第四章凸轮机构及其设计学习教案

1、会计学1第四章凸轮第四章凸轮(tln)机构及其设计机构及其设计第一页，共59页。4-1 凸轮机构构成、应用及分类(fn li)4-2 从动件的常用运动规律 4-3 凸轮轮廓曲线的设计4-4 凸轮机构基本参数的确定第1页/共59页第二页，共59页。一、凸轮机构的构成和应用 构成 应用 特点二、凸轮机构的分类(fn li)三、凸轮机构的基本名词术语 第2页/共59页第三页，共59页。 从动件或推杆：与凸轮保持接触的作往复移动或摆动的构件。 往复移动 直动从动件 往复摆动 摆动从动件直动从动件摆动(bidng)从动件 凸 轮：具有曲线状轮廓(lnku)的构件一、凸轮机构的构成(guchng)和应用第

2、3页/共59页第四页，共59页。凸轮机构的应用(yngyng)场合广泛用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线。2、应 用第4页/共59页第五页，共59页。内燃机配气机构(jgu) 绕线机排线机构(jgu)第5页/共59页第六页，共59页。自动(zdng)机床进刀机构第6页/共59页第七页，共59页。盘形凸轮机构(jgu)在印刷机中的应用第7页/共59页第八页，共59页。利用分度凸轮机构实现(shxin)转位第8页/共59页第九页，共59页。3、特 点 凸轮(tln)机构的优点 结构简单、紧凑、工作可靠，可以使从动件准确实现各种预期的运动规律，还易于实现多个运动的相互协调配合。

3、凸轮(tln)机构的缺点 凸轮(tln)轮廓与从动件之间是高副接触，易于磨损。第9页/共59页第十页，共59页。1按凸轮的形状分类2按从动件形状分类3按凸轮与从动件维持(wich)高副接触的方式分类4按从动件的运动形式分类第10页/共59页第十一页，共59页。盘状凸轮(tln)移动(ydng)凸轮圆柱凸轮第11页/共59页第十二页，共59页。弧面凸轮(tln)圆锥(yunzhu)凸轮第12页/共59页第十三页，共59页。v 尖底从动件v 滚子(n z)从动件v 平底从动件v 曲底从动件第13页/共59页第十四页，共59页。v力封闭凸轮(tln)机构靠弹簧力或重力等维持(wich)凸轮与从动件的

4、高副接触。第14页/共59页第十五页，共59页。v形封闭(fngb)凸轮机构等宽凸轮(tln)机构凹槽凸轮(tln)机构等径凸轮机构共轭凸轮机构第15页/共59页第十六页，共59页。对心式偏置式直动从动件摆动从动件第16页/共59页第十七页，共59页。rb三、凸轮机构(jgu)的基本名词术语hssss DD0B0B sO,t360基圆基圆半径(bnjng)rb推程推程角升距h远休止(xizh)远休止角s回程回程角近休止近休止停角sB位移曲线第17页/共59页第十八页，共59页。 从动件的运动线图 位移曲线反映了从动件的位移s随时间t或凸轮转角变化的规律。 速度曲线反映了从动件的速度v 随时间t

5、或凸轮转角变化的规律。 加速度曲线反映了从动件的加速度a随时间t或凸轮转角变化的规律。 跃度曲线反映了从动件的跃度j随时间t或凸轮转角变化的规律。凸轮轮廓曲线的形状决定了从动件的运动规律。要使从动件实现某种运动规律，就要(ji yo)设计出与其相应的凸轮轮廓曲线。 第18页/共59页第十九页，共59页。一、引言(ynyn)二、从动件常用运动规律三、组合运动规律第19页/共59页第二十页，共59页。 333222dddddddddddddddddddddddd statajstvtvaststsv数学(shxu)方程式 位移方程s=s() 从动件运动(yndng)规律的表示运动(yndng)线图

6、 所谓从动件运动规律，是指从动件的位移S、速度v、加速度a、及加速度的变化率（跃度j）随时间 t 或凸轮转角变化的规律。这种变化的规律可以用线图来表示，是凸轮设计的依据。 正确选择和设计从动件的运动规律，是凸轮机构设计的重要环节。第20页/共59页第二十一页，共59页。 生产中对工作构件的运动要求是多种多样的。 速度要求：例如自动机床中用来控制(kngzh)刀具进给运动的凸轮机构，要求刀具（从动件）在工作行程时作等速运动。 加速度要求：如内燃机配气凸轮机构，则要求凸轮具有良好的动力学性能。 位移要求：在某些控制(kngzh)机构中则只有简单的升距要求。 第21页/共59页第二十二页，共59页。

7、 设计凸轮机构时，通常只需根据工作要求(yoqi)，从常用运动规律中选择适当的运动曲线。在一般情况下，推程是工作行程，要求(yoqi)比较严格，需要进行仔细研究。回程一般要求(yoqi)较低，受力情况也比推程阶段有利，故不作专门讨论。第22页/共59页第二十三页，共59页。第23页/共59页第二十四页，共59页。从动件的位移(wiy)曲线为多项式类运动s c0c1 c2 2 c3 3cn n（一）多项式运动(yndng)规律常用的有一次、二次、五次等多项式类运动(yndng)规律。第24页/共59页第二十五页，共59页。1. 等速运动(dn s yn dn)规律推程的运动方程：/hs/hv0a

8、hOSvOvOa 从动件在运动起始位置和终止两瞬时的速度有突变(tbin)，故加速度在理论上由零值突变(tbin)为无穷大，惯性力也为无穷大。由此的强烈冲击称为刚性冲击。适用于低速场合。 从动件运动的速度为常数时的运动规律，称为(chn wi)等速运动规律（直线运动规律）。第25页/共59页第二十六页，共59页。低速(d s)下工作的一些凸轮控制机构。第26页/共59页第二十七页，共59页。2. 等加速等减速运动(jin s yn dn)规律（抛物线运动规律） 从动件在推程（或回程(huchng)）中，前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，加速度为常数。推程等加速运动(ji s yn dn)

9、的方程式为：222hs24hv224ha149410h1423560s0vvmax2/0amax-amaxa2/0j2/ 在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处，加速度虽为有限值，但加速度对时间的变化率理论上为无穷大。由此引起的冲击称为柔性冲击。适用于低速场合。第27页/共59页第二十八页，共59页。 5次多项式运动规律的加速度对凸轮转角的变化(binhu)是连续曲线，因而没有惯性力引起的冲击现象，运动平稳性好，可用于高速凸轮机构。)12018060()306030()61510(352432453423554433hahvhs推程阶段(jidun)第28页/共59页第二十九页，共59页。)

10、12018060()306030()61510(352432453423554433hahvhs第29页/共59页第三十页，共59页。（二）三角函数(snjihnsh)类基本运动规律1.余弦加速度运动(yndng)规律（简谐运动(yndng)规律）)cos(1 2hs)sin(2hv)cos(2222ha1234560 s1 23456h 该运动规律在推程的开始和终止(zhngzh)瞬时，从动件的加速度仍有突变，故存在柔性冲击。因此适用于中、低速场合。vmaxa123456amax-amaxv1 23456cos22hhs，从动件的加速度按余弦规律变化第30页/共59页第三十一页，共59页。2

11、.正弦加速度运动(yndng)规律（摆线运动(yndng)规律）推程阶段的正弦(zhngxin)加速度方程为)2sin(2hhs)2cos(1 hv)2sin(222ha12345678sohssS=S-S21346h/2572sin2hs s12345678ovvmax12345678oaamax-amax 这种运动规律的速度及加速度曲线都是连续的，没有任何突变，因而既没有刚性冲击、又没有柔性冲击，可适用于高速凸轮机构。从动杆的加速度按正弦规律(gul)变化第31页/共59页第三十二页，共59页。第32页/共59页第三十三页，共59页。第33页/共59页第三十四页，共59页。n3 3）使最大

12、速度和最大加速度）使最大速度和最大加速度尽可能小。尽可能小。第34页/共59页第三十五页，共59页。第35页/共59页第三十六页，共59页。改进型等速运动(dn s yn dn)规律Oa正弦(zhngxin)加速度运动规律等速运动(dn s yn dn)规律aos12av第36页/共59页第三十七页，共59页。第37页/共59页第三十八页，共59页。修正梯形组合(zh)运动规律a1 2 3 45 6 7 8oa0amax=(h2/2)4.00amax=(h2/2)6.28等加速等减速运动(jin s yn dn)规律正弦加速度运动(yndng)规律a=10.1250.50.875j=10.12

13、50.50.875修正梯形组合运动规律amax=(h2/2)4.888第38页/共59页第三十九页，共59页。 这些(zhxi)因素又往往是互相制约的。因此，在选择或设计从动件运动规律时，必须根据使用场合、工作条件等分清主次综合考虑，确定选择或设计运动规律的主要根据。在选择或设计(shj)从动件运动规律时，应考虑：a.是否满足(mnz)机械的具体工作要求？b.凸轮机构是否具有良好的动力特性？c.所设计的凸轮廓线是否便于加工？第39页/共59页第四十页，共59页。h 第40页/共59页第四十一页，共59页。第41页/共59页第四十二页，共59页。第42页/共59页第四十三页，共59页。工件第43

14、页/共59页第四十四页，共59页。第44页/共59页第四十五页，共59页。总结(zngji) 在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 、加速度幅值 及其影响加以分析和比较。maxvmaxamaxvmaxamaxmv从动件动量maxma从动件惯性力对于重载凸轮机构，应选择 值较小的运动规律；对于高速凸轮机构，宜选择 值较小的运动规律。maxvmaxa第45页/共59页第四十六页，共59页。第46页/共59页第四十七页，共59页。第47页/共59页第四十八页，共59页。 已知从动件的运动规律s =s()、v=v()、a=a()及凸轮机构的基本(jb

15、n)尺寸（如r0、e）及转向，求凸轮轮廓曲线上点的坐标值或作出凸轮的轮廓曲线。r0esB0B2osB1S-S-反转(fn zhun)法原理 假象给正在运动着的整个凸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度（- ），这样，各构件的相对运动关系并不改变，但原来以角速度转动的凸轮将处于静止状态；机架（从动件的导路）则以（ - ）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，另一方面又按照给定的运动规律相对机架作往复运动。从动件在这种复合运动中，其尖顶仍然始终与凸轮轮廓保持接触，因此，在此运动过程中，尖顶的运动轨迹即为凸轮轮廓。第48页/共59页第四十九页，共59页。r

16、bOs1 3 5 7 8 601209090601201 290A909 1113151357 891113121410二、 用作图法设计(shj)凸轮廓线 1. 对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计(shj)已知凸轮的基圆半径(bnjng)rb，凸轮角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 选比例尺l，作位移(wiy)曲线和基圆rb。 等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。345 67 818765432101191213141413121110915 确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置。设计步骤 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。第49页/共59页

17、第五十页，共59页。rbOA 2. 对心滚子移动(ydng)从动件盘形凸轮廓线的设计已知凸轮的基圆半径rb，滚子半径rr、凸轮角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓(lnku)曲线。 选比例尺l，作位移(wiy)曲线和基圆rb。设计步骤 等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。理论轮廓曲线实际轮廓曲线s1 3 5 7 8 6012090909 1113151357 891113121410601201 29090345 67 818765432101191213141413121110915确定反转后从动件滚子中心在各等分点占据的位置。 将各点连接成一条光滑曲

18、线。 作滚子圆族及滚子圆族的内包络线。第50页/共59页第五十一页，共59页。 实际轮廓凸轮与从动件直接接触的廓线称为凸轮的工作廓线。 理论轮廓对于滚子从动件，可把滚子圆心(yunxn)看作从动件的尖点，该点的复合运动轨迹称为凸轮的理论廓线。实际廓线是滚子的包络线。 基圆以凸轮理论轮廓曲线上的最小半径为半径所画的圆。 对于尖顶从动件来说，凸轮的理论轮廓和实际轮廓重合。第51页/共59页第五十二页，共59页。eA3. 偏置尖顶移动(ydng)从动件盘形凸轮廓线的设计已知凸轮的基圆半径(bnjng)rb，角速度和从动件的运动规律及偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。 选比例尺l，作位移(wiy)曲线、基

19、圆rb和偏距圆e。设计步骤 等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。O6123457815141312111091514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8s1 3 5 7 8 6012090909 1113151357 891113121410 确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置。 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。第52页/共59页第五十三页，共59页。一、 凸轮机构(jgu)的压力角二、 凸轮机构(jgu)基本尺寸的设计 1、基圆半径的设计 2、滚子半径的设计 第53页/共59页第五十四页，共59页。 不计摩擦时，凸轮对从动件作用力方向线nn与从动件上力作用点的速度(sd)方向之间所夹的锐角。 压力(yl)角 凸轮的基圆半径rb、压力角定义在理论轮廓曲线