物理机械设计基础凸轮机构.pptx

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1、本章重点本章重点:凸轮机构的名词术语凸轮机构的名词术语 从动件的常用运动规律及特点从动件的常用运动规律及特点 凸轮轮廓的设计凸轮轮廓的设计 基圆半径、滚子半径、压力角等参数的选择基圆半径、滚子半径、压力角等参数的选择本章难点本章难点:基圆半径、滚子半径、压力角等参数的选择基圆半径、滚子半径、压力角等参数的选择第1页/共57页凸轮凸轮:具有曲线轮廓的原动件从动杆从动杆:运动规律受凸轮限制机架机架3机架2从动件e1凸轮高副组组成成7-1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型第2页/共57页eh凸轮机构凸轮机构 由凸轮，从动件由凸轮，从动件和机架构成的三杆高副机构和机架构成的三杆高副机构。第3页

2、/共57页eh第4页/共57页应用一、内燃机配气机构应用二、绕线机构 1 2应用三、送料机构应用四、自动机床上的走刀机构第5页/共57页2)2)按照从动件形状分类按照从动件形状分类:尖顶尖顶、平底平底、滚子滚子3)3)按照从动件运动方式分类按照从动件运动方式分类:移动移动、摆动摆动二、分类二、分类1)1)按照凸轮形状分类按照凸轮形状分类:盘形盘形、移动移动、圆柱圆柱第6页/共57页4 4）一般凸轮机构的命名原）一般凸轮机构的命名原则则:布置形式布置形式+运动形式运动形式+推杆形状推杆形状+凸轮形状凸轮形状对心对心直动直动尖尖顶推杆顶推杆盘形盘形凸轮凸轮机构机构偏置偏置直动直动滚滚子推杆子推杆盘

3、形盘形凸轮凸轮机构机构摆摆动动平底推杆平底推杆盘形凸轮盘形凸轮机构机构第7页/共57页凸轮机构的封闭凸轮机构的封闭(锁合锁合)方法方法力封闭凸轮机构力封闭凸轮机构重力封闭重力封闭 弹簧力封闭弹簧力封闭几何封闭凸轮机构几何封闭凸轮机构等宽凸轮等宽凸轮等径凸轮等径凸轮主回凸轮主回凸轮凹槽凸轮凹槽凸轮注意注意:必须设法使凸轮与从动件始终保持接触必须设法使凸轮与从动件始终保持接触第8页/共57页按从动件的运动分类摆动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构直动从动件凸轮机构直动从动件凸轮机构按从动件的形状分类滚子从动件凸轮机构滚子从动件凸轮机构尖顶从动件凸轮机构尖顶从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构平底从动件凸

4、轮机构小结按凸轮的形状分类盘形凸轮机构盘形凸轮机构移动凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构第9页/共57页7-2 从动件的常用运动规从动件的常用运动规律律一、凸轮运动常用术一、凸轮运动常用术语语基圆：基圆：以轮廓的最小向径以轮廓的最小向径所作的圆所作的圆(rmin基圆半径基圆半径)升程：升程：推程所移动的距离推程所移动的距离推程运动角推程运动角t：与推程对与推程对应的凸轮转角。应的凸轮转角。推程：推程：从动件从离回转中心从动件从离回转中心最近最近最远的这一过程最远的这一过程回程运动角回程运动角h：与回程对与回程对应的凸轮转角。应的凸轮转角。第10页/共57页一、凸轮运动常用术一、凸轮运

5、动常用术语语远休止角远休止角s:从动件在从动件在最远位置不动凸轮转最远位置不动凸轮转角角(BC)(BC)近近休休止止角角s:从从动动件件最最近近位位置置不不动动的的转转角角(DA)(DA)位位移移2:从从动动件件移移动动的的距距离离2 2 是是时时间间的函数的函数第11页/共57页圆弧段圆弧段第12页/共57页12001200600600第13页/共57页12001200600600rmin基圆（rmin）以最短向径所作的圆第14页/共57页12001200600600rminFEBD第15页/共57页12001200600600rminFEBDS21120012000600180012006

6、0036003000第16页/共57页12001200600600rbFEBDS211200120006001800120060036003000第17页/共57页12001200600600rbFEBDS211200120006001800120060036003000h h升程h推杆的最大位移。其对应的凸轮转角t推程运动角t t第18页/共57页12001200600600rbFEBDS211200120006001800120060036003000htEF段从动件在远处停止，其对应的转角s远休止角。s远休止角推程运动角第19页/共57页12001200600600rbFEBDS2112

7、00120006001800120060036003000htDF段从动件回落回程s远休止角推程运动角第20页/共57页12001200600600rbFEBDS211200120006001800120060036003000h第21页/共57页12001200600600rbFEBDS211200120006001800120060036003000htshst推程运动角；s远休止角h回程运动角；s近休止角第22页/共57页A凸轮机构的运动过程凸轮机构的运动过程基基圆圆(以以凸凸轮轮轮轮廓廓最最小小向向径径所所组组成成的的圆圆)，基基圆圆半径半径r rminmin推程推程，推程运动角，推程

8、运动角 t t远休止远休止，远休止角，远休止角 s s 回程回程，回程运动角，回程运动角 h 近休止近休止，近休止角，近休止角 s 行程（升程）行程（升程），h h运动线图运动线图:从动件的位移、速度、加速度从动件的位移、速度、加速度等随时间等随时间t t或凸轮转角或凸轮转角 变化关系图变化关系图t sh srmin t推程推程 s远休止远休止 h回程回程 s近休止近休止t1s20BCDhA第23页/共57页重点重点：如如何何根根据据从从动动件件的的运运动动规规律律（2 2 与与1 1 函函数数关系）作运动线图关系）作运动线图有几种？特点？有几种？特点？二、从动件的常用运动规二、从动件的常用运

9、动规律律 凸凸轮轮的的外外型型由由从从动动件件运运动动规规律律决决定定:2 2 与与1 1 函数关系曲线函数关系曲线 位移方程：位移方程：速度方程：速度方程：加速度方程：加速度方程：第24页/共57页多项式运动规律多项式运动规律一次多项式运动规律一次多项式运动规律等速运动等速运动二次多项式运动规律二次多项式运动规律等加速等减速运动等加速等减速运动三角函数运动规律三角函数运动规律余弦加速度运动余弦加速度运动简谐运动简谐运动正弦加速度运动正弦加速度运动摆线运动摆线运动常用运动规律：常用运动规律：第25页/共57页多项式运动规律多项式运动规律推程段推程段(0t)运动运动方程方程hs 0 tv 0a

10、0-+1.等速运动等速运动一次一次多项式运动规律多项式运动规律边界条件边界条件:刚性冲击刚性冲击第26页/共57页一次多项式运动规律一次多项式运动规律等速运动等速运动（续）（续）回程段回程段(0h)运运动方程动方程s 0v 0a 0h-+-thAt sh srminBCDA第27页/共57页10mmS211204012080在启动与终止段用其它运动规律过渡在启动与终止段用其它运动规律过渡 适于低速、轻载、从动杆质量不大，要求匀速处。适于低速、轻载、从动杆质量不大，要求匀速处。h例：例：已知从动件作等速运动已知从动件作等速运动,20mm，t120,S40,h120,s80,作运动线图。作运动线图

11、。取作图比例取作图比例l l第28页/共57页2.二次多项式运动规律二次多项式运动规律-等加速等减速运动等加速等减速运动推程段推程段运动方程运动方程:s 0tv 0a 0h/2h/2t/2t/2h边界条件边界条件:推程加速段推程加速段:第29页/共57页推程推程运动方程运动方程:s 0tv 0a 0h/2h/2t/2t/2h(0t/2)(t/2t)加速段加速段减速段减速段位移方程位移方程速度方程速度方程加速度方程加速度方程2.二次多项式运动规律二次多项式运动规律-等加速等减速运动等加速等减速运动柔性冲击柔性冲击第30页/共57页位移位移1:4:9如升程前半行程取如升程前半行程取=3=3149升

12、程后半段等减速升程后半段等减速对应的对应的2X2X为为9:4:19:4:10h/2h 作图作图:(升程升程)前半前半行程行程(h/2)(h/2)等加速等加速后半后半行程行程(h/2)(h/2)等减速等减速 位位 1:4:9:16 移移 16:9:4:1t t第31页/共57页3 简谐运动简谐运动分析分析:点在圆周上作匀速运动时点在圆周上作匀速运动时,它在这个圆的直径上它在这个圆的直径上的投影所构成的运动。的投影所构成的运动。始点与终点有柔性冲击始点与终点有柔性冲击中、低速凸轮机构中、低速凸轮机构第32页/共57页第33页/共57页 实际上实际上,从动件在推、回程的运动规律并非要相同。从动件在推

13、、回程的运动规律并非要相同。作图作图:图图7-67-6注意注意:横轴和半圆的等分点一定要相同（不是度数相同）横轴和半圆的等分点一定要相同（不是度数相同）第34页/共57页h1s2第35页/共57页h1s2第36页/共57页h1s2第37页/共57页4.正弦加速度运动正弦加速度运动摆线运动摆线运动推程推程运动方程：运动方程：运动线图运动线图冲击特性：冲击特性：无冲击无冲击适用场合：适用场合：高速凸轮高速凸轮缺点：加速度最大值缺点：加速度最大值amax较大，较大，惯性力较大，要求较高的加工惯性力较大，要求较高的加工精度精度av0 00 1 2 3 4 5 6 7 8shA2ph0 第38页/共57

14、页7-3 凸轮轮廓曲线的设凸轮轮廓曲线的设计计相对运动原理相对运动原理 （作图法）反转法反转法：给整个机构加给整个机构加 -运动运动凸轮不动，机架反转，从动件作复合运动一、设计方法的原理一、设计方法的原理按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓第39页/共57页AAAAAAAAAAA A A凸轮廓线设计的基本原理凸轮廓线设计的基本原理相相对对运运动动原原理理法法:(运运动动学学反反转法转法):对整个系统施加对整个系统施加-运动运动凸轮保持不动凸轮保持不动推杆作复合运动推杆作复合运动=反转运反转运动动(-)+往复移动往复移动(s)A Ar0-r0第40页/共57页二、直动

15、从动件盘形凸轮轮廓的绘二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制制1 1、对心直动尖顶从动件盘形凸轮的设计、对心直动尖顶从动件盘形凸轮的设计3 3、滚子、滚子(对心直动对心直动)从动件从动件凸轮的设计凸轮的设计4 4、平底、平底(对心直动对心直动)从动件从动件凸轮的设计凸轮的设计2 2、偏置、偏置直动尖顶从动件凸轮的设计直动尖顶从动件凸轮的设计第41页/共57页作图法设计凸轮廓线作图法设计凸轮廓线作图步骤：作图步骤：1.根根据据从从动动件件的的运运动动规规律律,作作出出位位移移线图线图 s-，并等分运动角，并等分运动角;(或根据位移方程求出各对应或根据位移方程求出各对应的的s)2.画画基基圆圆,并并等等

16、分分运运动动角角,并并作作出出对对应应射线；射线；3.根根据据推推杆杆位位移移作作出出在在反反转转运运动动中中依依次次 占占据据的的位位置置,求求出出推推杆杆尖尖端端在在反反转转运动运动 中依次占据的位置点中依次占据的位置点4.将各位置点联接成光滑的曲线将各位置点联接成光滑的曲线第42页/共57页1.对心直动尖顶从动件杆盘形凸对心直动尖顶从动件杆盘形凸轮轮:已知:rmin、h、w1、从动杆运动规律凸轮转角从动杆运动 0 180 等速上升 h180 210 远休止210 300 等速下降 300 360 近休止解:1.作位移曲线(取比例l)S2103600180021003000h1 2 3 4

17、 5 6 7 8 9 10 11 122.等份S2-1图w10123456789103.作基圆(注意比例一致)4.-等分基圆得导轨5.量取相应位移6.作轮廓线注意比例一致注意比例一致11h第43页/共57页s0h2.偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构已知：已知：rmin，(逆时针逆时针),偏距偏距e，运动规，运动规律律设计：设计：凸轮廓线凸轮廓线步骤：步骤：1.取比例尺取比例尺l,画画基圆基圆和和偏距圆偏距圆;2.分析推杆运动规律分析推杆运动规律;3.等分等分 0,并作出对应射线；并作出对应射线；4.根根据据推推杆杆位位移移作作出出在在反反转转运运动动中中依依次次占占据据

18、的的位位置置,求求出出推推杆杆尖尖端端在在反反转转运运动动中中依依次次占占据据的的位位置点置点;.第44页/共57页第45页/共57页3 3 滚子滚子(对心直动对心直动)从动件从动件按尖顶从动件作凸轮轮廓线按尖顶从动件作凸轮轮廓线0 0(理论轮廓理论轮廓)理论廓线理论廓线0实际廓线实际廓线以以0 0各点为圆心作圆各点为圆心作圆(滚子半径为半径滚子半径为半径)作这些圆的包络线作这些圆的包络线(实际轮廓实际轮廓)已知：已知：rmin，推杆运动规律，滚子半径，推杆运动规律，滚子半径rr,凸轮逆时针方向转动凸轮逆时针方向转动动画动画第46页/共57页4 4 平底平底(对心直动对心直动)从动从动件件按尖

19、顶从动件作理论轮廓线一系列点按尖顶从动件作理论轮廓线一系列点A A0 0,A,A1 1,A,A2 2,.,.过各点作作各位置的平底过各点作作各位置的平底A A0 0B B0 0,A,A1 1B B1 1,A,A2 2B B2 2.作这些平底的包络线作这些平底的包络线 实际轮廓实际轮廓实际廓线实际廓线A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10 1 1注意：平底左右侧注意：平底左右侧的长度的长度第47页/共57页三、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘三、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制制1rminLoAOA21第48页/共57页r0r0分析：分析：-第49页/

20、共57页摆动推杆盘形凸轮机构摆动推杆盘形凸轮机构设计设计已知：已知：rmin，机架长度，推杆运动，机架长度，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动规律，凸轮逆时针方向转动设计：设计：凸轮廓线凸轮廓线解：解：1.定比例尺定比例尺 l 2.初始位置及推杆位移曲线初始位置及推杆位移曲线3.确定推杆确定推杆反转运动反转运动占据的各占据的各位置位置4.确定推杆确定推杆预期运动预期运动占据的各占据的各位置位置5.推杆高副元素族推杆高副元素族6.推杆高副元素的包络线推杆高副元素的包络线f210Ff21f22f23f24f25f26f27f28f29f210f211f212第50页/共57页 a a 有害分力有害分

21、力F当当 a a 大于一定值大于一定值,将自锁将自锁.一般一般,推程推程 a a =30 (直动直动)35 45 (摆动摆动)回程回程 a a =70 80 aQ7-4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定一、压力角一、压力角与作用力的关系与作用力的关系FFFop第51页/共57页OB1P点为速度瞬心，点为速度瞬心，于是有：于是有：v=lOP1nnP lOP=v2/1eds2/d1=ds2/d1=lOC+lCP lCP=lOC=elCP=ds2/d1-eC(S2+S0)tg s0s2Dv2v2rmin二、基圆半径的确定二、基圆半径的确定 S0=r2min-e2 tg=S2+r2min-

22、e2ds2/d1-e 结论结论1 1、在最大压力角小于许用压力角的前提下，尽可、在最大压力角小于许用压力角的前提下，尽可能选用小的基圆半径。能选用小的基圆半径。2 2、为了减小推程压力角，应将从动件导路向相对、为了减小推程压力角，应将从动件导路向相对速度瞬心的同侧偏置速度瞬心的同侧偏置第52页/共57页实际廓线曲率半径：实际廓线曲率半径：a理论廓线曲率半径：理论廓线曲率半径：滚子半径：滚子半径：rr1 内凹凸轮廓线内凹凸轮廓线 a=+rr理论廓线最小理论廓线最小结论：结论：无论滚子半径多大，总无论滚子半径多大，总能由理论廓线得到能由理论廓线得到实际廓线实际廓线2 外凸凸轮廓线外凸凸轮廓线 a=

23、-rr rr，a0，实际廓线，实际廓线平滑平滑=rr，a=0，实际廓线，实际廓线变尖变尖 rr，arrrr a=-rr0 rr三、滚子半径的选择三、滚子半径的选择动画动画第53页/共57页课课堂堂练练习习试标出在图a所示位置时凸轮机构的压力角，凸轮从图示位置转过900后推杆的位移；标出图b推杆从图示位置升高位移s时，凸轮的转角和凸轮机构的压力角。第54页/共57页第55页/共57页小结1.基本概念:术语:推程,回程,推程(回程)运动 角,远(近)休止角,升程,基圆,向径 运动线图2.基本内容:凸轮,从动件的分类 三种运动规律线图的绘制 对心直动从动件盘形凸轮轮廓的图解法作业：7-7，7-9第56页/共57页感谢您的观看！第57页/共57页