第9章凸轮机构及其设计.ppt

第九章凸轮机构及其设计,9-1凸轮机构的应用和分类,9-2推杆的运动规律,9-3凸轮轮廓曲线的设计,9-4凸轮机构基本尺寸的确定,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,适当的设计凸轮廓线可实现各种运动规律，结构简单，紧凑；但易磨损，传力不大。,9-1凸轮机构的应用和分类,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,9-1凸轮机构的应用和分类,第九章凸轮机构及其设计,9-1凸轮机构的应用和分类,9-2推杆的运动规律,9-3凸轮轮廓曲线的设计,9-4凸轮机构基本尺寸的确定,360,1名词术语及符号,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：,ss(t)s()vv(t)v()aa(t)a(),位移方程：,求一阶导数得速度方程：,求二阶导数得加速度方程：,（1）多项式运动规律,2推杆常用的运动规律,1)一次多项式运动规律（等速运动规律）,始点处=0，s=0,终点处=0，s=h,C0=0,C1=h/0,推程,回程,特点：速度有突变，加速度理论上由零至无穷大，从而使从动件产生巨大的惯性力，机构受到强烈冲击刚性冲击,适应场合：低速轻载,2）二次多项式运动规律（等加等减速）,等加速阶段边界条件,等减速阶段边界条件,推程,等减速阶段,等加速阶段,回程,2）二次多项式运动规律（等加等减速）,2）二次多项式运动规律（等加等减速）,特点：加速度曲线有突变，加速度的变化率(即跃度j)在这些位置为无穷大柔性冲击,适应场合：中速轻载,分析若满足：=0时，s=0，v=0，a=0=0时，s=h，v=0，a=0则无冲击。,3）五次多项式运动规律,3）五次多项式运动规律,满足：=0时，s=0，v=0，a=0=0时，s=h，v=0，a=0,特点：无冲击适用场合：高速、中载,回程,（2）三角函数运动规律,1.余弦加速度(简谐)运动规律,推程阶段运动方程：,特点：在起始和终止处理论上a为有限值柔性冲击适用场合：中速轻载(当从动件作连续运动时，可用于高速),回程阶段运动方程：,2.正弦加速度（摆线）运动规律,半径R=h/2的滚圆沿纵座标作纯滚动，圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律摆线运动,推程阶段运动方程：,特点：无刚性、柔性冲击适用场合：适于高速,回程阶段运动方程：,（3）组合型运动规律,组合原则：要保证在衔接点上运动参数保持连续；在运动的始末处满足边界条件。,等速运动规律：有刚性冲击低速轻载,等加速等减速运动：柔性冲击中速轻载,余弦加速度运动规律：柔性冲击中低速重载,正弦加速度运动规律：无冲击中高速轻载,五次多项式运动规律：无冲击高速中载,运动规律运动特性适用场合,小结：,第九章凸轮机构及其设计,9-1凸轮机构的应用和分类,9-2推杆的运动规律,9-3凸轮轮廓曲线的设计,9-4凸轮机构基本尺寸的确定,1凸轮廓线设计的基本原理,（1）凸轮的轮廓曲线与推杆的相对运动关系,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。,（2）凸轮廓线设计方法的基本原理,反转法原理：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。,已知：凸轮的基圆半径rmin，角速度和从动件的运动规律,（1）对心直动尖底从动件盘形凸轮,2用作图法设计凸轮廓线,已知：凸轮的基圆半径rmin，角速度、偏心距e和从动件的运动规律,（2）偏置直动尖底从动件盘形凸轮,k9,k15,k8,注意：从动件导路方向与偏矩圆相切，不通过回转中心O。,设计步骤小结：,1.将滚子中心视为尖底，按尖底从动件盘形凸轮机构设计。得理论廓线；,理论轮廓,实际轮廓,2.作各位置滚子圆的内(外)包络线，得实际廓线。,（3）对心直动滚子从动件盘形凸轮,已知凸轮的基圆半径rmin，滚子半径rt，角速度和从动件的运动规律。,已知凸轮的基圆半径rmin，角速度和从动件的运动规律,（4）对心直动平底从动件盘形凸轮,设计步骤小结：,1.将平底交叉点视为尖底，按尖底从动件盘形凸轮机构设计。得各平底位置；,2.作平底直线族的内包络线，得实际廓线。,已知凸轮的基圆半径rmin，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。,（5）摆动从动件盘形凸轮机构,第九章凸轮机构及其设计,9-1凸轮机构的应用和分类,9-2推杆的运动规律,9-3凸轮轮廓曲线的设计,9-4凸轮机构基本尺寸的确定,1凸轮机构的压力角,（1）凸轮机构中的作用力,FG/cos(+1)(1+2b/l)sin(+1)tan2,（2）凸轮机构的压力角,凸轮机构的压力角是指推杆所受正压力的方向与推杆上点B的速度方向之间所夹的锐角，常以表示。,愈大，F愈大,临界压力角,carctan1/(12b/l)tan21,max(c),推程时：,直动推杆30,摆动推杆3545,回程时：,7080,P点为速度瞬心，于是有：,v=lOP,lOP=v/,=ds/d,lCP=ds/d-e,基圆半径越大，压力角越小，但结构尺寸较大,2凸轮基圆半径的确定,（1）凸轮机构的压力角与基圆半径的关系,（2）凸轮基圆半径的确定,凸轮基圆半径的确定的原则是：应在满足max的条件下，合理地确定凸轮的基圆半径，使凸轮机构的尺寸不至过大。,先按满足推程压力角的条件来确定基圆半径r0，,用上式计算得r0随凸轮廓线上各点的ds/d、s值的不同而不同，,故需确定r0的极大值，即为凸轮基圆半径的最小半径值。,还要考虑满足凸轮的结构及强度的要求：,当凸轮和轴做成一体时，凸轮工作廓线的最小半径应略大于轴的半径。,当凸轮和轴单独制作时，凸轮上要作出轮毂，此时凸轮工作廓线的最小半径应略大于轮毂的外径。可取凸轮工作廓线的最小直径等于或大于轴径的（1.62）倍。,当导路和瞬心位于回转中心异侧时，有：,结论：导路和瞬心位于回转中心同侧时，推程压力角将减小。,注意：用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，适用于力锁合式凸轮机构。,凸轮逆时针回转，从动件右偏置凸轮顺时针回转，从动件左偏置,3.从动件偏置位置的选择,4滚子推杆滚子半径的选择,arr,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,arr。,凸轮理论廓线内凹,凸轮理论廓线外凸,rr,工作廓线出现变尖现象,rr,工作廓线出现交叉，推杆运动规律出现失真现象,考虑运动