机械原理与设计凸轮机构.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 凸轮机构,3,1,凸轮机构的应用和类型,3,2,从动件的常用运动规律,3,3,凸轮机构的压力角,3,4,图解法设计凸轮的轮廓,3,5,解析法设计凸轮的轮廓,自用盘编号,JJ321002,3,1,凸轮机构,的应用和类型,结构：,三个构件、（凸轮、从动件、机架）、,盘,(,柱,),状曲线轮廓、从动件呈杆状。,作用：,将连续回转,=,从动件,直线移动,或,摆动,。,优点：,可精确实现任意运动规律，简单紧凑。,缺点：,高副，线接触，易磨损，传力不大。,自用盘编号,JJ321002,自用盘编号,JJ321002,应用：,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,、,圆柱凸轮,(,端面,),。,2),按推杆形状分：,尖顶,、,滚子,、,平底,从动件。,特点：,尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；,滚子,磨损小，应用广；,平底,受力好、润滑好，用于高速传动。,实例,1,2,刀架,o,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）,内燃机气门机构,机床进给机构,几何形状封闭,(,凹槽、等宽、等径、主回凸轮,),自用盘编号,JJ321002,r,1,r,2,r,1,+r,2,=const,W,凹槽凸轮,主回凸轮,等宽凸轮,等径凸轮,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。,自用盘编号,JJ321002,绕线机构,3,1,2,A,线,应用实例：,自用盘编号,JJ321002,3,皮带轮,5,卷带轮,录音机卷带机构,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,录音机卷带机构,自用盘编号,JJ321002,1,3,2,送料机构,自用盘编号,JJ321002,o,t,s,3,2,推杆的运动规律,凸轮机构设计的基本任务,:,1),根据工作要求选定凸轮机构的形式,;,名词术语：,一、,推杆的常用运动规律,基圆、,推程运动角、,基圆半径、,推程、,远休止角、,回程运动角、,回程、,近休止角、,行程。,一个循环,r,min,h,B,A,而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。,2),推杆运动规律,;,3),合理确定结构尺寸,;,4),设计轮廓曲线。,01,01,0,0,0,0,02,02,D,B,C,自用盘编号,JJ321002,运动规律：,推杆在推程或回程时，其位移,S,、速度,V,、,和加速度,a,随时间,t,的变化规律。,形式：,多项式、三角函数。,S=S(t),V,=,V,(t),a,=,a,(t),位移曲线,o,t,s,r,0,h,B,A,01,01,0,0,0,0,02,02,D,B,C,自用盘编号,JJ321002,边界条件：,凸轮转过推程运动角,0,从动件上升,h,一、多项式运动规律,一般表达式：,s=C,0,+C,1,+C,2,2,+C,n,n,(1),求一阶导数得速度方程：,v,=,ds/dt,求二阶导数得加速度方程：,a,=,dv/dt,=2,C,2,2,+6C,3,2,+n(n-1)C,n,2,n-2,其中：,凸轮转角,，,d/dt=,凸轮角速度,C,i,待定系数,。,=,C,1,+2C,2,+nC,n,n-1,凸轮转过回程运动角,0,从动件下降,h,自用盘编号,JJ321002,1.,等速运动运动规律,在推程起始点：,=0,，,s=,0,代入得：,C,0,0,，,C,1,h/,0,推程运动方程：,s,h/,0,v,h/,0,s,0,v,a,h,在推程终止点：,=,0,，,s=h,+,刚性冲击,s =C,0,+C,1,+C,2,2,+C,n,n,v,=,C,1,+2C,2,+nC,n,n-1,a,=2,C,2,2,+6C,3,2,+n(n-1)C,n,2,n-2,同理得回程运动方程：,s,h(1-/,0,),v,-h/,0,a,0,a,0,自用盘编号,JJ321002,2.,等加等减速（二次多项式）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：,=0,，,s0,，,v,0,中间点：,=,0,/,2,，,s=h/2,求得：,C,0,0,，,C,1,0,，,C,2,2h/,0,2,加速段推程运动方程为：,s,2h,2,/,0,2,v,4h,/,0,2,a,4h,2,/,0,2,自用盘编号,JJ321002,推程减速上升段边界条件：,终止点：,=,0,，,s=h,，,v,0,中间点：,=,0,/,2,，,s=h/2,求得：,C,0,h,，,C,1,4h/,0,，,C,2,-2h/,0,2,减速段推程运动方程为：,s,h-2h,(-,0,),2,/,0,2,1,s,v,v,-,4h,(-,0,),/,0,2,a,-,4h,2,/,0,2,2,3,5,46,3,2h/,0,柔性冲击,4h,2,/,0,2,a,重写加速段推程运动方程为：,s,2h,2,/,0,2,v,4h,/,0,2,a,4h,2,/,0,2,h/2,0,h/2,自用盘编号,JJ321002,3.,五次多项式运动规律,位移方程：,s=10h(,/,0,),3,15h(,/,0,),4,+6h(,/,0,),5,s,v,a,h,0,无冲击，适用于高速凸轮。,自用盘编号,JJ321002,s,a,二、三角函数运动规律,1.,余弦加速度,(,简谐,),运动规律,推程：,s,h,1-cos(/,0,),/2,v,hsin(/,0,)/2,0,a,2,h,2,cos(/,0,)/2,02,回程：,s,h,1,cos(/,0,),/2,v,-hsin(/,0,)/2,0,a,-,2,h,2,cos(/,0,)/2,0,2,1,2,3,4,5,6,v,1,2,3,4,5,6,V,max,=1.57h/2,0,在起始和终止处理论上,a,为有限值，产生柔性冲击。,h,0,自用盘编号,JJ321002,2.,正弦加速度（摆线）运动规律,推程：,s,h/,0,-sin(2/,0,)/2,v,h1-cos(2/,0,)/,0,a,2h,2,sin,(2/,0,)/,0,2,回程：,s,h1-/,0,+sin(2/,0,)/2,v,hcos(2/,0,)-1/,0,a,-2h,2,sin2/,0,)/,0,2,无冲击,s,a,v,h,0,自用盘编号,JJ321002,v,s,a,h,o,o,o,0,+,-,v,s,a,h,o,o,o,0,正弦改进等速,三、改进型运动规律,将几种运动规律组合，以改善运动特性。,自用盘编号,JJ321002,O,B,设计凸轮机构时，除了要求从动件能实现预期的运动规律外，还希望凸轮机构结构紧凑，受力情况良好。而这与压力角有很大关系。,定义：,正压力与推杆上力作用点,B,速度方向间的夹角,F,”,，,若,大到一定程度时，会有：,机构发生自锁。,3,3,凸轮机构的压力角,n,n,一、压力角与作用力的关系,不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。,F,F,FF-,有用分力,沿导路方向,F”-,有害分力，垂直于导路,F”=F tg,F,一定时，,F,f,F,F,f,为了保证凸轮机构正常工作，要求：,r,T,a,r,T,r,T,a,r,T,0,r,T,a,r,T,r,T,轮廓失真,a,r,T,r,T,a,r,T,r,T,自用盘编号,JJ321002,r,min,对心直动平底从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径,r,min,，角速度,和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,设计步骤：,选比例尺,l,作基圆,r,min,。,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.,对心直动平底,从动件,盘形凸轮,8,7,6,5,4,3,2,1,9,10,11,12,13,14,-,A,60,120,90,90,1,3,5,7,8,1,3,5,7,8,9,11,13,15,9,11,13,12,14,s,1,2,3,4,5,6,7,8,15,14,13,12,11,10,9,自用盘编号,JJ321002,对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。,O,r,min,可通过增大,r,min,解决此问题。,r,min,自用盘编号,JJ321002,摆动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径,r,min,，角速度,，摆杆长度,l,以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。,三、摆动,从动件,盘形凸轮机构,60,120,90,90,1,2,3,4,5,6,7,8,5,6,7,8,s,B,1,B,2,B,3,B,4,B,5,B,6,B,7,B,8,120,60,90,-,d,A,B,l,B,1,1,r,min,B,2,2,B,7,7,B,6,6,B,5,5,B,4,4,B,3,3,A,1,A,2,A,3,A,4,A,5,A,6,A,7,A,8,1,2,3,4,自用盘编号,JJ321002,B,B,0,O,S,0,S,3,5,解析法设计凸轮的轮廓,从图解法的缺点引出解析法的优点,结果：求出轮廓曲线的解析表达式,-,已知条件：,e,、,r,min,、,r,TS=S(),、,及其方向。,理论轮廓的极坐标参数方程：,=(S+S,0,),2,+e,2,原理：,反转法。,=+,0,其中：,S,0,=r,2,min,e,2,tg,0,=e/S,0,tg,=e/(S,+S,0,),-,即,B,点的极坐标,r,T,(+,0,),(+,),=,两对顶角相等,e,r,min,参数方程。,S,0,0,自用盘编号,JJ321002,其中：,tg=,B,0,B,O,1,-,1,1,1,n,n,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。,T,=,2,+r,2,T,-2,r,T,cos,T,=+,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。,T,=arctg,T,点的极坐标参数方程为：,由图有：,=,+,其中：,tg,=,S+r,2,min,+e,2,ds/d,e,r,T,sin,-,r,T,cos,T,T,直接引用前面的结论,自用盘编号,JJ321002,本章重点：,常用从动件运动规律：特性及作图法；,理论轮廓与实际轮廓的关系；,凸轮压力角,与基圆半径,r,min,的关系；,掌握用图解法设计凸轮轮廓曲线的步骤与方法；,掌握解析法在凸轮轮廓设计中的应用。,直角坐标参数方程为：,x,=,T,cos,T,y,=,T,sin,T,自用盘编号,JJ321002,