移动从动件凸轮机构课件

1、第 2 页 共 35 页编号： 机械原理课程设计说明书题 目： 移动从动件凸轮机构 学院： 机电工程学院 专 业： 机械电子工程 学生姓名： 陆声潘 学 号： 1300130515 指导教师： 匡 兵 职 称： 副 教 授 2016年 1月 日第 13 页 共 4 页桂林电子科技大学课程设计说明书摘 要移动从动件凸轮机构由凸轮、滚子、推杆、从动齿轮和原动齿轮等构成。是通过齿轮一级转动带动凸轮，凸轮推动推杆上下移动，从而将油液压出的一种机构。本课设主要设计凸轮尺寸，涉及滚子、齿轮和原动机的选取和计算等。通过计算凸轮基圆半径，并根据设计要求数据，求出推杆依次升高或降低高度，从而确定凸轮理论廓线，再

2、求出实际廓线，最终确定凸轮形状，并根据实际情况确定推杆长度。关键词： 凸轮 滚子 推杆 自锁 曲率半径目录1、设计题目：移动从动件凸轮机构11.1机构简介11.2设计数据22. 方案选择23.方案实施33.1 凸轮基圆半径计算33.2滚子半径计算33.3推程位移计算33.4回程位移计算43.5远休止位移计算53.6近休止位移计算54、凸轮从动件运动线图54.1凸轮推杆位移运动线图54.2凸轮推杆速度线图54.3凸轮推杆加速度线图65.原动机选择、传动比计算与分配65.1原动记选择65.2传动比与齿数计算86. 机构设计86.1凸轮设计86.2齿轮设计97. 机构分析97.1凸轮分析97.2滚子

3、分析108. 设计结果118、1凸轮机构图118、2推杆运动线图119设计验证119.1压力角计算和自锁验证119.2曲率半径验证1210. 设计总结12参考文献13附录131、设计题目：移动从动件凸轮机构机构简介与设计数据1.1机构简介如图24所示为常用于各种机器润滑系统供油装置的活塞式油泵。电动机经齿轮带动凸轮1，从而推动活塞杆2（从动件）作往复运动，杆2下行时将油从管道中压出，称为工作行程；上行时自油箱中将油吸入，称空回行程。其运动规律常用等加减速运动、余弦加速度与正弦加速度运动等。图24 活塞式油泵机构简图1.2设计数据设计数据表 符号方案h n1 。ss从动件运动规律(mm)(r/m

4、in)1603003060901090170等加、减速（加速度比例系数v=2）2803003060901090170加速度按余弦变化3803003060901090170加速度按正弦变化2、凸轮机构设计已知：已知凸轮每分钟转数，从动件行程h及运动规律，推程、回程的许用压力角a a。 要求：绘制从动件运动线图，根据许用压力角确定基圆半径，选取滚子半径，画出凸轮实际廓线。以上内容画在2号图纸上。2. 方案选择做等速运动的推杆，在运动开始和终止的瞬时，因速度有突变，所以这时推杆在理论上将会出现无穷大的加速度和惯性力，因而会使凸轮机构受到极大的冲击，这种冲击称为刚性冲击。推杆加速度突变为有限值时，因引

5、起的冲击较小，称为柔性冲击。等速运动推杆最大速度小，最大加速度为无穷大，加速度突变性太大，有刚性冲击，使得凸轮机构不稳定，容易损坏凸轮机构，用于低速轻载场合较合适，不适合用于高速运动的油泵对于方案1：推杆做等加等减运动时，加速度突变太过明显，有柔性冲击，易影响凸轮机构稳定性，对凸轮机构有损害，一般用于中速轻载场合。对于方案2：推杆做余弦加速度运动时，加速度突变，有柔性冲击，易影响凸轮机构稳定性，对凸轮机构有损害，一般用于中速轻载场合。对于方案3：推杆做正弦加速度运动时，最大加速度较大，且无突变，既无刚性冲击也没有柔性冲击，凸轮机构较稳定性，对凸轮机构损害也较小，一般用于中高速轻载场合。在凸轮机

6、构中，为了避免冲击，推杆不宜采用加速度有突变的运动规律。综合考虑，选择方案3最佳。3.方案实施3.1 凸轮基圆半径计算在凸轮基圆半径计算公式：r。(ds/d-e)/tan-s2+e2取ds/d=h/。对心推杆偏心距为0，所以e=0，取极大值时s=0带入基圆半径计算公式得 r。 h/。/ tan将h=80，。=30，=30。带入公式，算得r。88mm取r。=90mm3.2滚子半径计算采用滚子推杆时，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态等多个方面的因素。选取滚子半径时，应注意工作廓线的曲率半径与理论廓线的曲率半径和滚子半径的关系，避免出现变尖现象和失真现象。对于外凸的凸轮轮廓曲

7、线，应使滚子半径小于理论廓线的最小曲率半径，凸轮工作廓线的最小曲率半径一般不应小于1到5mm,如果不能满足此要求，就应增大基圆半径或减小滚子半径；有时则必须修改推杆的运动规律，使凸轮工作廓线上出现尖点的地方代以合适的曲线，所以通常滚子半径rr=（0.10.5）r。取rr=0.1r。=90*0.1=9mm3.3推程位移计算已知数据：推程角：。=90。基圆半径：90mm转速：n=300r/min角速度：=2n=2*300/60=31.5rad/s推程：位移：S=h（/。）-sin(2/。)/2=902/-sin(4)/2速度：v=h1-cos(2/。)/。 =56701-cos(4/)/加速度：a

8、=2h2sin(2/。)/ 。 =357210sin(4)凸轮半径r=s+r。推程数据表度数05。10。15。20。25。30。35。40。45。s00.090.7022.315.249.6815.6422.9231.2040理论半径（s+r。）9090.0990.70292.3195.2499.68105.64112.92121.20130实际半径8181.0981.70283.3186.2490.6896.64103.92112.20121度数50。55。60。65。70。75。80。85。90。s4857.0864.3670.3274.7677.6979.3079.9180理论半径（s+

9、r。）138147.08154.36160.32164.76167.69169.30169.91170实际半径129138.08145.36151.32155.76158.69160.30160.911613.4回程位移计算已知数据：回程角：。=90。基圆半径：r。=90mm转速：n=300r/min角速度：=2n=2*300/60=31.5rad/s回程：位移：s=h1-(/。)+sin(2/。)/（2） =801-2/+sin(4)/(2)速度：v=hcos(2/。)-1/。 =5670cos(4/)-1/加速度：a=2h2sin(2/。)/ 。 =-357210sin(4)凸轮半径r=

10、s+r回程数据表格度数100。105。110。115。120。125。130。135。140。s8079.9179.3077.6974.7670.3264.3657.0848s+r。170169.91169.30167.69164.76160.32154.36147.08138度数145。150。155。160。165。170。175。180。185190。s4031.2022.9215.649.685.242.310.7020.090s+r。130121.20112.92105.6499.6895.2492.3190.70290.09903.5远休止位移计算远休止：位移：s=80mm凸轮半径

11、：r=s+ r。=80+90=170角度范围：90。100。3.6近休止位移计算近休止：位移：s=0mm凸轮半径：r=s+ r。=0+90=90角度范围：190。360。4、凸轮从动件运动线图4.1凸轮推杆位移运动线图4.2凸轮推杆速度线图4.3凸轮推杆加速度线图5.原动机选择、传动比计算与分配5.1原动记选择电动机种类繁多，常用的有直流电动机、异步电动机、同步电动机等。每种电动机又可根据功能作用分为几种不同类型。直流电动机按有刷直流电动机和无刷直流电动机区分，有刷直流电动机因维护不方便被无刷直流电动机取代。在技术特性上，无刷直流电动机可分为具有直流电动机特性的无刷直流电动机以及具有交流电动机

12、特性的无刷直流电动机。1小型三相异步电动机（封闭式）Y2(IP55)Y(IP44)JO2 JOH803550.75315KW外壳为封闭式，可防止灰尘、水滴浸入。Y2为F级绝缘，Y为B级绝缘，JO2为E级绝缘用于无特殊要求的各种机械设备,如:金属切削机床、水泵、鼓风机、运输机械等2小型三项异步电动机（防护式）Y(IP23)J2.JH16031511250KW外壳为防护式，能防止直径大于12mm的杂物或水滴与垂直线成60°角进入电动机适用于运行时间长、负荷率较高的各种机械设备3高效三相异步电动机YX(IP44) H1002801.590KW用冷轧硅钢片及新工艺降低电动机损耗，效

13、率较Y基本系列平均高3%适用于重载启动的场合,如起重设备、卷扬机、压缩机、泵类等异步电动机的工作原理是通过定子产生的旋转磁场与转子绕组的相对运动，转子绕组切割磁感线产生感应电动势，从而使转子绕组中产生感应电流。转子绕组中的感应电流与磁场作用，产生电磁转矩，使转子旋转。由于当转子转速逐渐接近同步转速时，感应电流逐渐减小，所产生的电磁转矩也相应减小，当异步电动机工作在电动机状态时，转子转速小于同步转速。三相异步电机是异步电动机的一种，是靠同时接入380V三相交流电源供电的一类电动机，由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机。三相异步电机转子

14、线圈中的感应电流是由于转子导体与磁场有相对运动而产生的。三相异步电机的转子转速不会与旋转磁场同步，更不会超过旋转磁场的速度。如果三相异步电机转子的转速与旋转磁场的转速成大小相等，那么，磁场与转子之间就没有相对运动，导体不能切割磁力线，因此转子线圈中也就不会产生感应电势和电流，三相异步电机转子导体在磁场中也就不会受到电磁力的作用而使转子转动。因而三相异步电机的转子旋转速度不可能与旋转磁场相同，总是小于旋转磁场的同步转速。但在特殊运行方式下，三相异步电机转子转速可以大于同步转速。异步电动机通常转速范围大，转速高，功率密度较好，电动机重量、体积均要小于直流电动机，可靠性良好，而且机构坚固性高，能够适

15、应很多多变的场合，能够较好的适应移动从动件凸轮机构加速度的变化。综上，选择三相异步电动机为最佳方案。5.2传动比与齿数计算因为已知凸轮转速为300r/min，所以从动轮转速也为300r/min。三相异步电动机转速平均为1000r/min，所以由公式得传动比i=1000/300=3.3取模数为3，原动件齿数为55，则由公式得，原动件齿轮直径d=3*55=165mm。由公式Z2=i*Z1=3.3*55=181，则从动件齿轮直径为D=3.3*181=597.3mm6. 机构设计6.1凸轮设计凸轮传动机构，依靠原动件带动从动齿轮，从而带动凸轮，凸轮的旋转使推杆忘返做上下运动，滚子能够有效地减小摩擦，有

16、效的避免了推杆和凸轮的损失，并且相对于平底推杆其摩擦力较小，磨损较慢，有利于机构的长期精准使用。推杆的长度根据从动件齿轮大小和油箱大小决定。6.2齿轮设计由凸轮转速为300r/min知从动齿轮转速为300r/min。因为使用三相异步电动机的转速为1000r/min，所以机构的传动比为3.3，根据模数关系即可算出两齿轮的直径和齿数。7. 机构分析7.1凸轮分析凸轮半径不能设计太小，凸轮半径越小，压力角越大，凸轮承受的力越大，机构越容易发生自锁。所以在其他条件允许情况下，凸轮的半径应该设计的大些，避免机构自锁现象，特别是使用滚子推杆时，容易出现变尖现象和失真现象，所以在设计凸轮半径时，应注意理论廓

17、线和实际廓线每个点的曲率半径的大小。曲率半径在确定凸轮基圆半径和推程高度时已经确定，所以确定外凸凸轮形态后要算出凸轮理论曲率半径和实际曲率半径，并按公式工作廓线的曲率半径a等于理论廓线的曲率半径与滚子半径rr之差，并保证工作廓线的曲率半径大于零，否则等于零时，会出现变尖现象，小于零时，会出现失真现象。7.2滚子分析滚子半径应根据受强度、机构选择，通常由凸轮基圆半径大小确定，并注意滚子半径和理论廓线和实际廓线的比较，避免出现变尖现象，使凸轮尖端经长久使用后被磨平，从而影响机构性能和准确度，避免出现失真现象，使实际廓线出现交叉重叠现象，这样就无法达到凸轮设计预期效果。避免出现变尖现象和失真现象方法

18、为求出凸轮没点理论廓线和实际廓线的曲率半径，在和滚子半径进行比较，若实际廓线等于零为变尖现象，若实际廓线小于零为失真现象。8. 设计结果8、1凸轮机构图8、2推杆运动线图9设计验证9.1压力角计算和自锁验证其他情况相同情况下,压力角越大，作用力越大，当压力角增大到一定程度时，作用力就会无穷大，此时出现自锁现象，所以机构最大压力角应小于许用压力角，增大导轨长度和悬臂长度都可以增大压力角，所以设计推杆长度时，应尽量设计小一些，以减小压力角，避免出现自锁现象。压力角计算，有公式得正弦角度为：tan=/(r。+s)算得压力角绝对值在0到6度之间，远小于推程许用压力角和回程压力角，所以机构不会出现自锁现象。9.2曲率半径验证选择滚子半径时，应该考虑凸轮轮廓的影响。所以在确定凸轮形态和滚子半径后，应计算确率半径值，进行比较，以避免出现变尖现象和失真现象。当凸轮的理论轮廓曲线为外凸时，其工作廓线的曲率半径a 等于理论廓线的曲率半径与滚子半径rr之差。此时若rr，工作廓线的曲率半径为零，则工作廓线将出现尖点，这种现象称为变尖现象；若<rr ，则工作廓线的曲率半径为负值，这时，工作廓线出现交叉，致使推杆不能按预期的运动规律运动，这种现象称为失真现象。因此，对于外凸的凸轮轮廓曲线，应使滚子半径小于理论廓线的最小曲率半径min。由公式得m