第3章凸轮机构20080923.pptx

31 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型32 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律33 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角34 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓35 解析法设计凸轮轮廓解析法设计凸轮轮廓(自学自学)主要内容：主要内容：1.凸轮机构的类型及应用凸轮机构的类型及应用 2.从动件常用运动规律从动件常用运动规律 3.图解法设计盘形凸轮轮廓图解法设计盘形凸轮轮廓 4.滚子半径的选择、压力角的概念及基圆半径对滚子半径的选择、压力角的概念及基圆半径对压力角的影响压力角的影响重点及难点：重点及难点：滚子从动件盘形凸轮轮廓的形成原理及作图法滚子从动件盘形凸轮轮廓的形成原理及作图法 1 1、凸轮机构：、凸轮机构：凸轮凸轮是一个具有曲线轮是一个具有曲线轮廓的构件。含有凸廓的构件。含有凸轮的机构称为凸轮轮的机构称为凸轮机构。它由机构。它由凸轮凸轮、从动件从动件和和机架机架组成。组成。一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用31 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构2 2、凸轮机构的应用、凸轮机构的应用 凸轮机构的优点：凸轮机构的优点：只需确定适当的凸轮轮廓曲线，只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实现从动件复杂的运动规律；即可实现从动件复杂的运动规律；结构简单，运动可靠。结构简单，运动可靠。缺点缺点：从动件与凸轮接触应力大从动件与凸轮接触应力大,易磨损易磨损用途：用途：载荷较小的运动控制载荷较小的运动控制一）按凸轮的形状分一）按凸轮的形状分二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类1、盘形凸轮、盘形凸轮2、移动凸轮、移动凸轮一）按凸轮的形状分一）按凸轮的形状分3、圆柱凸轮、圆柱凸轮4、圆锥凸轮、圆锥凸轮 1、尖顶从动件、尖顶从动件二）按从动件上高副元素的几何形状分二）按从动件上高副元素的几何形状分2、滚子从动件、滚子从动件3、平底从动件、平底从动件三）按凸轮与从动件的锁合方式分三）按凸轮与从动件的锁合方式分1、力锁合的凸轮机构、力锁合的凸轮机构2、形锁合的凸轮机构、形锁合的凸轮机构1）沟槽凸轮机构）沟槽凸轮机构w2）等宽凸轮机构）等宽凸轮机构w3）等径凸轮机构）等径凸轮机构四）根据从动件的运动形式分四）根据从动件的运动形式分摆动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构移动从动件凸轮机构（对心、偏心）移动从动件凸轮机构（对心、偏心）作者：潘存云教授绕线机构绕线机构3作者：潘存云教授12A线线应用实例：应用实例：作者：潘存云教授作者：潘存云教授132送料机构送料机构双凸轮组合机构双凸轮组合机构凸轮间歇机构凸轮间歇机构32 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律凸轮机构设计的基本任务凸轮机构设计的基本任务:1)1)根据工作要求选定凸轮机构的形式根据工作要求选定凸轮机构的形式;而根据工作要求选定从动件运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。2)2)选定从动件运动规律选定从动件运动规律;3)3)合理确定结构尺寸合理确定结构尺寸;4)4)设计轮廓曲线。设计轮廓曲线。对主动件凸轮而言 对从动件而言 推程运动角 推程位移s 升程h 远休止角s 远程休止 回程运动角 回程位移s 近休止角s 近程休止一、一、凸轮机构的运动凸轮机构的运动 及其从动件的位移线图及其从动件的位移线图 观察演示观察演示,搞懂以下概念及其对应关系搞懂以下概念及其对应关系)四个运动过程：推程，远休止，回程，近休止1圆弧段 图 3-5圆弧段圆弧段1200120060060012001200600600rmin基圆（基圆（r r0 0）以最小向径为半径所作的圆以最小向径为半径所作的圆12001200600600r0FEBD12001200600600rminFEBDs(t)1200120006001800120060036003000从动件位移线图从动件位移s 随凸轮转角变化的曲线。112001200600600r0FEBD1200120006001800120060036003000s(t)12001200600600r0FEBD1200120006001800120060036003000h推程推杆由离回转中心最近位置B到 达最远位置E的过程。升程h 推杆的最大位移。其对应的凸轮转角 推程运动角推程运动角s(t)12001200600600r0FEBD1200120006001800120060036003000h远休止 EF段从动件在远处停止其对应的转角s 远休止角。s远休止角s(t)12001200600600r0FEBD1200120006001800120060036003000shs(t)12001200600600r0FEBD1200120006001800120060036003000h回程推杆由离回转中心最远位置F 到达最近位置D的过程。其对应的转角回程运动角。回程运动角(t)12001200600600r0FEBD1200120006001800120036003000h近休止 DB段从动件在近处停止其对应的转角s近休止角。600近休止角ss(t)12001200600600r0FEBD1200120006001800120060036003000h推程运动角;s远休止角回程运动角;s 近休止角从动件位移线图sss(t)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)运动循环的类型运动循环的类型S()S()S()S()二、几种常用的从动件运动规 律及其应用场合运动规律：推杆在推程或回程时，其位移s、速度 v、加速度a随时间t的变化。规律。规律。s=s(t)v=v(t)a=a(t)1.等速运动规律2.等加速等减速运动规律3.简谐运动规律(余弦加速度运动规律)4.正弦加速度运动规律h 1.等速运动规律位移方程s=h /s,t 速度方程v=h/v00s,t位移方程s=h/aa-a 加速度方程a=0（在运动开始与运动终止处其加速度达到）,t速度方程v=h/位移方程s=h /vhaa-av0等速运动规律的运动线图s,ta/2/2+a/2/2h/2h2.等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律(选学)-as(t)(t)分两段：等加速段等减速段a+ah/2hv等加速段/2/2/2/2/2/2画出运动线图s(t)(t)(t)/2h/2h-a+aa2v2等减速段/2/2/2/2/2绘出运动线图s(t)(t)(t)-a+av2/2h/2h/2/2/2/2/2a2合成图s(t)(t)(t)a-a+av/2h/2h/2s推程的推程的始末点始末点及及前后半段前后半段交接处加速度也有交接处加速度也有突突变变。有限惯性力的突变也会产生有限冲击，称。有限惯性力的突变也会产生有限冲击，称为为柔性冲击柔性冲击。而且在高速下仍将导致相当严重。而且在高速下仍将导致相当严重的振动、噪声和磨损。因此，这种运动规律只的振动、噪声和磨损。因此，这种运动规律只适用于中、低速的场合。适用于中、低速的场合。(t)h简谐运动：(又称余弦加速度运动)当一点在圆周上等速运动时，其在直径上投影的运动即简谐运动 ss3.简谐运动规律简谐运动规律(t)h（升程）推程过程s简谐运动规律位移线图的作法简谐运动规律位移线图的作法(t)/2v正弦曲线(t)/2a余弦曲线(t)S,v,a /2在推程的始末点加速度产生有限数值的突在推程的始末点加速度产生有限数值的突变，即有柔性冲击，故用于中低速场合。变，即有柔性冲击，故用于中低速场合。(t)s=h(-sin(2)v=h(1-cos(2 )a=2h2 sin(2 2/2Sva*无冲击，其振动、噪声和磨损都小，可用在中高速场合。*正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律4.正弦加速度运动(t)33 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角一、压力角及其与作用力的关系一、压力角及其与作用力的关系1.1.压力角压力角 :作用在从动件上的驱动力与该作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角。力作用点绝对速度之间所夹的锐角。2.2.压力角压力角与作用力的关系与作用力的关系rminoB0eK01rminoB0eK01rminABeK1ss0nnPB点的法线rminABeK1ss0nnPF凸轮对推杆的力沿法线传递rminABeK1ss0nn PFV2力F的方向线与从动件受力点速度V2方向线间所夹的锐角压力角压力角 rminABeK1ss0nn PFFF”将将F F分解为两个分力分解为两个分力,其中其中F F为有用力，为有用力，F F”为有害力。为有害力。压力角压力角 越大越大,有害分力有害分力F F”越大越大,机构效率越低。机构效率越低。故故 愈小传力愈好。愈小传力愈好。二、压力角与凸轮机构尺寸的二、压力角与凸轮机构尺寸的关系关系r0oB0eK01sr0ABeK1ss0nnPFds/d若从动件左偏置，受力情若从动件左偏置，受力情况如何？况如何？提问：为什么AP长就是ds/d？观察：观察：P点是什么点？点是什么点？r0AeK1ss0nPds/d若从动件为左偏置，受力情况如何？BBBBBss0rbABeK1nnPF ds/dV2rbABeK1ss0nnPNds/drbABeK1nnPNds/dV2V2rbABeK1ss0nnPNds/drbABeK1nnPNds/dV2V2当导路和瞬心在凸轮轴心同侧时，压力角减小；当导路和瞬心在凸轮轴心同侧时，压力角减小；当导路和瞬心在凸轮轴心异侧时，压力角增大；当导路和瞬心在凸轮轴心异侧时，压力角增大；为了减小推程压力角，应将从动件导路向推程速度为了减小推程压力角，应将从动件导路向推程速度瞬心的同侧偏置。但是，用导路偏置法虽可使推程瞬心的同侧偏置。但是，用导路偏置法虽可使推程压力角减小，但是却使回程压力角增大，因此，偏压力角减小，但是却使回程压力角增大，因此，偏距不宜太大。距不宜太大。由公式可知由公式可知:在在其其它它条条件件不不变变的的情情况况下下,基基圆圆半半径径r0越越小小，压压力力角角越越大大。r0过过小小，就就会会使使。因因此此实实际际设设计计中中，只只能能在在保保证证max的前提下，缩小凸轮的尺寸。的前提下，缩小凸轮的尺寸。注意!偏距偏距e的大小和偏置方位的选择原则的大小和偏置方位的选择原则应有利于减小从动件工作行程时的最大压力应有利于减小从动件工作行程时的最大压力角，使从动件在推程中，从动件导路和点角，使从动件在推程中，从动件导路和点P位于凸轮回转中心位于凸轮回转中心O的同侧。的同侧。偏距不宜取得太大，一般可近似取为：偏距不宜取得太大，一般可近似取为：凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力。加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力。如机构受力不大，要求机构紧凑，可按下式选如机构受力不大，要求机构紧凑，可按下式选取基圆半径。取基圆半径。工程上要求：工程上要求：max 直动推杆：直动推杆：30摆动推杆：摆动推杆：354545回程：回程：708080提问：平底推杆提问：平底推杆？0 0Or r0 01.1.凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理34 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓2.2.用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线1)1)对心直动尖顶推杆盘形凸轮对心直动尖顶推杆盘形凸轮2)2)对心直动滚子推杆盘形凸轮对心直动滚子推杆盘形凸轮3)3)偏置直动尖顶推杆盘形凸轮偏置直动尖顶推杆盘形凸轮凸轮轮廓曲线设计的基本原理凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）（反转法）2 S 1123s1s2hOr0-1 1s11 1s12s2s23hh32给给机机构构施施以以-，不不影影响响各各构构件件之之间间的的相相对对运运动动，凸凸轮轮静静止止，从从动动件件尖尖顶顶复复合合运运动动的的轨轨迹迹即即凸凸轮轮的的轮轮廓廓曲线曲线。作者：潘存云教授设计：潘存云60r0120-1已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r0，角速度角速度和和从动件的运动规律，设计该凸轮轮从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。廓曲线。设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r r0 0。反向等分各运动角。反向等分各运动角。确定反转后从动件尖顶在各等份点的位置。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。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1.1.对心直动尖顶对心直动尖顶从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 6012090901 3 5 7 8911 13 15s 91113121410作者：潘存云教授2)2)对心直动滚子推杆盘形凸轮对心直动滚子推杆盘形凸轮设计：潘存云s 911 13 151 3 5 7 8r0A120-1设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r r0 0。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。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。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。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。135789111312142345 67 8910111213146090901876543214131211109理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓作各位置滚子圆的内作各位置滚子圆的内(外外)包络线。包络线。已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r0，角速度角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。轮廓曲线。601209090作者：潘存云教授作者：潘存云教授设计：潘存云工作轮廓的曲率半径，工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，rT滚子半径滚子半径rT rT rT 轮廓失真轮廓失真 滚子半径的确定滚子半径的确定rT rT rT0轮廓正常轮廓正常轮廓变尖轮廓变尖内凹内凹arTrTrT rT rT 轮廓正常轮廓正常外凸外凸rT作者：潘存云教授设计：潘存云911 13 151 3 5 7 8O OeA A已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径r0，角速度角速度和从动件的运动规律和偏心距和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。3)3)偏置直动尖顶偏置直动尖顶从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮13578911131214-612345781514131211109设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r r0 0;反向等分各运动角反向等分各运动角;确定反转后从动件尖顶在各等份点的位置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。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8 601209090s2 小结：小结：为了使所设计的凸轮机构能实现预期的运动为了使所设计的凸轮机构能实现预期的运动规律，同时结构紧凑，并且受力情况良好，则必须规律，同时结构紧凑，并且受力情况良好，则必须在最大压力角小于等于许用值的情况下，缩小在最大压力角小于等于许用值的情况下，缩小r r0 0，且使且使r rT T小于最小曲率半径。小于最小曲率半径。本章重点：本章重点：从动件运动规律：特性及作图法；从动件运动规律：特性及作图法；理论轮廓与实际轮廓的关系；理论轮廓与实际轮廓的关系；凸轮压力角凸轮压力角与基圆半径与基圆半径r r0 0的关系；的关系；掌握用图解法设计凸轮轮廓曲线的步骤与方法掌握用图解法设计凸轮轮廓曲线的步骤与方法.作业：作业：3-13-1、3-23-2、3-43-4