凸轮偏心轮2.凸机构及其设计ppt课件

1、第八章第八章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计81 81 凸轮机构的运用和分类凸轮机构的运用和分类82 82 推杆的运动规律推杆的运动规律83 83 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计84 84 凸轮机构根本尺寸确实定凸轮机构根本尺寸确实定81 81 凸轮机构的运用和分类凸轮机构的运用和分类凸轮机构：由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的凸轮机构：由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的 高副机构。高副机构。凸轮：具有某种曲线和凹槽的构件。凸轮：具有某种曲线和凹槽的构件。凸轮凸轮1从动件从动件2机架机架3O11一、凸轮机构的运用一、凸轮机构的运用O1123456789101112O2O3粉料压

2、片机机构系统图粉料压片机机构系统图13型腔型腔料斗上冲头上冲头下冲头下冲头1挪动料斗挪动料斗4至型腔上方，并使料斗振至型腔上方，并使料斗振 动，动， 将粉料装入型腔。将粉料装入型腔。2下冲头下冲头6下沉，以防止上冲头下沉，以防止上冲头12下压时将下压时将 型腔内粉料抖出。型腔内粉料抖出。3上、下冲头对粉料加压，并保压一上、下冲头对粉料加压，并保压一 定时间。定时间。4上冲头退出，下冲头顶出药片。上冲头退出，下冲头顶出药片。二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类1按凸轮的外形分：按凸轮的外形分：盘形凸轮盘形凸轮移移动动凸凸轮轮圆圆柱柱凸凸轮轮2按从动件的外形分：按从动件的外形分：尖顶从动件尖顶从动

3、件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件 3按从动件的运动方式分：按从动件的运动方式分：摆动从动件摆动从动件挪动从动件挪动从动件偏置挪动从动件偏置挪动从动件对心挪动从动件对心挪动从动件4按凸轮高副的锁合方式分：按凸轮高副的锁合方式分：力锁合、形锁合力锁合、形锁合三、凸轮机构的优缺陷三、凸轮机构的优缺陷82 82 推杆的运动规律推杆的运动规律sCSSD2h推程运动角推程运动角远休止角远休止角回程运动角回程运动角近休止角近休止角BosDrbeABC凸轮的基圆凸轮的基圆SS该位置为初始位置该位置为初始位置行程行程直动从动件凸轮机构直动从动件凸轮机构凸轮机构的设计义务：凸轮机构的设计义务： 为满足凸

4、轮机构的输出件提出的运动要求、为满足凸轮机构的输出件提出的运动要求、动力要求等，凸轮机构的设计大致可分成以下四动力要求等，凸轮机构的设计大致可分成以下四步：步：1从动件运动规律的设计从动件运动规律的设计2凸轮机构根本尺寸的设计凸轮机构根本尺寸的设计3凸轮机构轮廓曲线的设计凸轮机构轮廓曲线的设计4绘制凸轮机构任务图绘制凸轮机构任务图一、从动件常用运动规律一、从动件常用运动规律一多项式运动规律一多项式运动规律其位移方程的普通方式为：其位移方程的普通方式为：nncccccs 332210)432(1342321 nnncccccv) 1(1262(224322 nncnnccca式中，式中， 为凸轮

5、的转角为凸轮的转角rad )；c0，c1，c2，为为n+1个待定系数。个待定系数。1. n=1的运动规律等速运动规律的运动规律等速运动规律10ccs1cv 0a推程的运动方程：推程的运动方程：/hs/hv0a, 0, 0s,hs 其推程的边境条件为：其推程的边境条件为：那么得：那么得：C0 = 0 ，C1 = h/ OShvOSOvOa- 从动件在运动起始从动件在运动起始位置和终止两瞬时的加位置和终止两瞬时的加速度在实际上由零值突速度在实际上由零值突变为无穷大，惯性力也变为无穷大，惯性力也为无穷大。由此的冲击为无穷大。由此的冲击称为刚性冲击。适用于称为刚性冲击。适用于低速场所。低速场所。OSh

6、vOSOvOa-2. n = 2的运动规律的运动规律等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律2210cccs212ccv222ca 推程等加速运动的方程式为：推程等加速运动的方程式为：222hs24hv224ha,2/2/hs ,0,0s0v推程等加速运动的边境条件为：推程等加速运动的边境条件为：得：得：C0 = -h，C1 =4 h/，C2 =-2 h/1494100vvmax2/0amax-amaxa2/h1423560s 在运动规律推程的始在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处，末点和前后半程的交接处，加速度虽为有限值，但加加速度虽为有限值，但加速度对时间的变化率实际速度对时间的变化率

7、实际上为无穷大。由此引起的上为无穷大。由此引起的冲击称为柔性冲击。冲击称为柔性冲击。1494100vvmax2/0amax-amaxa2/h1423560s二三角函数类根本运动规律二三角函数类根本运动规律1.余弦加速度运动规律推程余弦加速度运动规律推程)cos(1 2hs)sin(2hv)cos(2222hacos22hhsa1 2 3456amax-amax0 s1 23456hvmaxv1 23456s123456h/2 对对RDRD型运型运动循环，该运动动循环，该运动规律在推程的起、规律在推程的起、止瞬时，从动件止瞬时，从动件的加速度有突变，的加速度有突变，故存在柔性冲击。故存在柔性冲击

8、。适用于中、低速适用于中、低速场所。场所。a1 2 3456amax-amax0 s1 23456hvmaxv1 23456s123456h/2 2. 正弦加速度运动规律推程正弦加速度运动规律推程)2sin(2hhs)2cos(1 hv)2sin(222ha 这种运动规律的速度及这种运动规律的速度及加速度曲线都是延续的，没加速度曲线都是延续的，没有任何突变，因此既没有刚有任何突变，因此既没有刚性冲击、又没有柔性冲击，性冲击、又没有柔性冲击，可适用于高速凸轮机构。可适用于高速凸轮机构。12345678sohssS=S-S21346h/2572sin2hs s12345678ovvmax12345

9、678oaamax-amax 运动规律运动规律 最大速度最大速度 (h/) X 最大加速度最大加速度 (2 2h/2 2) X 最大跃度最大跃度(3 3h/3 3) X适用场合适用场合等速运动等速运动1.00低速轻载低速轻载等加等减速等加等减速2.004.00中速轻载中速轻载余弦加速度余弦加速度1.574.93中低速重载中低速重载正弦加速度正弦加速度2.006.2839.5中高速轻载中高速轻载5次多项式次多项式1.885.7760.0高速中载高速中载推杆常用运动规律特性比较及适用场所推杆常用运动规律特性比较及适用场所 运动规律组合时应遵照以下原那么：运动规律组合时应遵照以下原那么： 2对于中、

10、低速运动的凸轮机构，要求从动对于中、低速运动的凸轮机构，要求从动件的位件的位移曲线在衔接处相切，以保证速度曲线的延续。移曲线在衔接处相切，以保证速度曲线的延续。即要求在即要求在衔接处的位移和速度应分别相等。衔接处的位移和速度应分别相等。 3对于中、高速运动的凸轮机构，要求从动对于中、高速运动的凸轮机构，要求从动件的速件的速度曲线在衔接处相切，以保证加速度曲线延续，即度曲线在衔接处相切，以保证加速度曲线延续，即要求在要求在衔接处的位移、速度和加速度应分别相等。衔接处的位移、速度和加速度应分别相等。 1为了获得更好的运动特征，可以把上述几种运动规律组合起来运用，组合时，两条曲线在拼接处必需坚持延续

11、。二、组合运动规律简介二、组合运动规律简介1.修正梯形组合运动规律修正梯形组合运动规律a0amax=(h2/2)4.00等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律a1 2 3 45 6 7 8oamax=(h2/2)6.28正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律a=10.1250.50.875j=10.1250.50.8752.改良型等速运动规律改良型等速运动规律Oa等速运动规律等速运动规律正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律aos12av从动件运动规律设计应思索的问题从动件运动规律设计应思索的问题1应满足机器任务的要求；应满足机器任务的要求；2对于高速凸轮机构，应使凸轮机构具有良好对于高速凸轮机

12、构，应使凸轮机构具有良好 的运动和动力性能；的运动和动力性能；3设计从动件运动规律时，应思索到凸轮轮廓设计从动件运动规律时，应思索到凸轮轮廓 的工艺性要好。的工艺性要好。83 83 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计一、凸轮廓线设计方法的根本原理一、凸轮廓线设计方法的根本原理sB2osB1-rbeB0S- 假想给正在运动着的整个凸假想给正在运动着的整个凸轮机构加上一个与凸轮角速度轮机构加上一个与凸轮角速度 大小相等、方向相反的公共角速大小相等、方向相反的公共角速度度- ，这样，各构件的相对，这样，各构件的相对运动关系并不改动，但原来以角运动关系并不改动，但原来以角速度速度 转动的凸轮将处于静

13、止形状；转动的凸轮将处于静止形状；机架从动件的导路那么以机架从动件的导路那么以 - 的角速度围绕凸轮原来的转动轴线的角速度围绕凸轮原来的转动轴线转动；而从动件一方面随机架转动，转动；而从动件一方面随机架转动，另一方面又按照给定的运动规律相另一方面又按照给定的运动规律相对机架作往复运动。对机架作往复运动。反转法反转法二、直动从动件盘型凸轮机构凸轮廓线的设计二、直动从动件盘型凸轮机构凸轮廓线的设计1. 尖顶从动件尖顶从动件知：基圆半径；凸轮逆时针转动；知：基圆半径；凸轮逆时针转动；推杆的运动规律为：推杆的运动规律为：凸轮转过推程角凸轮转过推程角1800时，推杆等速上升时，推杆等速上升h；凸轮转过推

14、程角凸轮转过推程角600时，推杆静止不动；时，推杆静止不动；凸轮转过推程角凸轮转过推程角1200时，推杆等加速等减速下降时，推杆等加速等减速下降h。设计此凸轮轮廓曲线。设计此凸轮轮廓曲线。-c1c2c3c4c5c6c7c0erbO180B1B4B2B5B8B6c10c8c9B7120B9B1060B0oS21801206012 3 4 5 67 8 910h1取取l ，作出推杆运动规律，作出推杆运动规律 位移线图；位移线图；2取取l ，作出基圆、偏置圆，作出基圆、偏置圆，并标出凸轮机构的初始位置；，并标出凸轮机构的初始位置；步骤：步骤：3按按- 方向作出推杆在反方向作出推杆在反转中占据的位置。

15、按横坐标转中占据的位置。按横坐标相应的区间和等份，在划分偏相应的区间和等份，在划分偏距圆上得距圆上得 c0、c1、c2等点等点；并过这；并过这 些点作些点作 偏距圆的切线偏距圆的切线，即为反转导道路；，即为反转导道路；4作出推杆在反转中按本身作出推杆在反转中按本身运动规律运动所占据的位置。运动规律运动所占据的位置。在各反转导道路上量取与位在各反转导道路上量取与位移图相应的位移，得移图相应的位移，得B1、B2、 ；5光滑衔接光滑衔接B1、B2、 各点，即为凸轮轮廓曲线。各点，即为凸轮轮廓曲线。实际轮廓曲线实际轮廓曲线实践轮廓曲线实践轮廓曲线rrB0rb2. 滚子从动件滚子从动件步骤：步骤：6以实

16、际廓线各点为以实际廓线各点为圆心，滚子半径为半径作圆心，滚子半径为半径作圆族；圆族；7作圆族的内包络线，作圆族的内包络线，既为所求凸轮轮廓曲线。既为所求凸轮轮廓曲线。15同上作同上作 出实际廓线；出实际廓线；2118012060.平底挪动从动件盘型凸轮机构平底挪动从动件盘型凸轮机构步骤：步骤：6作一系列代表推杆作一系列代表推杆 平底的直线族；平底的直线族；7作直线族的内包络作直线族的内包络 线，既为所求凸轮线，既为所求凸轮 轮廓曲线。轮廓曲线。15同上作同上作 出实际廓线；出实际廓线；A0aA1A2A5A6A7A8A9A10A400000000000rbB0L18060120B1B2B3B4B

17、5B7B8B9B101C12C23C3RO- 三、摆动从动件盘型凸轮机构凸轮廓线的设计三、摆动从动件盘型凸轮机构凸轮廓线的设计步骤：步骤：1取取l ，作出摆杆，作出摆杆运动规律位移线图；运动规律位移线图；2取取l ，作出基圆，作出基圆及初始位置，标出凸轮及初始位置，标出凸轮机构的转向；机构的转向；3作出摆杆在反转中作出摆杆在反转中依次占据的位置，按依次占据的位置，按- 方向划分圆方向划分圆R，得，得A0、A1、A2等点；即等点；即机架反转的一系列位置机架反转的一系列位置；4作出从动件反转后作出从动件反转后按本身运动规律运动所占按本身运动规律运动所占据的一系列位置，在各据的一系列位置，在各反转导

18、道路上量取与位移反转导道路上量取与位移图相应的位移，得图相应的位移，得 C1、C2、 等点，等点，5光滑衔接各点即为光滑衔接各点即为凸轮轮廓曲线。凸轮轮廓曲线。2max18012060o12 3 4 5 67 8 910 知：知： 的转向，的转向，rb, lOA = a ，杆长，杆长L )(，设计轮廓曲线。，设计轮廓曲线。四、解析法设计凸轮轮廓曲线四、解析法设计凸轮轮廓曲线一挪动从动件盘型凸轮机构一挪动从动件盘型凸轮机构知知: 的转向，的转向，rb, e，s=s()，求：凸轮轮廓曲线上点的坐标值求：凸轮轮廓曲线上点的坐标值 或作出凸轮的轮廓曲线。或作出凸轮的轮廓曲线。1. 尖顶从动件尖顶从动件

19、解：取坐标系解：取坐标系XOY，如下图。，如下图。分析：开场推杆的尖顶处于分析：开场推杆的尖顶处于B0 ，当凸轮转过当凸轮转过角时，推杆产生相角时，推杆产生相应应的位移的位移S，由反转法作图可看出，由反转法作图可看出，此时从动件尖顶处于此时从动件尖顶处于B点。点。xyOB1-sS0eB0rbBs0+S其直角坐标为：其直角坐标为：cossin)(0essxsincos)(0essy220ersb其中：其中：2. 滚子从动件滚子从动件 按上述方法求出滚子中按上述方法求出滚子中心在坐标系心在坐标系oxy中的轨迹中的轨迹称为实际轮廓；称为实际轮廓； 实践轮廓与实际轮廓在实践轮廓与实际轮廓在法线方向处处

20、相等且相距一法线方向处处相等且相距一个滚子半径。个滚子半径。分析：分析： 实际轮廓曲线上点实际轮廓曲线上点B处的处的法线法线n-n的斜率：的斜率：ddyddxdydxtgBBBB/式中式中dx/d ，dy/d 可由可由上上式求得：式求得：dx/d = (ds/d e)sin + (s0 + s)cosdy/d = (ds/d e)cos (s0 + s)sinnnBCxyrbB0实践轮廓曲线实践轮廓曲线rr实际轮廓曲线实际轮廓曲线 xC= xBrrcos yC= yBrrsin 那么实践轮廓曲线上对应那么实践轮廓曲线上对应点点C点的坐标：点的坐标：二摆动从动件盘型凸轮机构二摆动从动件盘型凸轮机

21、构1. 尖顶从动件尖顶从动件 知：知：的转向，的转向，rb,lOA= a ，摆杆长度，摆杆长度L ， )(1取坐标取坐标XOY ，2写出点写出点B的坐标；的坐标；求凸轮轮廓曲线上点的坐标求凸轮轮廓曲线上点的坐标值或作出凸轮的轮廓曲线。值或作出凸轮的轮廓曲线。)sin(sin0lax)cos(cos0layalrlab2arccos2220其中：其中：xy0OarbLA0B00B - 0O2A2. 滚子从动件滚子从动件 假设为滚子摆动从动件，那么上式为实际廓线方程式，而实践廓线为实际廓线的等距曲线，其方程式可用前述一样方法求得。 xC= xBrrcos yC= yBrrsin三平底从动件盘型凸轮

22、机构三平底从动件盘型凸轮机构1选定坐标选定坐标XOY如图；如图；2写出点写出点B 的坐标；由图知：的坐标；由图知：cossin)(posrxbsincos)(posrybP为构件为构件1、2的瞬心的瞬心那么：那么：v = vP=op . op =v/ =ds/d xyB2SP-1rb2B0Orb 84 84 凸轮机构根本尺寸确实定凸轮机构根本尺寸确实定一、凸轮机构中的作用力和压力角一、凸轮机构中的作用力和压力角根据力的平衡条件，可得：根据力的平衡条件，可得： 经过整理后得：经过整理后得：分析：分析： 1在其他条件一样的情况下，压力角在其他条件一样的情况下，压力角 愈大，那么分母愈小，因此凸轮机

23、构中愈大，那么分母愈小，因此凸轮机构中 的作用力的作用力 P 将愈大；假设压力角将愈大；假设压力角大大 到使上式中的分母为零，那么作用力将到使上式中的分母为零，那么作用力将 增至无穷大，此时机构将发生自锁，增至无穷大，此时机构将发生自锁， 而此时的压力角称为临界压力角而此时的压力角称为临界压力角C 。 2为保证凸轮机构能正常运转，设计时应使最大压力为保证凸轮机构能正常运转，设计时应使最大压力 角角max小于临界压力角小于临界压力角C。即。即 max。任务行程：任务行程：挪动从动件，挪动从动件， =3038；摆动从动件，摆动从动件， =4045非任务行程：非任务行程： = 70803增大导轨增大

24、导轨b，减少悬臂，减少悬臂l，可以使临界压力角的数值得，可以使临界压力角的数值得 以提高，可减少自锁的性能。但临界压力角不能太大，以提高，可减少自锁的性能。但临界压力角不能太大， 否那么将影响机构的传否那么将影响机构的传 动性能。因此，普通规定：动性能。因此，普通规定：SSOCOPACCPtg0Serevtgb2212/ v2= vP=op . ；op = v2 / ；留意：留意：“+、“-“ - ：偏距：偏距 e 与瞬心与瞬心 P 在在 O 点同点同侧；侧；“ +：偏距：偏距 e 与瞬心与瞬心 P 在在 O 点两点两侧；侧；P 为构件为构件1、2 的瞬心的瞬心n1tt2PnAcoev2s0srb二、基圆半径确实定二、基圆半径确实定S