机械设计基础 第4版 课件 第四章凸轮机构.pdf

第8幸凸桧机构教学要求知识要素：1.凸桧机构的结构、特点、应用及分类。2.从劫件,常用运动规律及其选择。3.图解法设计盘形凸桧原理（反转法）o4.凸桧机构主要工作参救：压力角、基圆半桎心、浪子率 程6的选择。5.据巳知从动件运动规律图斛法设计典型盘形凸桧（对心 尖顶队劫件）O能力要求：1.能正确选择盘形凸桧的主要工作参数。2.能据巳知从动件运动规律图解法设计典型盘形凸桧（对心 尖顶从动件）o第8幸凸桧机构教学要求学习重点与难点：1.各类凸桧机构的应用场合和基本特性。2.凸桧基本尺寸的确定，图解法绘制凸桧廓线。知识延伸：解析法设计凸桧桧廓圜线。第四幸凸桧机构第一节概述第二节凸桧机构工作过程及从动件专用运动 规律第三节图斛法设计盘形凸桧轮廓四线知识延伸解析法设计凸轮轮廓曲线第四节凸桧机构设计中的几个问题第五节凸桧常用材料和结构第一节概述结构:作用:优点:缺点:应用:三个构件、盘（柱）状曲线轮廓、从动件呈杆状。将连续回转从动件直线移动或摆动。可精确实现任意运动规律，简单紧凑。高副，线接触，易磨损，传力不大。内燃机、牙膏生产等自动线、补鞋机、配钥匙机等。分类：1）按凸轮形状分：盘形、移动、柱凸轮。2）按推杆形状分：尖顶、滚壬、至底从动件。特点：尖顶一构造简单、易磨损、用于仪表机构;滚子一磨损小，应用广；平底一受力好、润滑好，用于高速传动。3）按推杆运动分：直动（对心、偏置）、摆动4）按保持接触方式分：力封闭（重力、弹簧等）几何形状封闭（凹槽、等宽、等径、主回凸轮）凹槽凸轮笠宽凸轮优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的 运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：线接触，容易磨损。应用实例:绕线机构录音机卷带机构皮带轮送料机构第二节凸轮机构工作过程及从动件常用运动规律确定从动件的运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。一、凸轮机构的工作过程 名词术语：基圆、基圆半径推程、推程运动角远休止角回程、回程运动角近休止角行程运动规律：从动件在推程或回程时，其位移S2、速度丫2、和加速度2随时间，的变化规律。星岗(t)V2=v2(t)2-2(t)iC二、常用运动规律1.等速运动规律在推程起始点：%=0，$2=0在推程终止点：代入得：Co=O,C1=h/6t推程运动方程：*=hg彩=hco1/dt“2=0同理得回程运动方程：s2=h(l-h)v2=-ha)1/6ha2=02.等加等减速运动规律位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。推程加速上升段边界条件：起始点：51=0，s2=0,v2=0中间点：S1=5t/2,s2=h/2求得：co=O,G=O,C2=2h/d2t加速段推程运动方程为：.=2hd/d2tv2=4h(o131/d2ta2=4h(o21/32t推程减速上升段边界条件：中间点：3i=6J2，S2=h/2终止点：6 1=6 t，s2=h v2=0求得：C0=-h,C=4h/0,C2=-2h/62t减速段推程运动方程为：s2=h-2h(6t-3x)2/62t 叱=-4ho1(6t-61)/62ta2=-4h(o21/62t重写加速段推程运动方程为：2=2h821/82tv2=4ho161/62t 柔性冲击a2=4ho21/82t同理可得回程等加速段的运动方程为:2=h-2h821/82hv2=-4h(o161/62ha2=-4ha)2/62h回程等减速段运动方程为:近=2h(6h-61)2/62hV2=-4h(01(6h-61)/62ha2=4h(o21/62h3.简谐运动规律推程：s2=hl-cos（7r81/8t）/2v2=7rhco1siii（7r81/8t）/28ta2=/2hco21cosm 访/。）/262t回程：s2=hl+cos（7r6i/6h）/2v2=_7rhco1siii（7r81/8j1）/28j1a2=一九2（021cosm正/匹）在起始和终止处理论上?为有限值，产生柔性冲击。第三节图解法设计盘形凸轮轮廓曲线一、图解法原理反转原理：给整个凸轮机构施以-01时，不影响各构件之间的相对运动,此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮 廓曲线。依据此原理可以用几何作图的方 法设计凸轮的轮廓曲线。二、直动从动件盘形凸轮轮廓设计L对心尖顶从动件对心直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径角速度电和从动件的运动规律,设计该凸轮轮廓曲线。3S21 3 5 7812013,11中96011 1315设计步骤小结:选比例尺力作基圆7in。6.-112)11，-G)mi10反向等分各运动角。原则是:陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。2.滚子从动件滚子直动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径角速度电和从动件的运动规律,计该凸轮轮廓曲线。3S28 9rr理论轮廓1 3 5 7896011 133*-1设计步骤小结:选比例尺力作基圆7in。实际轮廓设5660反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。作各位置滚子圆的内（外）包络线。3.平底从动件对心直动平底从动件凸轮机构中，已知凸轮的 1基圆半径二皿角速度1和从动件的运动规律,设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：选比例尺因作基圆min011反向等分各运动角。原则是:陡密缓疏。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。作平底直线族的内包络线。4.偏置尖顶从动件偏置直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径出，角速度硒和从动件的运动规律和偏心距e,设计该凸轮轮廓曲线。3S28 9V r*4,1 3 5 7812096011 1315A 1设计步骤小结:选比例尺作基圆工 min，反向等分各运动角;G)eG)489150-一确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置;将各尖顶点连接成一条光滑曲线。T三、摆动从动件盘形凸轮轮廓设计摆动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径in，角速度硒,摆杆长度软及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d,摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。5知识延伸解析法设计凸轮轮廓曲线原理：反转法。结果：求出轮廓曲线的解析表达式一参数方程。已知条件：e、rmin/、S2=S2(6 x).巴及其方向。理论轮廓的极坐标参数方程：P=J(S2+S0)2+e2冗-(o+Bo)=冗-(6+6)其中：So=J r2min_ e2tan 0 0 二 e/Sotan 6=e/(S2+So)实际轮廓方程是理论轮廓的等距曲线。由高等数学可知：等距 线对应点具有公共的法线。实际轮廓上对应点的T位置：位于理论轮廓B点法线n-n与滚子圆的交线上。由图有：丸二a+dsM%e 其中：tan a=/.S?V r min+eT点的极坐标参数方程为：r P T=Jp 2+r2Tm-2 p rTcos AL 0 T=0+9其中：A 9=arctan rTsin Ap-rTcos直角坐标参数方程为:X=PT COS 0 T j=pT sin 0 T第四节凸轮机构设计中的几个问题一、滚壬坐径的选搔与平底尺寸的确定夕一理论轮廓的曲率半径,乙一工作轮廓的曲率半径,外凸对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：Q皿？“对平底从动件凸轮机构，也有失真现象。平底与凸轮实际轮廓线的切点，随导路在反转中的位置而发 生改变。为保证在所有位置上，平底都能与凸轮轮廓相切，一般 取从动件平底长度L=2，max+57mm。为平底左右侧距导路中 心线最远的两个切点至导路 中心线的距离的较大值。minO二、压力角及其校核1.压力鱼和自锁定义：正压力与从动件上力作用点B速度方向间的夹角位不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。P有效分力，沿导路方向无效分力，垂直于导路F=Fn cos a F=Fn sin aF一定时，at F t,若2大到一定程度时，会有：机构发生自锁。为了保证凸轮机构正常工作，要求:/=30 直动从动件;r=3545。摆动从动件;引=7080。回程。平底从动件凸轮机构，压力角恒等于0,机构传力性能最好。2.压力角与基圆半径P点为速度瞬心，于是有:v=，op%lopKjS=ds2/d Sx=loc-e lCP=ds2/d elCP=(S2+S0)tan S0二於min-e?一ds2/d etan a=/=Sz+hmin*r.,min若发现设计结果以2,可增大7加3.压力角校核为确保传力性能，需进行推程压力角的校核，满足 怎皿的要求。吃好一般出现在：1）从动件的起点位置2）从动件最大速度位置3）凸轮轮廓向径变化最大部分滚子从动件按理论轮廓校核平底从动件一般a=0,不需校核若Umax a,则:增大基圆半径偏置从动件。导路位于与凸轮旋转方向叫相反的位置，一般取偏距三、基圆半径的确定6越小，凸轮机构紧凑，但a越大，会造成&，所以分不能过小，b越大，。越小，凸轮机构传力性能越好,但机构不紧凑。1.根据凸轮结构确定4凸轮轴，rb=r+rT+2-5mm凸轮单独制造，则rb=(1.5-2)r+勺+25mm其中，r为轴的半径，t为滚子半径基圆半径与压力角的美系I播放暂停。m将2.根据/口确定最小基圆半径，bmin对心直动从动件盘形凸轮机构，工程上常用诺模图来 确定最小基圆半径。第五节凸轮常用材料和结构一、凸轮机构常用材料及热处理低速、轻载盘形凸轮机构，可选HT250、HT300 QT800-2、QT900-2等作为凸轮材料，从动件可选用中碳结构钢，高副端 表面淬火至4 050HRC o中速、中载的凸轮常用45、40Cr 20Cr 20CrMn等材料，从动件可用20Cr等低碳合金钢，并经表面淬火，低碳合金钢 应渗碳淬火，渗碳层深0.81.5mm,硬度达5662HRC。高速、重载凸轮机构，通常选用无冲击的从动件运动规律。凸 轮可用40Cr等中碳含金钢。表面高频淬火至5660HRC,或 用38CrMoAI,经渗氮处理至6067HRC。从动件可用T8、T10等碳素工具钢，经表面淬火处理。二、凸轮机构的结构1.凸轮结构基圆小的凸轮，常与轴做成一体，称为凸轮轴。基圆较大的凸轮，则做成套装结构，即凸轮开孔，套装在轴上。可通过键联接式、销联接式和弹性开口锥套螺母联接式 与轴联接。2.滚子从动件结构滚子从动件的滚子可以是专门制造的圆柱体，也可采用滚动轴承。滚子与从动件顶端可用螺栓联接，应保证滚子相对从动件能灵活转动。