凸轮机构(机械原理).ppt

1.1 1、凸、凸轮轮机构：机构：凸凸轮轮是一个具有曲是一个具有曲线线轮轮廓的构件。含廓的构件。含有凸有凸轮轮的机构称的机构称为为凸凸轮轮机构。它机构。它由由凸凸轮轮、从从动动件件和和机架机架组组成。成。一、凸一、凸轮轮机构的机构的应应用用3-13-1凸凸轮轮机构的机构的应应用及分用及分类类2.内燃机配气凸内燃机配气凸轮轮机构机构2、凸、凸轮轮机构的机构的应应用用3.多缸内燃机-配气机构4.进进刀凸刀凸轮轮机构机构5.冲冲压压机机6.凸凸轮轮机构的机构的优优缺点缺点优优点点:只需确定适当的凸只需确定适当的凸轮轮轮轮廓曲廓曲线线，即可即可实现实现从从动动件复件复杂杂的运的运动规动规律；律；结结构构简单简单，运，运动动可靠。可靠。缺点：缺点：从从动动件与凸件与凸轮轮接触接触应应力大力大,易磨易磨损损用途：用途：载载荷荷较较小的运小的运动动控制控制7.一）按凸一）按凸轮轮的形状分的形状分二、凸二、凸轮轮机构的分机构的分类类1、盘盘形凸形凸轮轮 2、移、移动动凸凸轮轮 3、圆圆柱凸柱凸轮轮4、圆锥圆锥凸凸轮轮8.1、尖、尖顶顶从从动动件件 2、滚滚子从子从动动件件 3、平底从、平底从动动件件二）按从二）按从动动件上高副元素的几何形状分件上高副元素的几何形状分9.三）、按凸三）、按凸轮轮与从与从动动件的件的锁锁合方式分合方式分1、力、力锁锁合的凸合的凸轮轮机构机构2、形、形锁锁合的凸合的凸轮轮机构机构1）沟槽凸）沟槽凸轮轮机构机构2）等）等宽宽凸凸轮轮机构机构3）等径凸）等径凸轮轮机构机构4）主回凸）主回凸轮轮机构机构10.摆动摆动从从动动件凸件凸轮轮机构机构 （对对心心、偏偏置置）移移动动从从动动件件凸凸轮轮机机构构四）、根据从四）、根据从动动件的运件的运动动形式分形式分11.推程运推程运动动角角远远休止角休止角近休止角近休止角回程运回程运动动角角S(A)BCD(,S)S ShSAB O eCDBOrb S0h三、凸三、凸轮轮机构的工作原理机构的工作原理基基圆圆12.DABCDO回程角回程角回程角回程角回程角现现象象:只要偏心距偏心距e不为0,即使AB与CD形状相同,回回回回程速度程速度程速度程速度比推程速度推程速度推程速度推程速度快。问问1：如果从从动动件件偏向O点左侧,回程速度回程速度回程速度回程速度和推程速推程速推程速推程速度度度度哪个快？问问2：是否合理？13.摆动摆动从从动动件凸件凸轮轮机构机构基基圆圆BCDO1rb a maxmaxl lAO2B1 0摆摆杆初始位置角杆初始位置角 0角位移角位移，摆摆幅幅 max，杆杆长长l，中心距中心距a14.S h()(max)3）凸凸轮轮机构曲机构曲线轮线轮廓的廓的设计设计4）绘绘制凸制凸轮轮机构工作机构工作图图1）从）从动动件运件运动规动规律的律的设计设计2）凸凸轮轮机构基本尺寸的机构基本尺寸的设计设计移移动动从从动动件：基件：基圆圆半径半径rb，偏心距，偏心距e;摆动摆动从从动动件：基件：基圆圆半径半径rb，凸，凸轮转动轮转动中心到从中心到从动动件件摆摆动动中心的距离中心的距离a及及摆摆杆的杆的长长度度l;滚滚子从子从动动件：除上述外，件：除上述外，还还有有滚滚子半径子半径rr。平底从平底从动动件：除上述外，平底件：除上述外，平底长长度度L。O1O2a lO1 erbrb四、凸四、凸轮轮机构的机构的设计设计任任务务15.3-23-2从从动动件常用运件常用运动规动规律律 一、基本运一、基本运动规动规律律二、二、组组合运合运动规动规律律简简介介三、从三、从动动件运件运动规动规律律设计设计 16.升升-停停-回回-停型停型(RDRD)升升-回回-停型停型(RRD)升升-停停-回型回型(RDR)升升-回型回型(RR)S()S()S()S()运运动动循循环环的的类类型型17.从从动动件运件运动规动规律的数学方程式律的数学方程式类类速度速度类类加速度加速度类跃动类跃动度度位移位移速度速度加速度加速度跃动跃动度度18.一、基本运一、基本运动规动规律律a=2(2c2+6c3 +12c4 2+n(n-1)cn n-2)（一）（一）多多项项式运式运动规动规律律s=c0+c1 +c2 2+c3 3+cn nv=(c1+2c2 +3c3 2+ncn n-1)式中，式中，为为凸凸轮轮的的转转角（角（rad）；）；c0，c1，c2，为为n+1个待定系数。个待定系数。j=3(6c3+24c4 +n(n-1)(n-2)cn n-3)19.s=c0+c1 v=c1 a=01、n=1的运的运动规动规律律等速运等速运动规动规律律 0aa=0 0sh 0vv刚刚性冲性冲击击=0，s=0;=，s=h20.0j 0vvmax 0shamax 0a-amax等加速等减速运等加速等减速运动规动规律律柔性冲柔性冲击击柔性冲柔性冲击击增加多增加多项项式的式的幂幂次，可次，可获获得性得性能良好的运能良好的运动规动规律律2、n=2的运的运动规律律21.svaj 0000柔性冲柔性冲击击（二）余弦加速度（二）余弦加速度规规律律22.v 0 aj00 s 0h（三）正弦加速度（三）正弦加速度规规律律23.二、二、组组合运合运动规动规律律简简介介运动规律组合应遵循的原则：1、对于中、低速中、低速运动的 凸轮机构，要求从动件的 位移曲线在衔接处相切，以保保证证速度曲速度曲线线的的连续连续。2、对于中、高速运中、高速运动动的凸轮机构，则还要求从动件的 速度曲线在衔接处相切，以保证加速度曲加速度曲线线的的连续连续。24.a O ABCDEFO梯形加速度运梯形加速度运动规动规律律a 改改进进型等速运型等速运动规动规律律 0 0aa=0v 0sh25.三、从三、从动动件运件运动规动规律律设计设计：1、从、从动动件的最大速度件的最大速度vmax要尽量小；要尽量小；2、从、从动动件的最大加速度件的最大加速度amax要尽量小；要尽量小；3、从、从动动件的最大件的最大跃动跃动度度jmax要尽量小。要尽量小。26.运运动规动规律律Vmax(h w/F)w/F)amax(h w w2 2/F/F2 2)冲冲击击特特性性适用范适用范围围等速1.0 刚刚性性低速低速轻载轻载等加速等减速2.04.00柔性柔性中速中速轻载轻载余弦加速度1.574.93柔性柔性中速中中速中载载正弦加速度2.006.28无无高速高速轻载轻载从从动动件常用基本运件常用基本运动规动规律特性律特性27.33 33 盘盘形凸形凸轮轮机构基本尺寸的确定机构基本尺寸的确定 一、移一、移动动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构的基本尺寸机构的基本尺寸 二、二、摆动摆动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构的基本尺寸机构的基本尺寸 28.一、移一、移动动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构的基本尺机构的基本尺寸的寸的设计设计移移动动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构的基本尺寸机构的基本尺寸ttOPnnAeSS0v2Crrb 1123P13P23压压力角力角 ttOPnAeC 1n(P13)P23瞬心瞬心29.1、偏距、偏距e的大小和偏置方位的的大小和偏置方位的选择原原则应应有利于减小从有利于减小从动动件工作行程件工作行程时时的最大的最大压压力角力角。为此应使从动件在工作行程中，点点C和点和点P位于凸轮回转中心O的同同侧侧，此时凸轮上C点的线速度指向与从动件工作行程的线速度指向相同。偏距不宜取得太大，可近似取为：30.2、凸、凸轮轮基基圆圆半径的确定半径的确定加大基加大基圆圆半径，可减小半径，可减小压压力角，有利于力角，有利于传传力力;不足是：同不足是：同时时加大了机构尺寸。加大了机构尺寸。因此，原因此，原则则如下：如下：1 1）若机构受力不大，要求机构）若机构受力不大，要求机构紧紧凑凑时时；取取较较小的基小的基圆圆半径，按半径，按许许用用压压力角求力角求这时，若从动件运动规律已知，即s=s()已知，代入上式，可求得一系列rb,取最大者为基圆半径31.根据根据实际轮实际轮廓的最小向径廓的最小向径rm确定基确定基圆圆半径半径rb，校核校核压压力角力角根据根据结结构和构和强强度确定基度确定基圆圆半径半径rsrhrm2 2）若机构受力）若机构受力较较大，大，对对其尺寸又没其尺寸又没有有严严格的限制格的限制32.二、二、摆动摆动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构的基本尺寸机构的基本尺寸整理得，整理得，1 与与 2同向同向同向同向凸凸轮轮的的转转向向 1 与从与从动动件的件的转转向向 2相反相反相反相反nO1PKO2rb 1 2Bn 0+v2Lanv2O1PKO2rb 2 1B ttanL 0+LO1PLO2PLO2PLO2PLO2PLLL-=2、在运、在运动规动规律和律和 基本尺寸相同的情况下，基本尺寸相同的情况下，1 与与 2异向，会减小异向，会减小摆动摆动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构机构的的压压力角。力角。1、摆动摆动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构的机构的压压力角与从力角与从动动件的运件的运动规动规律、律、摆摆杆杆长长度、基度、基圆圆半径及中心半径及中心距有关。距有关。33.一、一、图图解法解法设计盘设计盘形凸形凸轮轮机构机构二、解析法二、解析法设计盘设计盘形凸形凸轮轮机构机构3-4 根据根据预预定运定运动规动规律律设计盘设计盘形形凸凸轮轮轮轮廓曲廓曲线线34.一、一、盘盘形凸形凸轮轮机构的机构的设计设计图图解法解法（1）尖）尖顶顶移移动动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构机构（2）滚滚子移子移动动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构机构（3）尖）尖顶摆动顶摆动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构机构35.2 S 1123s1s2hOrb-1 1s11 1s12s2s23hh32凸凸轮轮轮轮廓曲廓曲线设计线设计的基本原理的基本原理（反（反转转法）法）36.2 S 1123s1s2hOrb-3321 1s2s1h 112es1s2偏置尖偏置尖顶顶从从动动件凸件凸轮轮轮轮廓曲廓曲线设计线设计（反（反转转法）法）37.2 S 1123s1s2h-11 11s1Orb es22h3Fv s1 1已知：已知：S=S（），），rb，e，偏置尖偏置尖顶顶从从动动件凸件凸轮轮轮轮廓曲廓曲线设计线设计（反（反转转法）法）38.2 S 1123s1s2h-11 11s1Orb es22h3已知：已知：S=S（），），rb，e，rr理理论轮论轮廓廓实际轮实际轮廓廓Fv 偏置偏置滚滚子从子从动动件凸件凸轮轮轮轮廓曲廓曲线设计线设计（反（反转转法）法）39.S S 91122334455667788 3-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C7 1 0已知：已知：=()，rb，L(杆杆长长)，a(中心距中心距)，A0B0 0O S S A1A2A3A4A5A9A8A7A6B1 1C9B9Fv 3摆动摆动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构机构140.二、二、盘盘形凸形凸轮轮机构的机构的设计设计解析法解析法（1）尖尖顶顶移移动动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构机构（2）尖尖顶摆动顶摆动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构机构（3）滚滚子移子移动动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构机构（4）平底移平底移动动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构机构41.x 2 S SOB1eSS0rby-BC0CB0(1)尖尖顶顶移移动动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构的机构的设计设计42.xOB1eSS0rby-BC0CB0 平面旋平面旋转转矩矩阵阵尖尖顶顶移移动动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构机构43.注意：1）若从动件导导导导路路路路相对于凸轮回转中心的偏置方向与x方向同向，则e0,反之e0，反之 0，反之，反之 0y 0 B0B1BrbAx-OaL45.(3)滚滚子从子从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构的机构的设计设计OnnB0Brb yx rrCCC BCrrrrrm（a）理）理论轮论轮廓曲廓曲线线的的设计设计（b）实际轮实际轮廓廓46.(c)刀具中心刀具中心轨轨迹方程迹方程砂砂轮轮滚滚子子rrrcrc-rr c钼丝钼丝滚滚子子rrrcrr-rc c上式中用上式中用|rc-rr|代替代替rr即得刀具中心即得刀具中心轨轨迹方程迹方程47.(d)滚滚子半径的确定子半径的确定当当rr min时时，实际轮实际轮廓廓为为一光滑曲一光滑曲线线。当当rr=min时时，实际轮实际轮廓将出廓将出现现尖点，极易磨尖点，极易磨损损，会引起运会引起运动动失真。失真。rr bmin minrr 0rr=min min bmin=min-rr=0rr48.当当rr min时时，实际轮实际轮廓将出廓将出现现交叉交叉现现象，会引起运象，会引起运动动失真。失真。rr bmin min bmin=min+rr 0内凹的内凹的轮轮廓曲廓曲线线不不存在失真。存在失真。minrrrr min bmin=min-rr 0 bmin=min-rr 3 mm，rr min-3 mm rr 0.8 min rr 0.4rb 或或一般一般49.1、轮轮廓曲廓曲线线的的设计设计(4)平底移平底移动动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构的机构的设计设计v223OPB1SS0rrb 1B-yx50.(1)基本尺寸的确定基本尺寸的确定L=Lmax+Lmax+(410)mmLmax=(OP)max=(ds/d)maxL为平底平底总长，L max和和L max为为平平底与凸底与凸轮轮接触点到从接触点到从动动件件导导路中路中心心线线的左、右两的左、右两侧侧 的最的最远远距离。距离。5432112345rbrb（2）凸凸轮轮轮轮廓的向径廓的向径不能不能变变化太快。化太快。OA LmaxP2.平底平底长长度的确定度的确定51.凸凸轮轮机构机构的的计计算机算机辅辅助助设计设计使用要求使用要求选择选择凸凸轮轮机构的机构的类类型型设计设计从从动动件的运件的运动规动规律律确定基本尺寸确定基本尺寸建立凸建立凸轮轮廓廓线线方程方程计计算机仿真算机仿真评评价价决策决策52.建立直角坐标系，以凸轮回转中心为原点，y轴与从动件导路平行，凸轮理论廓线方程为：例：一直动偏置滚子从动件凸轮机构，已知rb=50mm，rr=3mm，e=12mm，凸轮以等角速度逆时针转动，当凸轮转过=1800，从动件以等加速等减速运动规律上升h=40mm，凸轮再转过=1500，从动件以余弦加速度运动规律下降回原处，其余s=300，从动件静止不动。试用解析法计算1=600，2=2400时凸轮实际廓线上点的坐标值。解：解：53.从从动动件运件运动规动规律：律：回程回程升程升程54.理理论论廓廓线线上点的坐上点的坐标标：实际实际廓廓线线上点的坐上点的坐标标:55.3-5 空空间间凸凸轮轮机构机构 rrRmLS1023 45 6 79 08987654321 2 S S10234 5 6 79 082 RmL B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B0 v1-v1v2v21v156.结束57.瞬心瞬心 作平面相作平面相对对运运动动的两构件上在任一瞬的两构件上在任一瞬时时其其绝对绝对速度相等的重合点。速度相等的重合点。12P1212P12低副低副的瞬心瞬心，任意平面相平面相对对运运动动都可以分解成2类运动：转动转动、移移动动。58.三心定理三心定理 三个彼此作平面运三个彼此作平面运动动的构件共有三的构件共有三个瞬心，且必位于同一条直个瞬心，且必位于同一条直线线上。上。59.铰链铰链四杆机构四杆机构的瞬心瞬心1.瞬心的总数K:4*(4-1)/2=6 6 6 62.用直接观察法确定瞬心P12P12P12P12、P23P23P23P23、P34P34P34P34、P14P14P14P14;3.用三心定理三心定理三心定理三心定理确定瞬心P13:对于构件1、2 2 2 2、3，P13必在P12和P23的连线上对于构件1、4 4 4 4、3，P13必在P14和P34的连线上上述两条直线的交点就是瞬瞬瞬瞬心心心心P13P13P13P13;4.同理,可得瞬心瞬心瞬心瞬心P24P24P24P24;1 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 4P P P P12121212P P P P23232323P P P P34343434P P P P14141414P P P P24242424P P P P1313131360.相对于凸凸凸凸轮轮轮轮，从从从从动动动动杆杆杆杆的运动可分解为：绕接触点N的转动-(转动转动转动转动副副副副)沿N点的切线移动v (移移移移动动动动副副副副)转动副的瞬心为点N；移动副的瞬心为与速度v垂直的直线；综上：凸凸凸凸轮轮轮轮副的瞬心位于副的瞬心位于副的瞬心位于副的瞬心位于过过过过N N点的点的点的点的凸凸凸凸轮轮轮轮法法法法线线线线上。上。上。上。同理：可以得出可以得出可以得出可以得出齿轮齿轮齿轮齿轮副的瞬心副的瞬心副的瞬心副的瞬心线线线线。分析：分析：凸凸轮轮副副的瞬心瞬心-vNrb O61.P12P12高副的瞬心瞬心在接触点的公法接触点的公法线线上上。高副机构高副机构的瞬心瞬心62.rb 1O1 13 3顶尖移动从动件凸凸轮轮机构机构的瞬心瞬心活动构件的瞬心P(P P1212)：法线n-n上仅P P点点点点处，凸轮1与从动杆2的速度矢量方向速度矢量方向速度矢量方向速度矢量方向相同相同相同相同。且P点处：凸轮1的线线线线速度速度速度速度为：1*LOP从动杆2的线速度速度速度速度为：V2另外2个瞬心分别为：P P1313：与O重合；P P2323：沿OP指向无穷远处;P,P13,P23位于同一直线上ttnnAv22 2PCP13P2363.摆动摆动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构机构的瞬心瞬心nO1PKO2rb 1 2Bn 0+v2Lanv2O1PKO2rb 2 1B ttanL 0+64.aabbr2r1齿轮机构的瞬心65.瞬心瞬心线线和和瞬心瞬心线线机构机构S4为定瞬心定瞬心线线;S2为动动瞬心瞬心线线,动瞬心线将沿定瞬心线作无滑动的滚动;利用瞬心线设计而成的机构叫做瞬心瞬心线线机构机构.66.在机构运在机构运动动和和结结构分析中的构分析中的高副低代高副低代 在机构运动分析仅考虑机构的位置、速度和加速度的情况下以及分析机构的级别时，可以采用高副低代。67.摆动摆动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构机构的瞬心瞬心68.移移动动从从动动件件盘盘形凸形凸轮轮机构机构的瞬心瞬心69.共共轭轭曲曲线线和共共轭轭曲曲线线机构机构 K1将成为包络曲线，而K2为被包络曲线，两高副元素互为包络的曲线通常被称为共轭曲线。含有共轭曲线的高副机构为共轭曲线机构。将低副机构转变成共轭曲线机构，共轭曲线的形状K1、K2就可以有无穷多种。70.