第三章 凸轮机构

机械设计基础FundamentalsofMachine Design 参考书目 机械设计基础 陈立德 高等教育出版社 机械设计基础 石固欧 高等教育出版社 主编 陈云飞卢玉明 第七版 第三章凸轮机构 3 1凸轮机构的应用和分类 3 2从动件的常用运动规律 3 3按给定从动件规律绘制凸轮轮廓 3 1凸轮机构的应用和分类 1 凸轮机构的应用 1 实例 内燃机配气凸轮机构 自动机床进刀机构 自动机床凸轮机构 2 特点 高副联接 可较精确地实现任意复杂的运动规律 构件数目少 结构简单 紧凑 工作可靠 缺点 不易实现较理想的润滑 接触应力较大 易磨损 寿命相对较短 凸轮制造困难 高速传动可能产生较大冲击 2 凸轮机构的分类 1 按凸轮的形状分 1 盘形凸轮 移动凸轮 2 圆柱凸轮 2 按推杆形状及运动形式分 1 尖顶推杆 滚子推杆和平底推杆 2 对心直动推杆 偏置直动推杆和摆动推杆 3 按保持高副接触方法分 1 力封闭的凸轮机构 2 几何封闭的凸轮机构 凸轮机构的应用和分类 2 2 当凸轮作等速转动时 从动件的运动规律 指位移 速度 加速度 跃度等 取决于凸轮轮廓的曲线形状 反之 按机器的工作要求给定从动件的运动规律以后 可合理地设计出凸轮的曲线轮廓 3 2从动件的常用运动规律 基圆基圆半径r0 推程推程运动角 0 远休远休止角 01 回程回程运动角 0 近休近休止角 02 行程h 推杆运动规律 s s t s v v t v a a t a 1 名词术语及符号 凸轮机构运动过程 从动件的位移s 速度v 加速度a与凸轮转角 或时间t 之间的函数关系 2 从动件的运动规律 定义 从动件的常用运动规律 2 2 推程时 s h 0 在始末两瞬时有刚性冲击 推杆等加速推程段 s 2h 2 02 推杆等减速推程段 s h 2h 0 2 02 在始 中 末三瞬时有柔性冲击 1 一次多项式运动规律 等速运动规律 2 二次多项式运动规律 等加速等减速或抛物线运动规律 从动件的常用运动规律 2 2 推程时 s h 0 sin 2 0 2 推程时 s h 1 cos 0 2 在始 末两瞬时有柔性冲击 3 余弦加速度运动规律 简谐运动规律 4 正弦加速度运动规律 摆线运动规律 既无刚性冲击 又无柔性冲击 按凸轮机构的工作要求选择一种基本运动规律作为主体运动规律 然后用其它运动规律与之组合 通过优化对比 寻求最佳的组合型式 3 运动规律的组合原则 行程的起点和终点处有较好的边界条件 根据不同的使用要求 运动规律的连接点处应满足位移 速度 加速度甚至是更高一阶导数的连续条件 以减少或避免冲击 各段运动规律要有较好的动力特性 从动件的常用运动规律 2 2 从动件的最大速度应尽量小 从动件的最大加速度应尽量小 且无突变 从动件的最大跃度应尽量小 4 从动件运动规律的选择与设计原则 3 3按给定从动件规律绘制凸轮轮廓 无论是采用作图法还是解析法设计凸轮廓线 所依据的基本原理都是反转法原理 例偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构 1 凸轮廓线设计的基本原理 当给整个凸轮机构加一个公共角速度 使其绕凸轮轴心转动时 凸轮将静止不动 而推杆则一方面随其导轨作反转运动 另一方面又沿导轨作预期的往复运动 推杆在这种复合运动中 其尖顶的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线 当根据凸轮机构的工作要求和结构条件选定了其机构的型式 基本尺寸 推杆的运动规律和凸轮的转向之后 就可以进行凸轮轮廓曲线的设计了 凸轮廓线设计的方法 作图法和解析法 1 凸轮的轮廓曲线与推杆的相对运动关系 在设计凸轮廓线时 可假设凸轮静止不动 而其推杆相对凸轮作反转运动 同时又在其导轨内作预期运动 作出推杆在这种复合运动中的一系列位置 则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线 这就是凸轮廓线设计方法的反转法原理 2 用作图法设计凸轮廓线 1 直动推杆盘形凸轮廓线的设计 结论尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计是滚子推杆和平底推盘形凸轮廓线设计的基本问题及方法 按给定从动件规律绘制凸轮轮廓 2 5 2 凸轮廓线设计方法的基本原理 1 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计 2 偏置直动滚子推杆盘形凸轮廓线的设计 3 对心直动平底推杆盘形凸轮廓线的设计 2 摆动推杆盘形凸轮廓线的设计 1 摆动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计 2 摆动滚子推杆盘形凸轮廓线的设计 3 摆动平底推杆盘形凸轮廓线的设计 总结对于滚子推杆 或平底推杆 的盘形凸轮廓线的设计 只要先将其滚子中心点 或推杆平底与其导路中心线的交点 视为尖顶推杆的尖顶 就可用尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计方法来确定出凸轮理论廓线上各点的位置 然后再以这些点为圆心作出一系列滚子圆 或过这些点作一系列平底推杆的平底线 再作出此圆族 或直线族 的包络线 即得所设计凸轮的工作廓线 按给定从动件规律绘制凸轮轮廓 3 5 结论摆动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计方法与直动尖顶推杆盘形凸轮廓线的设计方法基本类似 所不同的是推杆的预期运动规律及作图设计中都要用到推杆的角位移 表示 即将直动推杆的各位移方程中的位移s改为角位移 行程h改为角行程 就可用来求摆动推杆的角位移了 3 直动推杆圆柱凸轮廓线的设计 按给定从动件规律绘制凸轮轮廓 4 5 3 滚子推杆滚子半径的选择 采用滚子推杆时 滚子半径的选择 要考虑滚子的结构 强度及凸轮轮廓曲线的形状等多方面的因素 1 凸轮轮廓曲线与滚子半径的关系 则 a rr 此时 无论滚子半径大小如何 凸轮的工作廓线总是可以平滑地作出来的 1 当凸轮理论廓线内凹时 则 a rr 若 rr时 则 a 0 即工作廓线出现变尖现象 若 rr时 则 a 0 即工作廓线出现交叉 推杆运动规律出现失真现象 2 当凸轮理论廓线外凸时 2 滚子半径的选择 首先 应使滚子半径rr小于理论廓线的最小曲率半径 min 而 min的大小则可用解析法或作图法确定 其次 要求凸轮工作廓线的最小曲率半径 amin一般不应小于1 5mm 若不满足此要求时 就应增大r0 或减小rr 或修改s 或使其工作廓线出现尖点的地方代以合适曲线 此外 滚子半径受其强度 结构限制而不能太小 一般应取rr 0 1 0 5 r0 按给定从动件规律绘制凸轮轮廓 5 5 50mm 推杆平底与导路垂直 凸轮顺时针等速转动 运动规律如题图所示 例 用作图法设计一个对心直动平底推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线 已知基圆半径 解 取尺寸比例尺 0 002m mm作图 求得凸轮廓线如图所示 本章小结 1 了解凸轮机构的组成 特点 类型及应用 2 了解从动件常用运动规律及其特点 3 理解相对运动 也称 反转法 的原理 4 掌握常用盘