广石化凸轮机构及其设计

1、3-1 凸轮机构的概述凸轮机构的概述 3-2 从动件的运动规律从动件的运动规律 3-3 盘形盘形凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计 3-4 凸轮机构基本参数的确定凸轮机构基本参数的确定 小结小结 目录 设计：潘存云 3 1 2 A 线线 绕线机构绕线机构 3.1.1 凸轮机构的应用凸轮机构的应用 章头章头 送料机构送料机构 1 3 2 3.1.1 凸轮机构的应用凸轮机构的应用 章头章头 3 皮带轮皮带轮 5 卷带轮卷带轮 1 放音键放音键 2 摩擦轮摩擦轮 4 1 3 2 4 5 放音键放音键 卷带轮卷带轮 皮带轮皮带轮 摩擦轮摩擦轮 录音机卷带机构录音机卷带机构 章头章头 3.1.1 凸轮

2、机构的应用凸轮机构的应用 应用：应用：要求较精确实现预定运动规律及从动 要求较精确实现预定运动规律及从动 件必须作间歇运动的场合件必须作间歇运动的场合 尖底从动件尖底从动件 滚子从动件滚子从动件 平底从动件平底从动件 4) 按高副锁合方式分：按高副锁合方式分： 外力锁合外力锁合 几何锁合几何锁合 2) 按从动件端部形式分：按从动件端部形式分： 图3-1 图3-3图3-2 图3-1 图3-3图3-7 图3-8图3-9 1.组成组成： 2.分类：分类： 盘形凸轮盘形凸轮 移动凸轮移动凸轮 圆柱凸轮圆柱凸轮 1) 按凸轮形状分：按凸轮形状分： 由凸轮、从动件、基架组成由凸轮、从动件、基架组成 3.1

3、.2 凸轮机构的组成和分类凸轮机构的组成和分类 直动从动件直动从动件 摆动从动件摆动从动件 章头 3.1.1 凸轮机构的应用凸轮机构的应用 3) 按从动件运动形式分：按从动件运动形式分： 3.凸轮机构的特点：凸轮机构的特点： 名词和术语：名词和术语： 基圆：基圆： 推程：推程： 远休程：远休程： ro 基圆半径基圆半径 行程行程h、推程运动角、推程运动角t 远休止角远休止角 s 回程：回程：回程运动角回程运动角 h 近休程：近休程：近休止角近休止角 s 从动件位移线图从动件位移线图s- （t） 从动件速度线图从动件速度线图 - （t） 从动件加速度线图从动件加速度线图a- （t） 从动件运动线

4、图从动件运动线图 章头 3.2.1 凸轮机构的工作过程凸轮机构的工作过程 h h o t 1 s r0 h 1 A s s s s D B C B t 从动件位移线图从动件位移线图 t 运动方程：运动方程：S=h t = t v=h t =常数常数 a=0 分析：分析： 1.等速运动规律等速运动规律 章头 位移线图画法：位移线图画法： 10mm10mm 已知从动件作等速运动已知从动件作等速运动, , 20mm20mm，t t120120,S S4040, , h h120120,s,s8080, ,作运动线图。作运动线图。 取作图比例取作图比例l l S2 1 12040 12080 h 3.

5、2.1 凸轮机构的工作过程凸轮机构的工作过程 3.2.2 从动件基本运动规律从动件基本运动规律 s2 t v2 a2 h + 出现刚性冲击出现刚性冲击 章头 1.等速运动规律等速运动规律 3.2.1 凸轮机构的工作过程凸轮机构的工作过程 3.2.2 从动件基本运动规律从动件基本运动规律 2.等加速等减速（二次多项式）运动规律等加速等减速（二次多项式）运动规律 运动方程：运动方程： (推程加速段推程加速段) 2 2 2 t h s 2 2 4 t h a 2 4 t h v a h/2 t t h/2 1 s 2 354 6 2h/2h/t t 出现柔性冲击出现柔性冲击 4h4h2 2/2 2t

6、 t v 分析：分析： 运动线图运动线图 h t s s a 3.3.余弦加速度余弦加速度( (简谐简谐) )运动规律运动规律 推程：推程： sh1-cos(/t)/2 v hsin(/t)/2t a 2h2 cos(/t)/22t 回程：回程： s2h1cos(1/h)/2 v2-h1sin(1/h)1/2h a2-2h21 cos(1/h)/22h 123 456 v v V Vmax max=1.57h/2 =1.57h/20 0 在起始和终止处理论上在起始和终止处理论上a2为有限值，为有限值， 产生柔性冲击。产生柔性冲击。 1 2 3 4 5 6 3.2.1 凸轮机构的工作过程凸轮机构

7、的工作过程 3.2.2 从动件基本运动规律从动件基本运动规律 1.等速运动规律等速运动规律 2.等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律 章头 s a v h t t 4.4.正弦加速度（摆线）运动规律正弦加速度（摆线）运动规律 推程：推程： sh/h/t t-sin(2/-sin(2/t t)/2 )/2 vhh 1-cos(2/1-cos(2/t t)/)/t t a2h2h2 2 sin(2/(2/t t)/)/2 2t t 回程：回程： s2h1-h1-1/h h +sin(2 +sin(21/h h)/2)/2 v2hh1cos(2cos(21/h h)-1/)-1/h h a2-2

8、h-2h2 21 sin(2(21/h h)/)/h h2 2 无冲击无冲击 章头 3.3.余弦加速度余弦加速度( (简谐简谐) )运动规律运动规律 3.2.1 凸轮机构的工作过程凸轮机构的工作过程 3.2.2 从动件基本运动规律从动件基本运动规律 1.等速运动规律等速运动规律 2.等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律 位移线图画法位移线图画法： 章头 5. 组合型运动规律组合型运动规律 3.2.1 凸轮机构的工作过程凸轮机构的工作过程 3.2.2 从动件基本运动规律从动件基本运动规律 1.等速运动规律等速运动规律 2.等加速等减速（二次多项式）运动规律等加速等减速（二次多项式）运动规律

9、4.4.正弦加速度（摆线）运动规律正弦加速度（摆线）运动规律 3.3.余弦加速度余弦加速度( (简谐简谐) )运动规律运动规律 3.2.3 从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择 3-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计 3.3.1 凸轮轮廓曲线设计的基本原理凸轮轮廓曲线设计的基本原理 1. 直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制 1) 偏置尖顶直动从动件盘形凸轮偏置尖顶直动从动件盘形凸轮 2) 偏置滚子直动从动件盘形凸轮偏置滚子直动从动件盘形凸轮 3) 平底直动从动件盘形凸轮平底直动从动件盘形凸轮 4) 对心直动从动件盘形凸轮对心直动从动件盘形凸轮 2

10、. 摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制 章头 3.3.2 用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线 反转法原理一反转法原理一 - 节头 o 3.3.1 凸轮轮廓曲线设计的基本原理凸轮轮廓曲线设计的基本原理 反转法原理二反转法原理二 - 节头 o 反转法原理三反转法原理三 - 节头 o 已知已知: ro 、 方向、方向、e、S-线图。线图。 1. 偏置尖顶直动从动件盘形凸轮偏置尖顶直动从动件盘形凸轮. 设计步骤：设计步骤： 一、直动从动件盘形凸轮轮廓曲线绘制一、直动从动件盘形凸轮轮廓曲线绘制 1）选定）选定 l作基圆、偏距圆、作基圆、偏距圆、 从动件

11、初始位置从动件初始位置C0； 2）将位移线图的）将位移线图的和和分别分别 作若干等分；作若干等分； 3）将）将基圆自基圆自OC0开始沿开始沿- 方向方向 按运动角分区得按运动角分区得C4、C5、C9点；点； 4）将）将和和作与位移线图相作与位移线图相 同的等分得同的等分得C C1、C C2C C9各点；各点； 5）过）过C1、C2作偏距圆的一系列切线；作偏距圆的一系列切线； 6）沿上述各切线取线段）沿上述各切线取线段C1B1=1 1，C2B2=2 2，得，得B1、B2。 7）将）将B0、B1、B2、连成光滑曲线，得凸轮轮廓线。连成光滑曲线，得凸轮轮廓线。 C0 C4 C5 C9 180 30

12、90 60 C1 C2 C3 C6 C7 C8 B0 B1。 B2 。 。 B3 。 B4 。 B5 。 B6 。B7 。 B8 B9 - 。 。 。 。 。 。 。 。 。 o 节头 3.3.2 用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线 2. 滚子直动从动件盘形凸轮滚子直动从动件盘形凸轮 已知已知: ro 、 方向、方向、e、S- 线图。线图。 节头 设计步骤：设计步骤： 1）选定）选定 l作基圆、偏距圆、作基圆、偏距圆、 从动件初始位置从动件初始位置C0； 2）将位移线图的）将位移线图的和和ss分别作分别作 若干等分；若干等分； 3）将）将基圆自基圆自OC0开始沿开始沿-

13、方向方向 按运动角分区得按运动角分区得C4、C5、C9点；点； 4）将）将和和ss作与位移线图相作与位移线图相 同的等分得同的等分得C1C1、C2C2C9C9各点；各点； 5）过）过C1、C2作偏距圆的一系列切线；作偏距圆的一系列切线； 6）沿上述各切线取线段）沿上述各切线取线段C1B1=1 1 ， C2B2=2 2 ，得，得B1、B2； 7）将）将B0、B1、B2、连成光滑曲线，连成光滑曲线， B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 - 得凸轮轮廓线。得凸轮轮廓线。 得凸轮得凸轮理论轮廓线理论轮廓线 。 8）以）以 上各点为中心画一系列滚子圆；上各点为中心画一系列滚子圆；

14、 9）作这些滚子圆的内包络线，得凸轮）作这些滚子圆的内包络线，得凸轮实际轮廓线实际轮廓线 。 3. 平底直动从动件盘形凸轮平底直动从动件盘形凸轮 已知已知: ro 、 方向、方向、e、S- 线图。线图。 设计步骤：设计步骤： 1）选定）选定 l作基圆、偏距圆、作基圆、偏距圆、 从动件初始位置从动件初始位置C0； 2）将位移线图的）将位移线图的和和ss分别作分别作 若干等分；若干等分； 3）将）将基圆自基圆自OC0开始沿开始沿- 方向方向 按运动角分区得按运动角分区得C4、C5、C9点；点； 4）将）将和和ss作与位移线图相作与位移线图相 同的等分得同的等分得C1C1、C2C2C9C9各点；各点

15、； 5）过）过C1、C2作偏距圆的一系列切线；作偏距圆的一系列切线； 6）沿上述各切线取线段）沿上述各切线取线段C1B1=1 1，C2B2=2 2，得得B1、B2。 7）将）将B0、B1、B2、连成光滑曲线，得凸轮轮廓线。连成光滑曲线，得凸轮轮廓线。7）过这些点画一系列平底；）过这些点画一系列平底； 8）作平底直线族的内包络线，得凸轮）作平底直线族的内包络线，得凸轮实际轮廓线实际轮廓线。 节头 4. 对心直动从动件盘形凸轮对心直动从动件盘形凸轮 e=0 偏距圆的切线化为径向射线偏距圆的切线化为径向射线 其它步骤与偏置式相同其它步骤与偏置式相同 节头 二、摆动从动件盘形凸轮轮廓曲线绘制二、摆动从

16、动件盘形凸轮轮廓曲线绘制 已知已知: ro 、 方向、方向、a、l、 max、 -线图。线图。 设计步骤：设计步骤： 节头 一、直动从动件盘形凸轮一、直动从动件盘形凸轮轮廓曲线轮廓曲线绘制绘制 3.3.2 用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线 22 0 22 0 tan ers e d ds ers elop 一般一般, 推程推程 = 30 38o o (移动移动) 40 50 (摆动摆动) 回程回程 = 70 80 3.4.1 3.4.1 压力角压力角 的确定的确定 cosFFy 3-4 凸轮机构基本参数的确定凸轮机构基本参数的确定 有害分力有害分力Fx 当当 大于一定值

17、大于一定值, 将自锁将自锁. 章头 有害分力有害分力: 有用分力有用分力: sinFFx max d dsv lop 22 0 22 0 tan ers e d ds ers elop 注意注意: 计算式中正偏置取计算式中正偏置取“”；负偏置取；负偏置取“” 什么叫正（负）偏置？什么叫正（负）偏置？ 3.4.2 3.4.2 基圆半径的确定基圆半径的确定 1 1、r r0 0 3.4.1 3.4.1 压力角压力角 的确定的确定 3-4 凸轮机构基本参数的确定凸轮机构基本参数的确定 22 0 tan ers e d ds 分析：分析： 2、在、在r0 0不变的情况下，为了减小推程压力不变的情况下，

18、为了减小推程压力 角，应将从动件设置为正偏置。角，应将从动件设置为正偏置。 在最大压力角小于许用压力角的前提下，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。尽可能选用小的基圆半径。 章头 3.4.3 滚子半径的确定滚子半径的确定 工作轮廓曲率半径，工作轮廓曲率半径，理论轮廓曲率半径，理论轮廓曲率半径，rT滚子半径滚子半径 rT rT rT rT 轮廓正常轮廓正常 外凸外凸 rT 内凹内凹 章头 结论结论: 内凹时：内凹时： =+rT 外外凸时：凸时： =-rT 1）当）当rT时：时：0 2）当）当=rT时：时： =0 3）当）当rT时：时：0 对平底从动件凸轮实际轮廓内凹时：对平底从动件凸轮实际轮廓内凹时： 为免失真必需为免失真必需minrT 一般：一般：rT 0.8m