机械设计基础课件-凸轮

1、第3章 凸轮机构31 凸轮机构的应用和类型32 从动件的常用运动规律33 凸轮机构的压力角34 图解法设计凸轮的轮廓35 解析法设计凸轮的轮廓长沙交通学院专用 31 凸轮机构的应用和类型结构：三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。作用：将连续回转 = 从动件直线移动或摆动。优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。应用：内燃机 、牙膏生产等自动线、补鞋机、配钥匙机等。分类：1)按凸轮形状分：盘形、 移动、 圆柱凸轮 ( 端面 ) 。2)按推杆形状分：尖顶、 滚子、 平底从动件。特点：尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；滚子磨损小，应用广；平底受力好、润

2、滑好，用于高速传动。实例长沙交通学院专用 12刀架o3).按推杆运动分：直动(对心、偏置)、 摆动4).按保持接触方式分：力封闭重力、弹簧等内燃机气门机构机床进给机构几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮)长沙交通学院专用 r1r2r1+r2 =constW凹槽凸轮主回凸轮等宽凸轮等径凸轮优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：线接触，容易磨损。长沙交通学院专用 绕线机构312A线应用实例：长沙交通学院专用 3皮带轮5卷带轮录音机卷带机构1放音键2摩擦轮413245放音键卷带轮皮带轮摩擦轮录音机卷带机构长沙交通学院专用 132送料机构长

3、沙交通学院专用 ots32 推杆的运动规律凸轮机构设计的根本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;名词术语：一、推杆的常用运动规律基圆、推程运动角、基圆半径、推程、远休止角、回程运动角、回程、近休止角、行程。一个循环rminhBA而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。2)推杆运动规律;3)合理确定结构尺寸;4)设计轮廓曲线。010100000202DBC长沙交通学院专用 运动规律：推杆在推程或回程时，其位移S、速度V、 和加速度a 随时间t 的变化规律。形式：多项式、三角函数。S=S(t)V=V(t)a=a(t)位移曲线otsr0hBA010100000202DBC长

4、沙交通学院专用 边界条件： 凸轮转过推程运动角0从动件上升h一、多项式运动规律一般表达式：s=C0+ C1+ C22+Cnn (1)求一阶导数得速度方程： v = ds/dt求二阶导数得加速度方程：a =dv/dt =2 C22+ 6C32+n(n-1)Cn2n-2其中：凸轮转角，d/dt=凸轮角速度, Ci待定系数。= C1+ 2C2+nCnn-1凸轮转过回程运动角0从动件下降h长沙交通学院专用 1. 等速运动运动规律在推程起始点：=0， s=0代入得：C00， C1h/0推程运动方程： s h/0 v h/0s0vah在推程终止点：=0，s=h+刚性冲击s = C0+ C1+ C22+Cn

5、nv = C1+ 2C2+nCnn-1a = 2 C22+ 6C32+n(n-1)Cn2n-2同理得回程运动方程： sh(1-/ 0 )v-h/0a0a 0长沙交通学院专用 2. 等加等减速二次多项式运动规律位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。推程加速上升段边界条件：起始点：=0， s=0， v0中间点：=0 /2，s=h/2 求得：C00， C10，C22h/02加速段推程运动方程为：s 2h2/02 v 4h/02a 4h2/02长沙交通学院专用 推程减速上升段边界条件：终止点：=0， s=h， v0中间点：=0 /2，s=h/2 求得：C0h， C14h/0， C2-2h/02 减速段

6、推程运动方程为：s h-2h(-0)2/02 1svv -4h(-0)/02 a -4h2/022354632h/0柔性冲击4h2/02a重写加速段推程运动方程为：s 2h2/02 v 4h/02a 4h2/02h/20h/2长沙交通学院专用 3.五次多项式运动规律位移方程： s=10h(/0)315h (/0)4+6h (/0)5svah0无冲击，适用于高速凸轮。长沙交通学院专用 sa二、三角函数运动规律1.余弦加速度(简谐)运动规律推程： sh1-cos(/0)/2 v hsin(/0)/20a 2h2 cos(/0)/202 回程： sh1cos(/0)/2 v-hsin(/0)/20a

7、-2h2 cos(/0)/202123456v123456Vmax=1.57h/20在起始和终止处理论上a为有限值，产生柔性冲击。h0长沙交通学院专用 2.正弦加速度摆线运动规律推程：sh/0-sin(2/0)/2 vh1-cos(2/0)/0a2h2 sin(2/0)/02 回程： sh1-/0 +sin(2/0)/2 vhcos(2/0)-1/0a-2h2 sin(2/0)/02无冲击savh0长沙交通学院专用 vsahooo0+-vsahooo0正弦改进等速三、改进型运动规律将几种运动规律组合，以改善运动特性。长沙交通学院专用 OB设计凸轮机构时，除了要求从动件能实现预期的运动规律外，还

8、希望凸轮机构结构紧凑，受力情况良好。而这与压力角有很大关系。定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角 F，假设大到一定程度时，会有：机构发生自锁。33 凸轮机构的压力角nn一、压力角与作用力的关系不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。FFF”F-有用分力, 沿导路方向F-有害分力，垂直于导路F=F tg F 一定时， Ff FFf为了保证凸轮机构正常工作，要求： rT arT rT arT0rT arT rT 轮廓失真arTrTarTrT长沙交通学院专用 rmin对心直动平底从动件凸轮机构中，凸轮的基圆半径rmin，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：选比例尺l作基圆rmi

9、n。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。作平底直线族的内包络线。4.对心直动平底从动件盘形凸轮8765432191011121314-A 60120909013578135789111315911131214s123456781514131211109长沙交通学院专用 对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。Ormin可通过增大rmin解决此问题。rmin长沙交通学院专用 摆动从动件凸轮机构中，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。三、摆动从动件盘形凸轮机构 601209090

10、123456785678sB1B2B3B4B5B6B7B812060 90 -dABlB11rminB22B77B66B55B44B33A1A2A3A4A5A6A7A81234长沙交通学院专用 BB0OS0S35 解析法设计凸轮的轮廓从图解法的缺点引出解析法的优点结果：求出轮廓曲线的解析表达式-条件：e、rmin、rT、S=S()、及其方向。理论轮廓的极坐标参数方程：= (S+S0)2 + e2原理：反转法。=+0其中： S0 = r2min e2tg0 = e/ S0tg = e/(S + S0)-即B点的极坐标rT (+0)(+)=两对顶角相等 ermin参数方程。 S00长沙交通学院专用 其中： tg=B0BO1-111nn实际轮廓方程是理论轮廓的等距曲线。由高等数学可知：等距线对应点具有公共的法线。T = 2 + r2Tm-2rTcosT =+实际轮廓上对应点的 T 位置：位于理论轮廓 B 点法线 n-n 与滚子圆的交线上。 T= arctgT点的极坐标参数方程为：由图有： =+其中： tg = S + r2min + e2ds/d erT