动规律,三、,从动件运动规律的选择与设计原则,从动件的位移,s,、,速度,v,、,加速度,a,与凸轮转角,（或时间,t,）,之间的函数关系。,一、,从动件的运动规律,定 义,1,一次多项式,等速运动规律,二、,几种常用的从动件运动规律,（,一）多项式类的运动规律,（二）三角函数运动规律,1,余弦加速度运动规律（简谐运动规律）,（三）,组合型运动规律,2,正弦加速度运动规律（摆线运动规律）,2,二次多项式,等加速与等减速运动规律,3,五次多项式运动规律,1.,一次多项式,等速运动规律,升程边界条件,下一页,刚性冲击：,O,，,A,，,B,适用范围：具有等速运动要求、从动件的,质量不大或低速场合。,回程边界条件,结论,上一页,2.,二次多项式（等加等减速运动规律）,等加速阶段边界条件,等减速阶段边界条件,升 程,下一页,柔性冲击：,O,，,A,，,B,等减速阶段,等加速阶段,结论,回 程,上一页,3,五次多项式运动规律,边界条件,升 程,下一页,不存在冲击，运动平稳性好，适用于高速凸轮机构。,结论,回 程,上一页,1,简谐运动规律（余弦加速度运动规律）,与,之间的关系：,推程阶段运动方程：,下一页,回程阶段运动方程：,有柔性冲击（,O,，,B,点），在无休止角的升,降,升类型凸轮机构中，无冲击。,结论,上一页,2,摆线运动规律（正弦加速度运动规律）,与,之间的关系：,推程阶段运动方程：,下一页,回程阶段运动方程：,无冲击，适用于高速场合。,结论,上一页,运动规律的组合原则,（三）,组合型运动规律,组合型运动规律举例,按凸轮机构的工作要求选择一种基本运动规律作为主体运动规律，然后用其它运动规律与之组合，通过优化对比，寻求最佳的组合型式。,运动规律的组合原则,行程的起点和终点处有较好的边界条件。,根据不同的使用要求，运动规律的连接点处应满足位移、速度、加速度甚至是更高一阶导数的连续条件，以减少或避免冲击。,各段运动规律要有较好的动力特性。,组合型运动规律举例,改进梯形加速度运动规律,改进等速运动规律,从动件的最大速度 应尽量小,从动件的最大加速度 应尽量小，且无突变,从动件的最大跃度 应尽量小,三、,从动件运动规律的选择与设计原则,第三节 凸轮轮廓曲线的设计,主要任务,根据选定的从动件运动规律和其它设计数据，画出凸轮的轮廓曲线或计算出轮廓曲线的坐标值。,一、,凸轮机构的相对运动原理,二、,凸轮机构的轮廓曲线,三、凸轮廓线的设计,1.,直动从动件盘形凸轮廓线的设计,2.,直动平底从动件盘形凸轮廓线的设计,3.,摆动滚子从动件盘形凸轮廓线的设计,一、凸轮机构的相对运动原理,直动尖底从动件盘形凸轮机构,结论,：,复合运动中从动件尖顶相对凸轮运动的运动轨迹就形成了凸轮的轮廓曲线。,反转法,平底从动件,滚子从动件,平底从动件,滚子从动件,平底从动件滚子从动件,实际廓线,凸轮与从动件直接接触的廓线称为凸轮的工作廓线。,理论廓线,对于滚子从动件，可把滚子圆心看作从动件的尖点，该点的复合运动轨迹称为凸轮的理论廓线。实际廓线是滚子的包络线。,理论廓线与实际廓线之间的法线距离处处相等，均等于滚子半径。因此，当已知凸轮的理论廓线方程和滚子曲线方程后，滚子的包络线方程就是凸轮的实际廓线方程。,二、凸轮机构的轮廓曲线,注意,：,在滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮转角一般在理论廓线的基圆上量度，从动件的位移也是导路的方向线与理轮廓线基圆的交点至滚子中心之间的距离。,1.,直动从动件盘形凸轮廓线的设计,式中：,代入上式并整理，得直动滚子从动件盘形凸轮的理轮廓线方程为,：,滚子圆的方程为：,所以：,实际廓线是圆心位于理论廓线上的滚子圆的包络线，其方程为：,联立求解包络线方程，,可得到实际廓线方程为：,即：,设计,1,2,直动平底从动件盘形凸轮廓线的设计,式中,：,代入并整理得直动平底从动件盘形凸轮的实际廓线方程为,：,设计,2,3,摆动滚子从动件盘形凸轮廓线的设计,式中,：,代入并整理得理论廓线方程为,第四节 凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定,一、,凸轮机构的压力角,二、凸轮机构基本尺寸的设计,1.,基圆半径的设计,2.,滚子半径的设计,一,.,凸轮机构的压力角,压力角,从动件在高副接触点所受的法向压力,与从动件在该点的线速度方向所夹的锐角。,凸轮机构的压力角是凸轮设计的重要参数。,运动过程中，压力角的大小是变化的。,凸轮机构的最大压力角要小于许用压力角，,即,max,1.,基圆半径的设计,由图可得对心直动滚子从动件盘形凸轮机构在推程任一位置时压力角的表达式为,分析结果：,基圆半径越大，压力角越小。从传力的角度来看，基圆半径越大越好；从机构紧凑的角度来看，基圆半径越小越好。,在设计时，应在满足许用压力角要求的前提下，选取最小的基圆半径。,设计要求：,滚子尺寸的设计要满足强度和运动特性。,从,强度要求,考虑，滚子半径一般应满足：,2.,滚子半径的设计,从,运动特性,考虑，不能发生运动的失真现象。为避免发生这种现象，要对滚子半径加以限制。,1.,了解凸轮机构的组成、特点、类型及应用；,2.,了解从动件常用运动规律及其特点；,3.,理解相对运动（也称,“,反转法,”,）的原理；,4.,掌握常用盘形凸轮轮廓曲线的设计（解析法）；,5.,学会确定凸轮机构的,压力角、基圆半径和滚子半径等,基本尺寸。,本章总结,