凸轮机构设计

1、安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,第八章 凸轮机构设计,81 凸轮机构的应用和类型,82 从动件的运动规律,83 凸轮轮廓曲线的设计,84 凸轮机构基本尺寸的确定,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,81 凸轮机构的应用和类型,组成：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

2、： 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、润滑好，用于高速传动。,实例,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,3).按从动件运动分：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),安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,r1+r2 =const,主回凸轮,等宽凸轮,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

3、计方便。,缺点：线接触，容易磨损。,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,绕线机构,应用实例：,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,送料机构,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,82 从动件的运动规律,凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;,名词术语：,一、从动件的常用运动规律,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,而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮

4、廓曲线的前提。,2)从动件的运动规律;,3)合理确定结构尺寸;,4)设计轮廓曲线。,s,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,在推程起始点：=0， s=0,代入得：C00， C1h/t,推程运动方程： s h/t,v h /t,在推程终止点：=t ，s=h,刚性冲击,同理得回程运动方程： sh(1-/t ),v-h /t,a0,a 0,1.等速运动规律,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,2.等加等减速运动规律,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：=t /2，s=h/2,求得：C00， C10，C

5、22h/2t,加速段推程运动方程为：,s 2h2 /2t,v 4h /2t,a 4h2 /2t,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,推程减速上升段边界条件：,终止点：=t ，s=h，v0,中间点：=t/2，s=h/2,求得：C0h， C14h/t C2-2h/2t,减速段推程运动方程为：,s h-2h(t )2/2t,v -4h(t-)/2t,a -4h2 /2t,柔性冲击,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,设计：潘存云,.余弦加速度(简谐)运动规律,推程： sh1-cos(/t)/2,v hsin(/

6、t)/2t,a 2h2 cos(/t)/22t,回程： sh1cos(/t)/2,v-hsin(/t)/2t,a-2h2 cos(/t)/22t,在起始和终止处理论上a为有限值，产生柔性冲击。,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,.正弦加速度（摆线）运动规律,推程： sh/t-sin(2/t)/2,vh1-cos(2/t)/t,a2h2 sin(2/t)/2t,无冲击,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,设计：潘存云,三、改进型运动规律,将几种运动规律组合，以改善运动特性。,正弦改进等速,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,1.凸轮廓线设计

7、方法的基本原理,83 凸轮轮廓曲线的设计,2.用作图法设计凸轮廓线,1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮,2)对心直动滚子从动件盘形凸轮,3)对心直动平底从动件盘形凸轮,4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮,5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构,3.用解析法设计凸轮的轮廓曲线,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,设计：潘存云,一、凸轮廓线设计方法的基本原理,反转原理：,依据此原理可以用几何作图的方法 设计凸轮的轮廓曲线，例如：,给整个凸轮机构施以-时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者

8、：潘存云教授,设计：潘存云,已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,设计步骤小结：,选比例尺l作基圆r0。,反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。,确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮,二、图解法设计（绘制）盘形凸轮轮廓,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,2)对心直动滚子从动件盘形凸轮,设计：潘存云,理论轮廓,实际轮廓,作各位置滚子圆的内(外)包络线。,已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：

9、潘存云教授,3)对心直动平底推杆盘形凸轮,设计：潘存云,已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,作平底直线族的内包络线。,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,设计：潘存云,已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。,4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构,设计：潘存云,已知凸轮的基圆半径r0，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。,安徽工程科技学院专用 作者： 潘

10、存云教授,作者：潘存云教授,三.用解析法设计凸轮的轮廓曲线,例：偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构,由图可知： s0(r02-e2)1/2,实际轮廓线为理论轮廓的等距线。,曲线任意点切线与法线斜率互为负倒数：,原理：反转法,设计结果：轮廓的参数方程: x=x() y= y(),x=,(s0+s)sin,+ ecos,y=,(s0+s)cos,- esin,tg= -dx/dy,=(dx/d)/(- dy/d),=sin/cos,r0,已知：r0、rT、e、S=S(),安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,对(1)式求导，得： dx/d(ds/d- e)sin+(s0+s)co

11、s,式中: “”对应于内等距线， “”对应于外等距线。,实际轮廓为B点的坐标： x= y=,x - rrcos,y - rrsin,dy/d(ds/d- e)cos-(s0+s)sin,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,84 凸轮机构基本尺寸的确定,上述设计廓线时的凸轮结构参数r0、e、rr等，是预先给定的。实际上，这些参数也是根据机构的受力情况是否良好、动作是否灵活、尺寸是否紧凑等因素由设计者确定的。,1.凸轮机构的压力角,2.凸轮基圆半径的确定,3.滚子半径的确定,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,B,1.凸轮机构的压力角,压力角-正压力与推杆上B点速度方向之间的夹角,Fx,机构发生自锁,F,工程上要求：max ,直动推杆：30,摆动推杆：3545,回程：7080,提问：平底推杆？,安徽工程科技学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,2.凸轮基圆半径的确定,r0 ,式中：当导路与瞬心同侧时去“”。,对于直动推杆凸轮机构存在一个正确偏置的问题！,注意：用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，故偏距 e 不能太大