第三章-凸轮机构.ppt

,*,第三章 凸轮机构,3-1,凸轮机构的应用和分类,一,凸轮机构的应用及特点,1.,组成：,高副机构,凸轮,(,Cam,),具有曲线轮廓或凹槽的构件,推杆,(,Follower,),被凸轮直接推动的构件,机架,(,Frame,),相对参照系,锁合装置,保证高副始终可靠接触的装置,内燃机配气机构,凸轮,1,、从动件,2,、机架、锁合装置,4,从动件,凸轮,滚子,机架,2.,应用：,凸轮机构具有结构简单，可以准确实现要求的运动规律等优点，因而在工业生产中得到广泛的应用。,凸轮机构在机床中的应用,凸轮机构印刷机中的应用,等径凸轮的应用,分度凸轮的应用,3.,特点：,优点：,1,）可使从动件得到各种预期的运动规律。,3,）从动件行程不宜过大，否则会使凸轮变得笨重。,2,）加工比较困难。,缺点：,1,）高副接触，易于磨损，多用于传递力不太大的场合。,3,）实现停歇运动,2,）结构紧凑。,升,停,降,停,自动机走刀机构,自动送料机构,1,按凸轮的形状分,盘形凸轮,实例,凸轮呈向径变化的盘形,结构简单,应用最广泛,移动凸轮,实例,凸轮呈板型,直线移动,圆柱凸轮,实例,空间凸轮机构,凸轮轮廓做在圆柱体上,空间运动,从动件,凸轮,凸轮,从动件,从动件,凸轮,二、凸轮机构的分类,2 按从动件的形状分,尖顶从动件,尖顶始终能够与凸轮轮廓保持接触，可实现复杂的运动规律,易磨损，只宜用于轻载、低速,滚子从动件,耐磨、承载大，较常用,平底从动件,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,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,平底从动件,3 按从动件的运动形式分,直动从动件,往复移动,轨迹为直线,摆动从动件,往复摆动,轨迹为圆弧,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,摆动从动件,直动从动件,4 按从动件的布置形式分,对心直动从动件,偏置,直动从动件,尖顶从动件,滚子从动件,1,）,力锁合的凸轮机构,2,）形锁合的凸轮机构,a,沟槽凸轮机构,b,等宽凸轮机构,5,按凸轮与从动件的锁合方式分,6,小结,一般凸轮机构的命名原则,:,布置形式,+,运动形式,+,从动件形状,+,凸轮形状,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,摆,动,平底从动件,盘形凸轮,机构,3-2,从动件的运动规律与选择,一、,凸轮轮廓曲线与从动杆运动规律的关系,二、,从动件常用运动规律,三、,选择运动规律应注意的问题,A,一、凸轮轮廓曲线与从动杆运动规律的关系,从动件的运动规律是指从动件的位移、速度、加速度等随时间,t,或凸轮转角,变化的规律,基圆,(,以凸轮轮廓最小向径所组成的圆,),，基圆半径,r,0,推程,，推程运动角,1,远休止,，远休止角,2,回程,，回程运动角,3,近休止,，近休止角,4,行程（升程）,，,h,运动线图,:,从动件的位移、速度、加速度等随时间,t,或凸轮转角,变化关系图,1,2,3,4,r,0,1,推程,2,远休止,3,回程,4,近休止,t,s,0,B,C,D,h,A,二、从动件,常用,运动规律,1,等速运动,2,等加速等减速运动,3,简谐运动,注意：,为便于理解各种运动规律特性,本章将运动规律单独应用于推程或回程,1,等速运动一次多项式运动规律,推程,(0,1,),运动方程：,位移方程：,速度方程：,加速度方程：,运动线图,冲击特性：,始点、末点刚性冲击,适用场合：,低速轻载,h,s,0,1,v,0,a,0,-,Displacement,Velocity,Acceleration,+,等速运动,（续）,回程,(,0,3,),运动方程：,位移方程：,速度方程：,加速度方程：,运动线图,冲击特性：,始点、末点,刚性冲击,适用场合：,低速轻载,s,0,v,0,a,0,3,-,+,+,-,1,h,Displacement,Velocity,Acceleration,2,等加速等减速运动二次多项式运动规律,推程,运动方程,:,运动线图,冲击特性：,起、中、末点柔性冲击,适用场合：,低速轻载,s,0,1,v,0,a,0,h/2,h/2,1,/2,1,/2,h,(0,1,/2,),(,1,/2,1,),加速段,减速段,位移方程,速度方程,加速度方程,a,d,d,1,H,0 1 2 3 4 5 6 7 8,1,2,3,4,5,6,7,8,S,d,V,d,0 1 2 3 4 5 6 7 8,d,1,p,H,w,2,d,1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,p,2,H,w,2,2,d,1,2,0,1,2,3,4,5,6,0 1 2 3 4,5 6 7 8,d,1,7,8,推程,运动方程：,运动线图,冲击特性：,始、末点,有柔性冲击,适用场合：,中低速、中轻载,3,简谐运动余弦加速度运动,三、选择运动规律应注意的问题,实际使用时,推程或回程的运动规律可采用单一运动规律,也可以将几种运动规律复合使用,1.,当机械的工作过程只要求从动件实现一定的工作行程，而对运动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工,低速轻载时，便于加工优先；,速度较高时，动力特性优先。,2.,当机械的工作过程对从动件运动规律有特殊要求时：,转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工,转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动,一凸轮廓线设计的方法及基本原理,设计方法,图解法,解析法,基本原理,反转法,假想给整个机构加一公共角速度,-,，各构件的相对运动关系并不改变,原机构,转化机构,-,=0,凸轮,从动件,机架,0,0,-,=-,凸轮：,转动,相对静止不动,从动件：,沿导轨作预期运动规律的往复移动,沿导轨作预期运动规律的往复移动,随导轨以,-,绕凸轮轴心转动,3-,3,用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线,s,1,s,2,s,2,s,1,假想给整个机构加一公共角速度,-,，则凸轮相对静止不动，而从动件一方面随导轨以,-,绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期运动规律的往复移动。从动件尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。,二图解法设计凸轮轮廓曲线,1.,对心直动尖端从动件盘形凸轮机构,已知：推杆的运动规律、升程,h,；凸轮的,及其方向、基圆半径,r,0,设计：凸轮轮廓曲线,h,s,O,/2,h,/2,2,5,/4,7,/4,从动件位移,凸轮在从动件导路方向上，基圆以外的尺寸,9,10,11,13,12,1,2,3,4,5,6,7,取长度比例尺,l,绘图,h,s,O,/2,h,/2,2,5,/4,7,/4,1,2,3,4,5,6,7,8,14,9,10,11,13,12,14,将位移曲线若干等分；,沿,-,方向将,基圆,作相应等分；,沿导路方向解曲相应的位移，得到一系列点；,光滑联接。,取长度比例尺,l,绘图,h,s,O,/2,h,/2,2,5,/4,7,/4,1,2,3,4,5,6,7,8,14,9,10,11,13,12,9,10,11,13,12,1,2,3,4,5,6,7,14,2.,对心直动滚子从动件盘形凸轮机构,理论廓线,实际廓线,取长度比例尺,l,绘图,h,s,O,/2,h,/2,2,5,/4,7,/4,1,2,3,4,5,6,7,8,14,9,10,11,13,12,9,10,11,13,12,1,2,3,4,5,6,7,14,3.,对心直动平底从动件盘形凸轮机构,理论廓线,实际廓线,取长度比例尺,l,绘图,h,s,O,/2,h,/2,2,5,/4,7,/4,1,2,3,4,5,6,7,8,14,9,10,11,13,12,14,将位移曲线若干等分；,沿,-,方向将,偏置圆,作相应等分；,沿导路方向解曲相应的位移，得到一系列点；,光滑联接。,2,3,4,7,5,8,1,6,10,11,13,12,9,4.,偏置直动尖端从动件盘形凸轮机构,一、,凸轮机构的压力角,在设计中一般规定适当的许用压力角数值,:,移动从动件：,推程许用压力角,取,3040,。,摆动从动件,：推程许用压力角,取,4050,。,回程运动,时从动件一般是在,弹簧力等外力作用,下，而不是在凸轮作用下运动，所以一般不会发生自锁，,值可取,70,80,。,压力角,t,t,O,n,n,B,r,1,2,3,S,3-4,凸轮机构基本尺寸的确定,二、基圆半径的确定,为使凸轮机构结构紧凑，基圆半径应尽可能取小些,3.,设计原则：,1.,加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力,2.,在满足 的前提下，选择,小的基圆半径,a,=+r,r,理论廓线最小,结论：,无论滚子半径多大，总能由理论廓线得到,实际廓线,三、滚子半径的选择,2,外凸凸轮廓线,a,=-r,r,0,a,r,r,理论,实际,a,a,=+r,r,r,r,r,r,r,r,a,=-r,r,0,r,r,，,a,0,，实际廓线平滑,r,r,，,a,r,r,实际设计时，应保证,amin,=,min,-r,r,a,=35 mm,三、材料和热处理,凸轮通常用,45,钢,或,40Cr,来制造，一般要淬硬到,52,58HRC,。,用,15,钢,或,20Cr,渗碳并淬硬至,56,62HRC,，或用渗氮处理的钢材，以增加轮廓的耐磨性。,轻载的凸轮可用,铸铁、,45,钢,调质或塑料制造。要求抗腐蚀时可选用有色金属合金。,四、凸轮工作图,凸轮的结构形式及与轴的固定方式有,整体式、键联接式、销联接式、弹性开口锥套螺母联接式,整体式凸轮 用平键联接,销联接 用弹性锥套和螺母联接,