凸轮机构机械原理.pptx

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1、1 1、凸轮机构：、凸轮机构：凸凸轮是一个具有曲轮是一个具有曲线轮廓的构件。线轮廓的构件。含有凸轮的机构含有凸轮的机构称为凸轮机构。称为凸轮机构。它由它由凸轮凸轮、从动从动件件和和机架机架组成。组成。一、凸轮机构的应用3-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类第1页/共70页内燃机配气凸轮机构2、凸轮机构的应用第2页/共70页多缸内燃机多缸内燃机-配气机构配气机构第3页/共70页进刀凸轮机构第4页/共70页冲压机第5页/共70页凸轮机构的优缺点优点: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；结构简单，运动可靠。缺点：从动件与凸轮接触应力大,易磨损用途：载荷较小的运动控

2、制第6页/共70页一）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 2、移动凸轮 3、圆柱凸轮4、圆锥凸轮第7页/共70页 1、尖顶从动件 2、滚子从动件 3、平底从动件二）按从动件上高副元素的几何形状分第8页/共70页三）、按凸轮与从动件的锁合方式分1、力锁合的凸轮机构2、形锁合的凸轮机构1）沟槽凸轮机构2）等宽凸轮机构3）等径凸轮机构4）主回凸轮机构第9页/共70页摆动从动件凸轮机构 （对心、偏置）移动从动件凸轮机构四）、根据从动件的运动形式分第10页/共70页推程运动角远休止角近休止角回程运动角S(A)BCD(,S)S ShSAB OeCDBOrbS0h三、凸轮机构的工

3、作原理三、凸轮机构的工作原理基圆第11页/共70页DABCDO回程角回程角回程角回程角现象:只要偏心距e不为0,即使AB与CD形状相同,回回程速度程速度比推程速度推程速度快。问1：如果从动件偏向O点左侧,回程速度回程速度和推程速推程速度度哪个快？问2：是否合理？第12页/共70页摆动从动件凸轮机构基圆BCDO1rba maxmaxl lAO2B10摆杆初始位置角0角位移，摆幅max，杆长l，中心距a第13页/共70页Sh()(max)3）凸轮机构曲线轮廓的设计4）绘制凸轮机构工作图1）从动件运动规律的设计2）凸轮机构基本尺寸的设计移动从动件：基圆半径rb，偏心距e;摆动从动件：基圆半径rb，凸

4、轮转动中心到从动件摆动中心的距离a及摆杆的长度l;滚子从动件：除上述外，还有滚子半径rr。平底从动件：除上述外，平底长度L。O1O2alO1erbrb四、凸轮机构的设计任务四、凸轮机构的设计任务第14页/共70页3-23-2从动件常用运动规律从动件常用运动规律 一、基本运动规律一、基本运动规律二、组合运动规律简介二、组合运动规律简介三、从动件运动规律设计三、从动件运动规律设计 第15页/共70页升-停-回-停型(RDRD)升-回-停型(RRD)升-停-回型(RDR)升-回型(RR)S()S()S()S()运动循环的类型第16页/共70页从动件运动规律的数学方程式从动件运动规律的数学方程式类速度

5、类加速度类跃动度位移速度加速度跃动度第17页/共70页一、基本运动规律一、基本运动规律a=2(2c2+6c3 +12c4 2+n(n-1)cn n-2)（一）多项式运动规律s=c0+c1 +c22+c33+cnnv=(c1+2c2+3c32+ncnn-1)式中，为凸轮的转角（rad）；c0，c1，c2，为n+1个待定系数。j=3(6c3+24c4+n(n-1)(n-2)cnn-3)第18页/共70页s=c0+c1v=c1 a=01、n=1的运动规律等速运动规律0aa=00sh0vv刚性冲击=0，s=0;=，s=h第19页/共70页0j0vvmax0shamax0a-amax等加速等减速运动规律

6、柔性冲击柔性冲击增加多项式的幂次，可获得性能良好的运动规律2、n=2的运动规律第20页/共70页svaj0000柔性冲击（二）余弦加速度规律第21页/共70页v0aj00s0h（三）正弦加速度规律第22页/共70页二、组合运动规律简介二、组合运动规律简介运动规律组合应遵循的原则：1、对于中、低速运动的 凸轮机构，要求从动件的 位移曲线在衔接处相切，以保证速度曲线的连续。2、对于中、高速运动的凸轮机构，则还要求从动件的 速度曲线在衔接处相切，以保证加速度曲线的连续。第23页/共70页aOABCDEFO梯形加速度运动规律a 改进型等速运动规律00aa=0v0sh第24页/共70页三、从动件运动规律

7、设计：三、从动件运动规律设计：1、从动件的最大速度vmax要尽量小；2、从动件的最大加速度amax要尽量小；3、从动件的最大跃动度jmax要尽量小。第25页/共70页运动规律运动规律Vmax(h w/F)w/F)amax(h w w2 2/F/F2 2)冲击特冲击特性性适用范围适用范围等速1.0 刚性刚性低速轻载低速轻载等加速等减速2.04.00柔性柔性中速轻载中速轻载余弦加速度1.574.93柔性柔性中速中载中速中载正弦加速度2.006.28无无高速轻载高速轻载从动件常用基本运动规律特性第26页/共70页333 3 盘形凸轮机构基本尺寸的确定盘形凸轮机构基本尺寸的确定 一、移动从动件盘形凸轮

8、机构的基本尺寸一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 第27页/共70页一、移动从动件盘形凸轮机构的基本一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸的设计尺寸的设计移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸ttOPnnAeSS0v2Crrb1123P13P23压力角ttOPnAeC1n(P13)P23瞬心第28页/共70页1、偏距e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角。为此应使从动件在工作行程中，点点C C和点和点P P位于凸轮回转中心O的同侧同侧，此时凸轮上C点的线速度指向与从动件工作行程的线速度指向相同。偏

9、距不宜取得太大，可近似取为：第29页/共70页2、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;不足是：同时加大了机构尺寸。因此，原则如下：1）若机构受力不大，要求机构紧凑时；取较小的基圆半径，按许用压力角求这时，若从动件运动规律已知，即s=s()已知，代入上式，可求得一系列rb,取最大者为基圆半径第30页/共70页根据实际轮廓的最小向径rm确定基圆半径rb，校核压力角根据结构和强度确定基圆半径rsrhrm2 2）若机构受力较大，对其尺寸又没有严格的）若机构受力较大，对其尺寸又没有严格的限制限制第31页/共70页二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸

10、寸整理得，1 与2同向同向凸轮的转向1 与从动件的转向2相反相反nO1PKO2rb12Bn0+v2Lanv2O1PKO2rb21BttanL0+LO1PLO2PLO2PLO2PLO2PLLL-=2、在运动规律和 基本尺寸相同的情况下，1 与2异向，会减小摆动从动件盘形凸轮机构的压力角。1、摆动从动件盘形凸轮机构的压力角与从动件的运动规律、摆杆长度、基圆半径及中心距有关。第32页/共70页一、图解法设计盘形凸轮机构二、解析法设计盘形凸轮机构3-4 根据预定运动规律设计盘形凸轮轮廓曲线第33页/共70页一、盘形凸轮机构的设计一、盘形凸轮机构的设计图解法图解法（1）尖顶移动从动件盘形凸轮机构（2）滚

11、子移动从动件盘形凸轮机构（3）尖顶摆动从动件盘形凸轮机构第34页/共70页2S1123s1s2hOrb-11s111s12s2s23hh32凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）第35页/共70页2S1123s1s2hOrb-33211s2s1h112es1s2偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）第36页/共70页2S1123s1s2h-1111s1Orbes22h3Fvs11已知：S=S（），rb，e，偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）第37页/共70页2S1123s1s2h-1111s1Orbes22h3已知：S=S（），rb，e，rr理论轮廓实际轮廓Fv偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线

12、设计（反转法）第38页/共70页SS911223344556677883-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C710已知：=()，rb，L(杆长)，a(中心距)，A0B00OSSA1A2A3A4A5A9A8A7A6B11C9B9Fv3摆动从动件盘形凸轮机构摆动从动件盘形凸轮机构1第39页/共70页二、盘形凸轮机构的设计二、盘形凸轮机构的设计解析法解析法（1）尖顶移动从动件盘形凸轮机构（2）尖顶摆动从动件盘形凸轮机构（3）滚子移动从动件盘形凸轮机构（4）平底移动从动件盘形凸轮机构第40页/共70页x2SSOB1eSS0rby-BC0CB0(1)尖顶移动从动件盘形凸轮机构

13、的设计尖顶移动从动件盘形凸轮机构的设计第41页/共70页xOB1eSS0rby-BC0CB0平面旋转矩阵尖顶移动从动件盘形凸轮机构第42页/共70页注意：1）若从动件导路导路相对于凸轮回转中心的偏置方向与x方向同向，则e0,反之e0，反之 0，反之 0y0B0B1BrbAx-OaL第44页/共70页(3)滚子从动件盘形凸轮机构的设计OnnB0BrbyxrrCCCBCrrrrrm（a）理论轮廓曲线的设计（b）实际轮廓第45页/共70页(c)刀具中心轨迹方程砂轮滚子rrrcrc-rrc钼丝滚子rrrcrr-rcc上式中用|rc-rr|代替rr即得刀具中心轨迹方程第46页/共70页(d)滚子半径的确

14、定当rr min时，实际轮廓为一光滑曲线。当rr=min时，实际轮廓将出现尖点，极易磨损，会引起运动失真。rrbminminrr 0rr=minminbmin=min-rr=0rr第47页/共70页当rrmin时，实际轮廓将出现交叉现象，会引起运动失真。rrbminminbmin=min+rr 0内凹的轮廓曲线不存在失真。minrrrrminbmin=min-rr 0bmin=min-rr 3 mm，rr min-3 mm rr 0.8 min rr 0.4rb 或一般第48页/共70页1、轮廓曲线的设计(4)平底移动从动件盘形凸轮机构的设计平底移动从动件盘形凸轮机构的设计v223OPB1SS

15、0rrb1B-yx第49页/共70页(1)基本尺寸的确定L=Lmax+Lmax+(410)mmLmax=(OP)max=(ds/d)maxL为平底总长，L max和L max为平底与凸轮接触点到从动件导路中心线的左、右两侧 的最远距离。5432112345rbrb（2）凸轮轮廓的向径不能变化太快。OALmaxP2.平底长度的确定平底长度的确定第50页/共70页凸轮机构的计算机辅助设计使用要求选择凸轮机构的类型设计从动件的运动规律确定基本尺寸建立凸轮廓线方程计算机仿真评价决策第51页/共70页 建立直角坐标系，以凸轮回转中心为原点，y轴与从动件导路平行，凸轮理论廓线方程为：例：一直动偏置滚子从动

16、件凸轮机构，已知rb=50mm，rr=3mm，e=12mm，凸轮以等角速度逆时针转动，当凸轮转过=1800，从动件以等加速等减速运动规律上升h=40mm，凸轮再转过=1500，从动件以余弦加速度运动规律下降回原处，其余s=300，从动件静止不动。试用解析法计算1=600，2=2400时凸轮实际廓线上点的坐标值。解：第52页/共70页从动件运动规律：回程升程第53页/共70页理论廓线上点的坐标：实际廓线上点的坐标:第54页/共70页3-5 空间凸轮机构rrRmLS1023 45 6 79 089876543212SS10234 5 6 79 082RmLB0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B

17、0v1-v1v2v21v1第55页/共70页结束第56页/共70页瞬心瞬心 作平面相对运动的两构件上在任一瞬时其绝对速度相等的重合点。12P1212P12低副的瞬心，任意平面相对运动都可以分解成2类运动：转动、移动。第57页/共70页三心定理三心定理 三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬心，且必位于同一条直线上。第58页/共70页铰链四杆机构铰链四杆机构的的瞬心瞬心1.瞬心的总数K:4*(4-1)/2=6 6 6 62.用直接观察法确定瞬心P12P12P12P12、P23P23P23P23、P34P34P34P34、P14P14P14P14;3.用三心定理三心定理确定瞬心P13:对于构件1、2

18、2 2 2、3，P13必在P12和P23的连线上对于构件1、4 4 4 4、3，P13必在P14和P34的连线上上述两条直线的交点就是瞬心瞬心P13P13P13P13;4.同理,可得瞬心瞬心P24P24P24P24;1 12 23 34 4P P1212P P2323P P3434P P1414P P2424P P1313第59页/共70页相对于凸轮凸轮，从动杆从动杆的运动可分解为：绕接触点N的转动-(转动副转动副)沿N点的切线移动v (移动副移动副)转动副的瞬心为点N；移动副的瞬心为与速度v垂直的直线；综上：凸轮副的瞬心位于过凸轮副的瞬心位于过N N点的点的凸轮法线上。凸轮法线上。同理：可以

19、得出齿轮副的瞬心线可以得出齿轮副的瞬心线。分析：分析：凸轮副凸轮副的瞬心瞬心-vNrbO第60页/共70页P12P12高副的瞬心在接触点的公法线上。高副机构高副机构的瞬心瞬心第61页/共70页rb1O1 13 3顶尖移动从动件顶尖移动从动件凸轮机构凸轮机构的的瞬心瞬心活动构件的瞬心P(P P1212)：法线n-n上仅P P点点处，凸轮1与从动杆2的速度矢量方速度矢量方向相同向相同。且P点处：凸轮1的线速度线速度为：1*LOP从动杆2的线速度速度为：V2另外2个瞬心分别为：P P1313：与O重合；P P2323：沿OP指向无穷远处;P,P13,P23位于同一直线上ttnnAv22 2PCP13

20、P23第62页/共70页摆动从动件盘形凸轮机构摆动从动件盘形凸轮机构的的瞬心瞬心nO1PKO2rb12Bn0+v2Lanv2O1PKO2rb21BttanL0+第63页/共70页aabbr2r1齿轮机构的瞬心第64页/共70页瞬心线瞬心线瞬心线瞬心线和和瞬心线机构瞬心线机构瞬心线机构瞬心线机构S4为定瞬心线定瞬心线;S2为动瞬心线动瞬心线,动瞬心线将沿定瞬心线作无滑动的滚动;利用瞬心线设计而成的机构叫做瞬心线机构瞬心线机构.第65页/共70页在机构运动和结构分析中的高副低代 在机构运动分析仅考虑机构的位置、速度和加速度的情况下以及分析机构的级别时，可以采用高副低代。第66页/共70页摆动从动件盘形凸轮机构的瞬心第67页/共70页移动从动件盘形凸轮机构的瞬心第68页/共70页共轭曲线和共轭曲线机构 K1将成为包络曲线，而K2为被包络曲线，两高副元素互为包络的曲线通常被称为共轭曲线。含有共轭曲线的高副机构为共轭曲线机构。将低副机构转变成共轭曲线机构，共轭曲线的形状K1、K2就可以有无穷多种。第69页/共70页感谢您的观看！第70页/共70页