ch4-凸轮机构及间歇运动机构.ppt

4-1,凸轮机构的应用和分类,4-2,从动件常用的运动规律,4-4,凸轮机构设计中应注意的问题,凸轮机构及间歇运动机构,4-3,盘形凸轮轮廓曲线的设计,4-5,间歇运动机构,4-1,凸轮机构的应用和分类,一、,凸轮机构,的应用,实例,1,：,内燃机凸轮配气机构,1,凸轮,2,从动件,3,机架,实例,2,：,绕线机构,4-1,凸轮机构的应用和分类,3,作者：潘存云教授,1,2,A,线,1,3,2,实例,3,：,送料机构,4-1,凸轮机构的应用和分类,3,皮带轮,5,卷带轮,1,放音键,2,摩擦轮,4,1,3,2,4,5,放音键,卷带轮,皮带轮,摩擦轮,实例,3,：,录音机卷带机构,4-1,凸轮机构的应用和分类,二、凸轮机构组成,4-1,凸轮机构的应用和分类,凸 轮,从动件,机 架,具有曲线轮廓或凹槽的构件,通过弹簧力、重力或凹槽始终与凸轮保持接触的构件,支承凸轮与从动件的构件,三、凸轮机构的分类,3.1,按凸轮形状分,盘形凸轮,绕着固定轴线转动，具有变化半径的盘形零件,4-1,凸轮机构的应用和分类,3,1,2,A,线,三、凸轮机构的分类,3.1,按凸轮形状分类,4-1,凸轮机构的应用和分类,1,3,2,4,5,移动凸轮,相对机架作往复直线运动的凸轮,4-1,凸轮机构的应用和分类,移动凸轮,相对机架作往复直线运动的凸轮,平网印花筛网升降机构,三、凸轮机构的分类,3.1,按凸轮形状分类圆柱凸轮,将移动凸轮卷在圆柱体上形成的凸轮,4-1,凸轮机构的应用和分类,1,尖顶从动件,2,滚子从动件,3,平底从动件,3.2,按从动件的型式分,4-1,凸轮机构的应用和分类,F,3.3,按从动件的运动方式分,4-1,凸轮机构的应用和分类,3,1,2,A,线,1,直动从动件,2,摆动从动件,4-1,凸轮机构的应用和分类,只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得所 需的,任意运动规律；,结构简单、紧凑、工作可靠；,凸轮与从动件之间为点或线接触，接触应力很大，易磨损。,四、凸轮机构的特点,4-2,从动件常用的运动规律,从动件位移线图,3,3,一、名词术语,基圆,推程运动角,1,基圆半径,r,0推程,远休止角,2,回程运动角,3,回程,近休止角,4,r,0,h,1,A,2,2,4,4s,D,B,C,B,1,1,从动件的升程,h,o,t,1,s,2,1,+,2,+,3,+,4,=,2,4-2,从动件常用的运动规律,3,h,2,4,1,o,t,s,2,从动件运动规律：,S,2,=,S(t),、,V,2,=,V,(t),、,a,2,=,a,(t),从动件,2,在运动过程中，其位移,S,2,、速度,V,2,、加速度,a,2,随时间,t,或凸轮转角,的变化规律。,4-2,从动件常用的运动规律,从动件位移线图,S,2,t,1,h,v,0,v,2,t,+,a,2,t,4-2,从动件常用的运动规律位移线图,速度线图,加速度线图,二、从动件常用运动规律,4-2,从动件常用的运动规律,等速运动规律,等加速等减速运动规律,简谐运动规律（余弦加速度运动规律）,摆线运动规律（正弦加速度运动规律）,从动件在运动过程中的速度,v,2,=,常数,1,h,1.,等速运动规律,v,0,v,2,t,v,2,=v,0,=,常数,v,2,=v,0,=,常数,a,2,0,s,2,v,0,t,a,2,t,4-2,从动件常用的运动规律,S,2,t,+,低速轻载的场合,4-2,从动件常用的运动规律,适用范围：,1,h,v,0,v,2,t,+,a,2,t,S,2,t,刚性冲击,加速度理论值为无穷大时所引起的冲击,2.,等加速等减速运动规律,a,2,=a,0,=,常数,v,2,=a,0,t,s,2,1/2,a,0,t,2,-,抛物线方程,h/2,1,h/2,1,2,3,5,4,6,3,a,0,v,2,t,s,2,t,a,2,t,4-2,从动件常用的运动规律,从动件在行程,h,中，,先作等加速,（,a,2,=a,0,）,运动，,后作等减速,（,a,2,=-a,0,）,运动,2.,等加速等减速运动规律,o,m,e,4-2,从动件常用的运动规律,0,点,0,突变,a,0,e,点,m,点,a,0,突变,-a,0,突变,0,-a,0,a,0,a,2,t,-a,0,柔性冲击：,加速度发生有限值突变，导致有限惯性力的突变而引起的冲击。,适用范围,:,中速轻载的场合,1,2,3,从动件位移线图的绘制,2.,等加速等减速运动规律,4-2,从动件常用的运动规律,4,5,6,h/2,h/2,1,s,2,t,h,3.,简谐运动规律,(,余弦加速度运动规律,),4-2,从动件常用的运动规律,从动件的位移曲线是简谐运动曲线,简谐运动,质点沿圆周作等速运动时，在该圆直径 上的投影所构成的运动。,h,1,S,2,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,从动件的运动线图,h,1,S,2,a,2,1,2,3,4,5,6,v,2,1,2,3,4,5,6,4-2,从动件常用的运动规律,位移线图,速度线图,加速度线图,a,2,4-2,从动件常用的运动规律,起,点,0,突变,有限值,终,点,有限值,突变,0,有限突变惯性力,柔性冲击,适用范围：,中速中载场合,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,从动件位移线图的绘制,3.,余弦加速度运动规律,(,简谐运动规律,),4-2,从动件常用的运动规律,h,1,S,2,s,2,a,2,v,2,h,0,1,2,3,4,5,6,r=,h/2,=2/,0,4.,正弦加速度运动规律,(,摆线运动规律,),4-2,从动件常用的运动规律,从动件的加速度曲线是正弦曲线；,从动件的位移曲线为摆线在纵轴上的投影。,适用范围：高,速场合,v,s,a,h,o,o,o,0,5.,组合型运动规律将几种运动规律组合，以改善运动特性。,+,-,正弦改进等速,v,2,s,2,a,2,h,o,o,o,1,4-2,从动件常用的运动规律,五、从动件运动规律小结,4-2,从动件常用的运动规律,等加速,等减速,余弦加速度,正弦加速度,运动规律,等 速,冲击,特性,应用场合,低速轻载,中速轻载,刚性,柔性,柔性,无,中速中载,高速轻载,突变至,位移特性,速度特性,加速度特性,直线,抛物线,简谐曲线,有限突变,折线,曲线连续,有限突变,有限突变,摆线曲线,曲线连续,无突变,一、凸轮轮廓设计方法的基本原理,反转法：,给整个凸轮机构加上公共角速度,-,1,，各构件之间的相对运动不变。此时，凸轮静止，而从动件一方面随机架和导路以角速度,-,1,绕,O,点转动，另一方面又在导路中往复移动。,O,-,1,3,1,2,3,3,1,1,2,2,1,4-3,图解法设计凸轮轮廓,60,r,min,120,-,1,1,1,已知：,从动件的位移线图、,r,imn,、,1,逆时针方向回转,，设计该凸轮轮廓。,设计步骤小结：,选比例尺,l,作基圆,r,min,。,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。,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,1.,对心尖顶直动,从动件,盘形凸轮,1,3,5,7,8,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,90,90,A,1,8,7,6,5,4,3,2,14,13,12,11,10,9,二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,60,120,90,90,1,3,5,7,8,9,11,13,15,s,1,9,11,13,12,14,10,9,11,13,15,1,3,5,7,8,O,e,A,已知,:,从动件的位移线图、,r,min,、,逆时针方向回转,和偏心距,e,。,2.,偏置尖顶直动,从动件,盘形凸轮,1,3,5,7,8,9,11,13,12,14,-,6,1,2,3,4,5,7,8,15,14,13,12,11,10,9,设计步骤小结：,选比例尺,l,作基圆,r,min,;,反向等分各运动角,;,确定从动件尖顶在各等份点的位置,;,将各点连成光滑曲线,作偏距圆切于从动件导路；,15,14,13,12,11,10,9,k,9,k,10,k,11,k,12,k,13,k,14,k,15,1,2,3,4,5,6,7,8,k,1,k,2,k,3,k,5,k,4,k,6,k,7,k,8,60,120,90,90,s,2,1,二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,3.,对心直动滚子从动件盘形凸轮,s,1,9,11,13,15,1,3,5,7,8,A,120,-,1,1,3,5,7,8,9,11,13,12,14,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,60,90,90,1,8,7,6,5,4,3,2,14,13,12,11,10,9,理论轮廓,实际轮廓,设计步骤小结：,选比例尺,l,作基圆,r,min,。,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。,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,作各位置滚子圆的内包络线。,已知：,从动件的位移线图、,r,min,、滚子半径,r,T,、,逆时针方向回转,。,60,120,90,90,r,min,二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,4.,对心平底直动从动件盘形凸轮,s,1,9,11,13,15,1,3,5,7,8,r,0,已知：,从动件的位移线图、,r,min,、,逆时针方向回转，,设计该凸轮轮廓。,设计步骤：,选比例尺,l,作基圆,r,min,。,反向等分各运动角。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。,8,7,6,5,4,3,2,1,9,10,11,12,13,14,-,A,1,3,5,7,8,9,11,13,12,14,1,2,3,4,5,6,7,8,15,14,13,12,11,10,9,60,120,90,90,二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,注：平底尺寸,l,的确定,4.,对心平底直动从动件盘形凸轮,二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,为了保证平底始终与轮廓接触，,平底左侧长度应大于,m,，右侧长度应大于,l,。,l=2l,max,+(57)mm,推荐：,A,B,l,AB,1.,尖顶摆动从动件盘形凸轮,120,B1,1,60,120,90,90,1,2,3,4,5,6,7,8,5,6,7,8,B,1,B,2,B,3,B,4,B,5,B,6,B,7,B,8,60,90,-,1,2,3,4,B,2,2,B,3,3,B,4,4,B,5,5,B,6,6,B,7,7,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,A,6,A,7,A,8,三、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,r,0,O,已知,:,摆杆的角位移线图、摆杆长度,l,AB,、,逆时针方向回转,，,r,0,、凸轮与摆杆的中心距,l,OA,、,设计该凸轮轮廓曲线。,l,OA,2,1,2max,注意：,首先用角位移比例尺作出摆杆的角位移线图,将角位移线图分成若干等份得,若从图上量出 ，则相应的从动件实际摆角为,:,按角位移线图求出摆杆的角位移，依次为：,4-3,图解法设计凸轮轮廓,1.,尖顶,摆动从动件盘形凸轮,三、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,2.,滚子,摆动从动件盘形凸轮,（略）,3.,平底,摆动从动件盘形凸轮,（略）,若采用滚子或平底从动件，则前述方法得到的凸轮轮廓即为理论轮廓，,只要在理论轮廓上选一系列点作滚子可平底，最后作它们的包络线，便可求出相应的实际轮廓。,按上述方法绘制的凸轮轮廓，必须校核推程压力角。,注：,若,max,，则应修改设计。,通常，,r,min,max,O,v,2,r,0,1,1,2,3,n,n,F,n,B,F,x,F,y,压力角,接触轮廓法线与从动件运动方向所夹的锐角,一、压力角与自锁现象,4-4,凸轮机构设计中应注意的问题,有用分力,：,F,y,=,F,n,cos,有害分力,：,F,x,=,F,n,sin,无论,F,n,多大，都无法推动从动件运动，机构自锁。,F,f,F,y,时，,摩擦阻力,:,F,f,=Nf=F,x,f=f F,n,sin,0,v,2,r,0,1,1,2,3,F,n,F,x,F,y,4-4,凸轮机构设计中应注意的问题,F,x,导路中的摩擦阻力,F,f,F,y,机构效率,F,Q,设计时应使,max,推程：直动从动件：,30,摆动从动件：,35,45,O,v,2,r,0,1,1,2,3,n,n,F,n,B,F,x,F,y,4-4,凸轮机构设计中应注意的问题,O,v,2,r,0,1,1,2,3,r,S,2,二、压力角与凸轮机构尺寸的关系,基圆,r,0,凸轮的尺寸,但 基圆,r,0,只能在,max,前提下，考虑缩小凸轮的尺寸。,4-4,凸轮机构设计中应注意的问题,min,凸轮理论轮廓的最小曲率半径，,凸轮实际轮廓的曲率半径,，,r,k,滚子半径,r,k,轮廓正常,内凹,r,k,r,k,外凸,r,k,二、,滚子半径的选择,-,r,k,滚子半径的大小对,无,影响,轮廓正常,0,4-4,凸轮机构设计中应注意的问题,为了使凸轮轮廓既不变尖，更不自交：,min,r,k,轮廓失真,轮廓变尖,r,k,r,k,r,k,-,r,k,0,r,k,-,r,k,=,0,4-4,凸轮机构设计中应注意的问题,若滚子半径太小不能满足安装和强度要求，则：,r,0,，重新设计凸轮轮廓。,1.,组成,揺杆、棘爪、棘轮、止动爪、机架。,2.,工作原理,摆杆往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动。,作者：潘存云教授,棘轮,摇杆,棘爪,止动爪,4,6,间歇运动机构,一、棘轮机构,单动式棘轮机构,3.,类型,双动式棘轮机构,4,5,间歇运动机构,双向运动棘轮机构,A,B,B,棘轮双向运动,1,棘轮双向运动,2,4,5,间歇运动机构,4.,应用,实例,1,起重止动器,作者：潘存云教授,4,5,间歇运动机构,在各类机床中实现进给、转位、或分度,实例,2,牛头刨床横向自动进给机构,4,5,间歇运动机构,A,B,C,D,实例,3,冲床转位,间歇转动,冲头,卸料工位,装料工位,冲压工位,4,5,间歇运动机构,o,2,1,2,二、槽轮机构,1.,组成,带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮,o,1,锁止弧,槽轮,拨盘,圆销,4,5,间歇运动机构,2.,工作原理,将拨盘连续回转变换为槽轮间歇转动,o,2,1,2,o,1,锁止弧,槽轮,拨盘,圆销,4,5,间歇运动机构,外啮合槽轮机构,内啮合槽轮机构,球面槽轮机构,o,1,o,2,1,2,2,3.,类型,4,5,间歇运动机构,实例,1,电影放映机,4,5,间歇运动机构,实例,2,六角车床刀架转位机构,4,5,间歇运动机构,