常用机构--凸轮机构.ppt

第七章第七章 常用机构常用机构运动副、机构与机构运动简图运动副、机构与机构运动简图平面连杆机构平面连杆机构凸轮机构和螺旋机构凸轮机构和螺旋机构间歇运动机构间歇运动机构机构的扩展与组合机构的扩展与组合第三节第三节凸轮机构和螺旋机构凸轮机构和螺旋机构凸轮机构应用举例凸轮机构应用举例凸轮机构的概述凸轮机构的概述内燃机配气机构内燃机配气机构 内燃机配气机构内燃机配气机构凸轮机构的概述凸轮机构的概述自动车床走刀机构自动车床走刀机构 自动车床走刀机构自动车床走刀机构凸轮机构的概述凸轮机构的概述冲床凸轮机构冲床凸轮机构绕线机凸轮机构绕线机凸轮机构自动车床凸轮机构自动车床凸轮机构圆柱凸轮输送机圆柱凸轮输送机靠模车削机构靠模车削机构 靠模车削机构靠模车削机构凸轮机构的概述凸轮机构的概述 凸轮机构凸轮机构依靠凸轮轮廓直接与从动件接触，迫使从动件作有规律的直线往复运动（直动）或摆动。1凸轮2从动件3机架 凸轮机构示意凸轮机构示意凸轮机构的概述凸轮机构的概述一、凸轮机构的分类 二、凸轮机构的应用特点 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 一、凸轮机构的分类 按形状分按从动件端部形状和运动形式分盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮尖顶从动件滚子从动件平底从动件凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 尖顶移动从动杆盘形凸轮机构尖顶移动从动杆盘形凸轮机构尖顶摆动从动杆盘形凸轮机构尖顶摆动从动杆盘形凸轮机构滚子移动从动杆盘形凸轮机构滚子移动从动杆盘形凸轮机构滚子摆动从动杆盘形凸轮机构滚子摆动从动杆盘形凸轮机构l 盘形凸轮平底移动从动杆盘形凸轮机构平底移动从动杆盘形凸轮机构平底摆动从动杆盘形凸轮机构平底摆动从动杆盘形凸轮机构凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 移动从动杆移动凸轮机构移动从动杆移动凸轮机构摆动从动杆移动凸轮机构摆动从动杆移动凸轮机构l 移动凸轮凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构l 圆柱凸轮自动车床走刀机构自动车床走刀机构凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 (二)按从动件运动副元素的形状分尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 平底从动件平底从动件(三三)按从动件的运动形式分按从动件的运动形式分摆动从动件摆动从动件移动从动件移动从动件凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 (四四)按凸轮与从动件维持高副接触按凸轮与从动件维持高副接触(封闭封闭)的方式分的方式分力封闭型凸轮机构力封闭型凸轮机构弹簧力封闭弹簧力封闭重力封闭重力封闭 凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 形封闭型凸轮机构形封闭型凸轮机构凹槽凸轮机构凹槽凸轮机构等宽凸轮机构等宽凸轮机构凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 形封闭型凸轮机构形封闭型凸轮机构等径凸轮机构等径凸轮机构共轭凸轮机构共轭凸轮机构凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 二、凸轮机构的应用特点 优点优点：结构简单紧凑，工作可靠，设计适当的凸轮轮廓曲线，可使从动件获得任意预期的运动规律。凸轮机构的分类与特点凸轮机构的分类与特点 缺点：缺点：凸轮与从动件（杆或滚子）之间以点或线接触，不便于润滑，易磨损。应用：应用：多用于传力不大的场合，如自动机械、仪表、控制机构和调节机构中。1)根据工作要求，合理地选择凸轮机构的型式。2)根据机构工作要求、载荷情况及凸轮转速等，确定从动件的运动规律。3)根据凸轮在机器中安装位置的限制、从动件行程、许用压力角及凸轮种类等，初步确定凸轮基圆半径。4)根据从动件的运动规律，用图解法或解析法设计凸轮轮廓线。5)校核压力角及轮廓的最小曲率半径。凸轮机构设计的基本内容与步骤凸轮机构设计的基本内容与步骤一、凸轮机构工作过程 二、从动件常用的运动规律 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律一、凸轮机构工作过程 凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动 凸轮回转时，从动件作“升停降停”的运动循环。凸轮机构工作过程凸轮机构工作过程凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律rbh S S S S DD0B0B sO,t360基圆基圆 基圆半径基圆半径rb推程推程推程角推程角 升距升距h远休远休 远休止角远休止角 s回程回程回程角回程角 近休近休近休止角近休止角 s B 位移曲线凸轮机构基本名词术语凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律二、从动件常用运动规律 位移线图 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律1等速运动规律 从动件上升（或下降）的速度为一常数。等速运动规律等速运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律s,t v,ta,th位移线图加速度线图速度线图推程推程 速度曲线不连续，机速度曲线不连续，机构将产生构将产生刚性冲击刚性冲击。等速。等速运动规律适用于低速轻载运动规律适用于低速轻载场合。场合。2等加速等减速运动规律 从动件在行程中先作等加速运动，后作等减速运动。等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 h 2h 2,ta,ts4h 2 2,tv2h 推程推程后半程后半程前半程前半程 加速度曲线不连续，机构将产加速度曲线不连续，机构将产生生柔性冲击柔性冲击。等加速等减速运动规。等加速等减速运动规律适用于中速轻载场合。律适用于中速轻载场合。等加速等减速运动规律位移曲线画法 凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律,ts,ta,tvvmax 1.57h 推程推程加加速速度度曲曲线线不不连连续续，存存在在柔柔性性冲冲击击。余余弦弦加加速速度度运运动动规律适用于中速中载场合。规律适用于中速中载场合。h amax 4.93h 2 2凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律 正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律速速度度曲曲线线和和加加速速度度曲曲线线连连续续，无无刚刚性性冲冲击击和和柔柔性性冲冲击击。正正弦弦加加速速度度运运动动规律适用于高速轻载场合。规律适用于高速轻载场合。s,t,ta,tvh vmax 2h amax 6.28h 2 2推程推程凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律3 34 45 5次多项式运动规律次多项式运动规律推程推程,tsvah 速速度度曲曲线线和和加加速速度度曲曲线线连连续续，无无刚刚性性冲冲击击和和柔柔性性冲冲击击。3-4-5次运动规律适用于高速中载场合。次运动规律适用于高速中载场合。凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律组合组合组合组合运动规律运动规律运动规律运动规律 为为了了克克服服单单一一运运动动规规律律的的某某些些缺缺陷陷，获获得得更更好好的的运运动动和和动动力力特特性性，可可以以把把几几种种运运动动规规律律拼拼接接起来，构成起来，构成组合运动规律组合运动规律。组合原合原则位位移移曲曲线线、速速度度曲曲线线必必须须连连续续，高高速速凸凸轮轮机机构构加加速速度度曲曲线线也也必须连续。必须连续。各各段段运运动动规规律律的的位位移移、速速度度和和加加速速度度曲曲线线在在连连接接点点处处其其值值应应分别相等。分别相等。vs a,t,t,thOOO vs a,t,t,thOOO 正弦加速度曲线与直线组合正弦加速度曲线与直线组合凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律本章小结本章小结 1凸轮机构的类型及其应用特点。2凸轮机构从动件常用运动规律的工作特点。凸轮机构工作过程及从动件运动规律凸轮机构工作过程及从动件运动规律1 满足机器的工作要求3 使凸轮轮廓易于加工从动件运动规律的选择与应用从动件运动规律的选择与应用1 满足机器的工作要求2 使凸轮机构具有良好的动力性能从动件常用运动规律比较从动件常用运动规律比较如图，若给整个机构加一个与凸轮角速度。大小相等方向相反的公共角速度 ，于是，凸轮静止不动，而从动件和导路一方面以角速度 绕 D 点转动，另一方面从动件又以一定的运动规律相对导路往复运动。由于从动件尖底始终与凸轮轮廓接触，所以从动件尖底的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线。根据这一原理便可作出各种类型凸轮机构的凸轮轮廓曲线。反转法用图解法设计凸轮轮廓曲线用图解法设计凸轮轮廓曲线rbOs 1 3 5 7 8 60120909060120 1 2 90A909 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 101.对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计 选选比比例例尺尺 l，作作位位移移曲曲线线和和基圆基圆rb。等等分分位位移移曲曲线线及及反反向向等等分分各各运运动动角角，确确定定反反转转后后对对应应于各等分点的从动件的位移通道。于各等分点的从动件的位移通道。3 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915 确确定定反反转转后后从从动动件件尖尖顶顶在在各等分通道上的位置。各等分通道上的位置。设计步步骤 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。已知凸轮的基圆半径rb，凸轮角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计作业：设计一对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线已知凸轮的基圆半径rb=2h=20mm，凸轮角速度顺时针，从动件的运动规律自拟凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计eA2 2.偏置尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计偏置尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rb，角速度角速度 和从动件的运动规律及偏心距和从动件的运动规律及偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。选选比比例例尺尺 l，作作位位移移曲线、基圆曲线、基圆rb和偏距圆和偏距圆e。等等分分位位移移曲曲线线及及反反向向等等分分各各运运动动角角，确确定定反反转转后后对对应应于于各各等等分分点点的的从从动动件件的的位移通道。位移通道。O6 1 2 3 4 5 7 8 14 13 12 11 10 9 s 1 3 5 7 8 6012090909 1113151 3 5 7 8 9 11 1312 14 10 确确定定反反转转后后从从动动件件尖尖顶在各等分通道上的位置顶在各等分通道上的位置。将将各各尖尖顶顶点点连连接接成成一一条光滑曲线。条光滑曲线。设计步步骤k1k2k3k5k4k6k7k812345678k9k10k11k12k13k14k159101112131415凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计rbOA3 3.对心滚子移动从动件盘形凸轮廓线的设计对心滚子移动从动件盘形凸轮廓线的设计已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rb，滚子半径，滚子半径rr、凸轮、凸轮角速度角速度 和从动件的运动规律，设和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。计该凸轮轮廓曲线。选选比比例例尺尺 l，作作位位移移曲曲线线和和基圆基圆rb。等等分分位位移移曲曲线线及及反反向向等等分分各各运运动动角角，确确定定反反转转后后对对应应于于各各等等分分点点的的从动件的位移通道。从动件的位移通道。理论轮廓曲线实际轮廓曲线s 1 3 5 7 8 6012090909 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 1060120 1 2 90903 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915 确确定定反反转转后后从从动动件件滚滚子子中中心心在在各等分位移通道上的位置。各等分位移通道上的位置。将各点连接成一条光滑曲线。将各点连接成一条光滑曲线。作作滚滚子子圆圆族族及及滚滚子子圆圆族族的的内内(外外)包络线。包络线。设计步步骤凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计rbOA 4 4.对心平底移动从动件盘形凸轮廓线的设计对心平底移动从动件盘形凸轮廓线的设计 已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rb，角速度角速度 和从和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。选选比比例例尺尺 l，作作位位移移曲曲线线和和基圆基圆rb。设计步步骤 等等分分位位移移曲曲线线及及反反向向等等分分各各运运动动角角，确确定定反反转转后后对对应应于于各各等等分分点点的从动件的位置。的从动件的位置。s 1 3 5 7 8 6012090909 1113151 3 5 7 8 9 11 13 12 14 1060120 1 2 90903 4 5 6 7 8 1876543210 11 9 12 13 14 1413121110915 确确定定反反转转后后平平底底与与导导路路中中心心线的交点线的交点A在各等分点占据的位置。在各等分点占据的位置。作作平平底底直直线线族族及及平平底底直直线线族的内包络线。族的内包络线。凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计rbO 1 2 345 6 7 8 6012090 90 5.尖顶摆动从动件盘形凸轮廓线的设计尖顶摆动从动件盘形凸轮廓线的设计已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rb，角速度角速度，摆杆长度摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离轮回转中心的距离L，摆摆杆角位移曲线，杆角位移曲线，设计该设计该凸轮轮廓曲线。凸轮轮廓曲线。1 2 3 4 5 6 7 120B 1 1B1B2B3B4B5B6B7B86090 dB 2 2B 3 3B 4 4B 5 5B 6 6B 7 7A1A2A3A4A5A6A7A8 A Bl 选选比比例例尺尺 ，作作位位移移曲曲线线，作作基基圆圆rb和和转转轴圆轴圆OA。等等分分位位移移曲曲线线及及反反向向等等分分各各运运动动角角，确确定定反反转转后后对对应应于于各各等等分分点的转轴点的转轴A的位置。的位置。确确定定反反转转后后从从动动件件尖尖顶在各等分点占据的位置。顶在各等分点占据的位置。设计步步骤 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。滚子直动从动件圆柱凸轮轮廓设计滚子直动从动件圆柱凸轮轮廓设计nnO Berb vvP1.压力角 凸轮机构中，从动件运动方向与从动件所受凸轮作用力（不计摩擦）方向之间所夹的锐角称为压力角2.压力角的许用值一、压力角的确定及校核 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定CnnO Bes0sDrb ds d P为相对瞬心为相对瞬心由由 BCP得得vvP 对心移动从动件盘形凸轮机构对心移动从动件盘形凸轮机构e 0。结论移动从动件盘形凸轮机构的压力角移动从动件盘形凸轮机构的压力角 与基圆半径与基圆半径rb、从动件偏置方位和偏距从动件偏置方位和偏距e有关。有关。3 压力角的计算及校核凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定1.滚子半径的确定滚子半径的确定 rr a rr 0结论对于外凸轮廓，要保证凸轮正常工作，应使对于外凸轮廓，要保证凸轮正常工作，应使 min rr。轮廓失真轮廓失真 a rr rr a rr 0轮廓正常轮廓正常轮廓变尖轮廓变尖内凹轮廓内凹轮廓 a rr rr a rr轮廓正常轮廓正常外凸轮廓外凸轮廓a理论轮廓曲线 实际轮廓曲线 rrrrrr从动件滚子半径及平底宽度的确定从动件滚子半径及平底宽度的确定 2.平底宽度的确定平底宽度的确定 123456788 7 6 5 4 3 2 1 9 10 11 12 13 14 1514131211109 rblmax 作图法确定作图法确定 l 2lmax(5 7)mm从动件滚子半径及平底宽度的确定从动件滚子半径及平底宽度的确定 计算法确定计算法确定 vCds d s0sPv CB OP v (ds dt)d dt)ds d v OP lmax|ds d|max l 2|ds d|max (5 7)mm|ds d|max根据推程和根据推程和回程分别计算，取其最大值。回程分别计算，取其最大值。rbOxyB0B从动件滚子半径及平底宽度的确定从动件滚子半径及平底宽度的确定 3.平底从动件凸轮机构的失真现象平底从动件凸轮机构的失真现象 Orbrb解决措施解决措施增大基圆半径增大基圆半径rb从动件滚子半径及平底宽度的确定从动件滚子半径及平底宽度的确定5.凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定 当当要要求求机机构构具具有有紧紧凑凑的的尺尺寸寸时时，应应当当按按许许用用压压力力角角 来来确确定定凸凸轮轮的基圆半径的基圆半径rb。步步骤 确定凸轮转动轴心的位置确定凸轮转动轴心的位置 确定确定从动件的正确偏置方位以及偏距从动件的正确偏置方位以及偏距e 将将 代入前式代入前式 确确定定s s()，求求出出ds d，代代入入上上式式求求出出一一系系列列rb值值，选选取取其其中中的最大值作为凸轮的基圆半径的最大值作为凸轮的基圆半径 限制基限制基圆半径的条件半径的条件 凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径rbrb应大于凸轮轴的半径应大于凸轮轴的半径rS rS；最大压力角最大压力角 maxmax 许用压力角许用压力角 ；凸轮轮廓曲线的最小曲率半径凸轮轮廓曲线的最小曲率半径 minmin rrrr。从动件滚子半径及平底宽度的确定从动件滚子半径及平底宽度的确定 确定凸确定凸轮基基圆半径的通常做法半径的通常做法 根根据据结结构构和和强强度度的的需需要要，按按经经验验公公式式rb(1.6 2)rS初初步步选选定定凸凸轮轮基基圆圆半半径径rb，然然后后校校核核压压力力角角，以以满满足足 max 的的条条件件。注意凸轮机构的效率不仅与压力角有关，还与从动件支承的悬臂长b及两支承的距离l 有关，在设计时要注意选择。压力角还与dsd有关，在工作升距(Lift)h确定后，dsd则与推程角 有关。若推程角没有因多个运动协调关系而受到严格限制，也可以通过适当增大 来获得较好的动力特性。从动件滚子半径及平底宽度的确定从动件滚子半径及平底宽度的确定