第四章凸轮机构48.pptx

目目 录录n概述概述n从动件常用运动规律从动件常用运动规律n图解法设计平面凸轮轮廓图解法设计平面凸轮轮廓n解析法设计平面凸轮轮廓解析法设计平面凸轮轮廓n凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定一、凸轮机构的组成一、凸轮机构的组成41 41 概述概述凸轮、从动件、机架凸轮、从动件、机架机架机架从动件从动件滚子滚子凸轮凸轮 凸凸轮轮：具具有有特特定定曲曲线线轮轮廓廓或或沟沟槽槽的的构构件件，通通常常在在机机构构运运动动中作主动件。中作主动件。从动件：从动件：与凸轮接触并被直接推动的构件。与凸轮接触并被直接推动的构件。机架：机架：支撑凸轮和从动件的构件。支撑凸轮和从动件的构件。二、凸轮机构的特点二、凸轮机构的特点优点：优点：1.从动件可以实现任意的运动规律；从动件可以实现任意的运动规律；2.结构简单、紧凑、工作可靠。结构简单、紧凑、工作可靠。缺点：缺点：1.凸轮轮廓曲线加工困难；凸轮轮廓曲线加工困难；2.从动件压强大、易磨损。从动件压强大、易磨损。应用于传力不大应用于传力不大的控制机构中的控制机构中三、三、凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮作连续转动凸轮作连续转动从动件按预定运动规律从动件按预定运动规律间歇（连续）直线往复间歇（连续）直线往复或摆动或摆动四、凸轮机构的分类四、凸轮机构的分类凸凸轮轮机机构构分分类类1.按两活动构件之间按两活动构件之间相对运动特性分类相对运动特性分类2.按从动件的形状按从动件的形状分类分类4.按凸轮高副的锁按凸轮高副的锁合方式分类合方式分类平面凸轮机构平面凸轮机构空间凸轮机构空间凸轮机构盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮 尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件力锁合力锁合形锁合形锁合3.按从动件的运动按从动件的运动形式分类形式分类直动从动件凸轮机构直动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构1.按两活动构件之间的相对运动特性分类按两活动构件之间的相对运动特性分类（1 1）平面凸轮机构）平面凸轮机构 1 1）盘形凸轮）盘形凸轮 2）移动凸轮）移动凸轮（2）空间凸轮机构）空间凸轮机构2.按从动件运动副元素形状分类按从动件运动副元素形状分类（1）尖顶从动件尖顶从动件对心直动尖顶从动件对心直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件（2）滚子从动件）滚子从动件（3）平底从动件）平底从动件摆动尖顶从动件摆动尖顶从动件3.按从动件运动形式分类按从动件运动形式分类（1）直动从动件直动从动件（2）摆动从动件）摆动从动件摆动平底从动件摆动平底从动件摆动滚子从动件摆动滚子从动件4.按凸轮高副的锁合方式分类按凸轮高副的锁合方式分类(1)力锁合：利用从动件自身重力、回复弹簧力或其它外力，利用从动件自身重力、回复弹簧力或其它外力，使从动件与凸轮廓线始终保持接触使从动件与凸轮廓线始终保持接触(2)型锁合：利用构成高副元素本身的几何形状，使从动件利用构成高副元素本身的几何形状，使从动件与凸轮始终接触。与凸轮始终接触。n 从动件的运动规律从动件的运动规律 在凸轮廓线的推动下，在凸轮廓线的推动下，从动件的从动件的位移、速度、加速位移、速度、加速度、跃度度、跃度（加速度对时间的（加速度对时间的导数）随时间变化的规律，导数）随时间变化的规律，常以图线表示，又称为从动常以图线表示，又称为从动件运动曲线。件运动曲线。一、凸轮机构的基本名词术语一、凸轮机构的基本名词术语42 42 从动件常用运动规律从动件常用运动规律 一般假定凸轮轴作等速运转，故凸轮转角与一般假定凸轮轴作等速运转，故凸轮转角与时间成正比，因此时间成正比，因此凸轮机构从动件的运动规律凸轮机构从动件的运动规律通通常又可以表示为常又可以表示为凸轮转角的函数。凸轮转角的函数。n基圆基圆：凸轮上具有最小半凸轮上具有最小半径径r rb b的圆的圆n推程与推程角推程与推程角：当凸轮当凸轮廓线上的曲线段与从动件廓线上的曲线段与从动件接触时，推动从动件沿导接触时，推动从动件沿导路由起始位置运动到离凸路由起始位置运动到离凸轮轴心最远的位置。从动轮轴心最远的位置。从动件的这一运动行程称为推件的这一运动行程称为推程。此过程对应凸轮所转程。此过程对应凸轮所转过的角度称为过的角度称为推程角推程角，从动件沿导路移动的最大从动件沿导路移动的最大位移称为位移称为升距升距h h。SSrbh 对心式尖顶从动件对心式尖顶从动件盘形凸轮机构盘形凸轮机构基圆基圆基圆基圆n 近休止与近休止角近休止与近休止角:当凸轮廓线上对应的圆弧段当凸轮廓线上对应的圆弧段与从动件接触时，从动件处于位移的起始位置，静止与从动件接触时，从动件处于位移的起始位置，静止不动，这一过程称为不动，这一过程称为近休止近休止。此过程对应凸轮所转过。此过程对应凸轮所转过的角度称为的角度称为近休止角近休止角/s。n 回程与回程角回程与回程角:当凸轮廓线上的曲线段与从动件当凸轮廓线上的曲线段与从动件接触时，引导从动件由最远位置返回到位移的起始位置。接触时，引导从动件由最远位置返回到位移的起始位置。从动件的这一运动行程称从动件的这一运动行程称回程回程，此过程对应凸轮所转过，此过程对应凸轮所转过的角度称为的角度称为回程角回程角/。n 远休止与远休止角：远休止与远休止角：当凸轮廓线上对应的圆弧段与当凸轮廓线上对应的圆弧段与从动件接触时，从动件在距凸轮轴心的最远处静止不动。从动件接触时，从动件在距凸轮轴心的最远处静止不动。这一过程称为这一过程称为远休止远休止，此过程对应凸轮所转过的角度称为，此过程对应凸轮所转过的角度称为远休止角远休止角s。从动件运动线图：从动件运动线图：从动件位移从动件位移h h、速度、速度v v、加速度、加速度a a与凸轮与凸轮转角转角（或时间（或时间t t）之间的对应关系曲线。）之间的对应关系曲线。h h，t t，t，tSSSSrbh 二、从动件运动规律二、从动件运动规律1.1.等速运动规律等速运动规律-v0v，t ta，t ths，t t特点：特点：存在刚性冲击存在刚性冲击位置：位置：发生在运动的起始点和终止发生在运动的起始点和终止点点推程运动方程推程运动方程a0ABCv，th，t ts-a0a，t2.2.等加等减速运动规律等加等减速运动规律特点：特点：存在柔性冲击存在柔性冲击位置：位置：发生在运动的起始点、发生在运动的起始点、中间点和终止点中间点和终止点上升前上升前h/2：上升后上升后h/2：3.3.余弦加速度（简谐）运动规律余弦加速度（简谐）运动规律 特点：特点：有柔性冲击有柔性冲击123456hvmaxa1 2 3456amax-amaxv1 23456s0 s1 234564.4.正弦加速度（摆线）运动规律正弦加速度（摆线）运动规律 特点：特点：既无柔性冲击又无刚性冲击既无柔性冲击又无刚性冲击三、从动件运动规律的选择三、从动件运动规律的选择 在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 vmax、加速、加速度幅值度幅值 amax及其影响加以分析和比较。及其影响加以分析和比较。从动件动量从动件动量mvmax从动件惯性力从动件惯性力mamax对于重载凸轮机构，应选择对于重载凸轮机构，应选择 vmax值较小的运动规律；值较小的运动规律；对于高速凸轮机构，宜选择对于高速凸轮机构，宜选择 amax值较小的运动规律。值较小的运动规律。vmaxamax一、直动凸轮机构凸轮廓线的设计一、直动凸轮机构凸轮廓线的设计1.尖顶从动件尖顶从动件1)凸轮机构相对运动分析凸轮机构相对运动分析凸轮上的观察的结果凸轮上的观察的结果机架上的观察结果机架上的观察结果2)反转法设计原理反转法设计原理43 43 图解法设计平面凸轮轮廓图解法设计平面凸轮轮廓rb rb A1A2A3A4S2rb A2A3A1A4S3S4rb A2A3A1A4rb A1A2A3A4rb A1A2A3A4-rb A1A2A3A4-A1A2A3A43)设计步骤设计步骤rb 1 2 3 4 5 6 7 8 910-1 2103456789475813269101 230S47896510S0S0 S 0h已知条件：从动件运动规律、已知条件：从动件运动规律、凸轮转向、基圆半径凸轮转向、基圆半径设计步骤：设计步骤：a.标出标出方向，并按此方向分割出方向，并按此方向分割出 、0 S 0S 和；和；c.过位移线图中等分点作过位移线图中等分点作y轴平行线交位轴平行线交位移线图于移线图于i 点，过基圆上等分点作点，过基圆上等分点作射线射线；反转中导路线反转中导路线d.在射线上度量出相应推杆的位移，在射线上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点得尖顶轨迹点i ；f.光滑连接光滑连接i 得凸轮廓线。得凸轮廓线。b.在基圆与位移线图共同将和进行在基圆与位移线图共同将和进行n等分，并标注等分点；等分，并标注等分点；oo 2.滚子从动件滚子从动件1)分析分析rb-0794581326101 2347895106rb-0794581326101 2347895106实际廓线实际廓线理论廓线理论廓线2)设计设计注意：注意：1.基圆半径为理论廓线最小向径；基圆半径为理论廓线最小向径；2.先求理论廓线，后作包络线，得实际廓线。先求理论廓线，后作包络线，得实际廓线。包络线包络线3.平底从动件平底从动件1)分析分析 尖顶轨迹线尖顶轨迹线1 23478951062)设计设计理论廓线理论廓线79458132610rb-00 0a.将基圆沿将基圆沿-方向将方向将 和和 与位移与位移线图进行对应等分；线图进行对应等分；c.光滑连接光滑连接i 得凸轮理论廓线；得凸轮理论廓线；b.过等分点作过等分点作射线射线；在射线上；在射线上度量出相应推杆的位移，得尖度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点顶轨迹点i；设计步骤：设计步骤：d.作平底线的其包络线作平底线的其包络线实际廓线。实际廓线。1123 3 2 rb-结论：结论：a.偏置式凸轮机构中从动件偏置式凸轮机构中从动件导路线始终切于偏置圆；导路线始终切于偏置圆；b.导路线与基圆交点为推杆导路线与基圆交点为推杆尖顶最低点尖顶最低点起始点。起始点。e4.偏置式凸轮廓线的设计偏置式凸轮廓线的设计1.尖顶从动件尖顶从动件1)相对运动分析相对运动分析偏偏 置置 圆圆 22)设计设计已知条件：凸轮转向、基圆半径偏置圆半径。已知条件：凸轮转向、基圆半径偏置圆半径。rbe-1o23导路线导路线 30 0a.连接回转中心与推杆其始点，连接回转中心与推杆其始点，将基圆沿将基圆沿-方向将方向将 和和 与位移线与位移线图进行对应等分；图进行对应等分；c.光滑连接光滑连接i 得凸轮廓线。得凸轮廓线。b.过等分点作过等分点作偏置圆切线偏置圆切线；并；并在其上度量出相应推杆的位移，在其上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点得尖顶轨迹点i；设计步骤：设计步骤：123二二 摆动尖顶从动件盘形凸轮轮廓线设计摆动尖顶从动件盘形凸轮轮廓线设计18012060o12 3 4 5 67 8 910B1LB0OA0arb0AB max已知：已知：凸轮逆时针转动，基圆半径凸轮逆时针转动，基圆半径凸轮逆时针转动，基圆半径凸轮逆时针转动，基圆半径 从动件的运动规律如图所从动件的运动规律如图所从动件的运动规律如图所从动件的运动规律如图所示，示，示，示，从动件顺时针摆动，从动件顺时针摆动，从动件顺时针摆动，从动件顺时针摆动，凸轮轴心与从动件转轴之间的中心距凸轮轴心与从动件转轴之间的中心距凸轮轴心与从动件转轴之间的中心距凸轮轴心与从动件转轴之间的中心距 ，。18012060o12 3 4 5 67 8 910（1）按给定的运动规律作出按给定的运动规律作出 角位移线图；角位移线图；（2）作出凸轮机构的初始作出凸轮机构的初始位置，作圆位置，作圆R；A1A2A3A6A7A8A9A10A400000000000rbB0L18060120B1B2B3B4B5B6B7B8B9B101C12C23C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-（3）按按-方向划分圆方向划分圆R得得A0、A1、A2等点；即得机架等点；即得机架 反转的一系列位置；反转的一系列位置；（4）从从动件从从动件各反转位各反转位置置线上量取与角位移线上量取与角位移 图相应的角位移，得图相应的角位移，得 C1、C2、等点，等点，将将 C1、C2 等各点连成光滑曲线即得到凸轮轮廓曲线。等各点连成光滑曲线即得到凸轮轮廓曲线。A5作图法的特点作图法的特点概念清晰，简便易行；概念清晰，简便易行；误差大、效率低。误差大、效率低。解析法的特点解析法的特点计算精度高、速度快，适合凸轮在数控机床计算精度高、速度快，适合凸轮在数控机床上加工。上加工。解析法设计的关键问题解析法设计的关键问题将凸轮廓线表示为数学方程，这一过程称为将凸轮廓线表示为数学方程，这一过程称为建立数学模型。建立数学模型。444 4 解析法设计平面凸轮轮廓解析法设计平面凸轮轮廓一、尖底直动从动件盘形凸轮轮廓一、尖底直动从动件盘形凸轮轮廓极坐标表示极坐标表示已知：凸轮以等角速度逆时针方向转动，凸轮基园已知：凸轮以等角速度逆时针方向转动，凸轮基园半径半径 ，导路和凸轮轴心间的相对位置及偏距，导路和凸轮轴心间的相对位置及偏距 ，从，从动件的运动规律动件的运动规律 。A0ACC0sOE若为对心：若为对心：二、摆动从动件盘形凸轮轮廓二、摆动从动件盘形凸轮轮廓n建立极坐标系建立极坐标系已知：凸轮以等角速度逆时针方已知：凸轮以等角速度逆时针方向转动，凸轮基园半径向转动，凸轮基园半径 ，中心矩，中心矩 、摆杆长度、摆杆长度 ，从动件的运动规，从动件的运动规律律 。基本尺寸：基本尺寸：凸轮机构的压力角、凸轮凸轮机构的压力角、凸轮基园半径的确定、滚子半径的选择基园半径的确定、滚子半径的选择445 5 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定1.1.压力角：压力角：从动件与凸轮在接从动件与凸轮在接触点处的正压力方向与其在该点触点处的正压力方向与其在该点绝对速度方向之间所夹的锐角绝对速度方向之间所夹的锐角一、凸轮机构压力角的确定一、凸轮机构压力角的确定lblaFQ ttBnnj jF FNAFNBfFNAfFNB改善受力：改善受力：1.2.结构允许下，结构允许下，2 2、压力角对凸轮机构受力的影响、压力角对凸轮机构受力的影响 其他条件相同时，压力角越大，推动从动件所需的其他条件相同时，压力角越大，推动从动件所需的作用力越大；作用力越大；当压力角非常大时，理论上作用力为无穷大时才能当压力角非常大时，理论上作用力为无穷大时才能推动从动件，此时凸轮机构将发生自锁。我们将此时凸推动从动件，此时凸轮机构将发生自锁。我们将此时凸轮机构的压力角称为轮机构的压力角称为临界压力角临界压力角 3 3、许用压力角、许用压力角 许用压力角：许用压力角：为改善凸轮机构的受力情况、提高机为改善凸轮机构的受力情况、提高机械效率，规定了允许采用的最大压力角。械效率，规定了允许采用的最大压力角。推程推程（工作行程）推荐的许用压力角为：（工作行程）推荐的许用压力角为：直动从动件直动从动件 摆动从动件摆动从动件回程回程（空回行程）（空回行程）二、凸轮基圆半径的确定二、凸轮基圆半径的确定1 1、基圆半径对压力角的影响、基圆半径对压力角的影响n增大基圆半径，可使凸轮机构的压力角减小；增大基圆半径，可使凸轮机构的压力角减小；n增大基圆半径会使凸轮机构的整体尺寸增大增大基圆半径会使凸轮机构的整体尺寸增大 2 2、基圆半径的确定方法、基圆半径的确定方法经验值：经验值：凸轮安装处的轴颈直径凸轮安装处的轴颈直径 必要时对实际压力角进行检查，若发现压力角的最必要时对实际压力角进行检查，若发现压力角的最大值超过需用压力角，则适当增大基圆半径。大值超过需用压力角，则适当增大基圆半径。三、滚三、滚子半径的选择子半径的选择1 1、滚子半径对实际廓线的影响、滚子半径对实际廓线的影响（）凸轮理论廓线外凸的情况（）凸轮理论廓线外凸的情况 实际轮廓曲线的曲率半径实际轮廓曲线的曲率半径=理论轮廓曲线曲率半径理论轮廓曲线曲率半径-滚子半径滚子半径 ra=-r=ra=-r=0 ra=-r 滚子半径的确定方法滚子半径的确定方法、考虑凸轮实际廓线出现变尖或失真现象、考虑凸轮实际廓线出现变尖或失真现象、考虑结构、强度与运动规律等因素、考虑结构、强度与运动规律等因素