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常用机构 -凸轮机构

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  常用机构 -凸轮机构_理学_高等教育_教育专区。第七章 常用机构 运动副、 运动副、机构与机构运动简图 平面连杆机构 凸轮机构和螺旋机构 间歇运动机构 机构的扩展与组合 第三节 凸轮机构和螺旋机构 凸轮机构的概述 凸轮机构应用举例

  第七章 常用机构 运动副、 运动副、机构与机构运动简图 平面连杆机构 凸轮机构和螺旋机构 间歇运动机构 机构的扩展与组合 第三节 凸轮机构和螺旋机构 凸轮机构的概述 凸轮机构应用举例 凸轮机构的概述 内燃机配气机构 内燃机配气机构 凸轮机构的概述 自动车床走刀机构 自动车床走刀机构 冲床凸轮机构 绕线机凸轮机构 圆柱凸轮输送机 自动车床凸轮机构 凸轮机构的概述 靠模车削机构 靠模车削机构 凸轮机构的概述 凸轮机构——依靠凸轮轮廓直接与从动件接触, 凸轮机构 从动件作有规律的直线往复运动(直动)或摆 动。 1-凸轮 1 2-从动件 3-机架 凸轮机构示意 凸轮机构的分类与特点 一、凸轮机构的分类 二、凸轮机构的应用特点 凸轮机构的分类与特点 一、凸轮机构的分类 盘形凸轮 按形状分 移动凸轮 圆柱凸轮 尖顶从动件 按从动件端部形 状和运动形式分 滚子从动件 平底从动件 凸轮机构的分类与特点 盘形凸轮 尖顶移动从动杆盘形凸轮机构 尖顶摆动从动杆盘形凸轮机构 滚子移动从动杆盘形凸轮机构 滚子摆动从动杆盘形凸轮机构 平底移动从动杆盘形凸轮机构 平底摆动从动杆盘形凸轮机构 凸轮机构的分类与特点 移动凸轮 移动从动杆移动凸轮机构 摆动从动杆移动凸轮机构 凸轮机构的分类与特点 圆柱凸轮 圆柱凸轮机构 自动车床走刀机构 凸轮机构的分类与特点 (二) 按从动件运动副元素的形状分 尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件 凸轮机构的分类与特点 (三) 按从动件的运动形式分 移动从动件 摆动从动件 凸轮机构的分类与特点 (四)按凸轮与从动件维持高副接触(封闭)的方式分 按凸轮与从动件维持高副接触(封闭) 力封闭型凸轮机构 弹簧力封闭 重力封闭 凸轮机构的分类与特点 形封闭型凸轮机构 凹槽凸轮机构 等宽凸轮机构 凸轮机构的分类与特点 形封闭型凸轮机构 等径凸轮机构 共轭凸轮机构 凸轮机构的分类与特点 二、凸轮机构的应用特点 优点:结构简单紧凑,工作可靠,设计适当 优点 的凸轮轮廓曲线,可使从动件获得任意预期的运 动规律。 缺点: 缺点:凸轮与从动件(杆或滚子)之间以点或线 接触,不便于润滑,易磨损。 应用: 应用:多用于传力不大的场合,如自动机械、仪 表、控制机构和调节机构中。 凸轮机构设计的基本内容与步骤 1)根据工作要求,合理地选择凸轮机构的型式。 2 )根据机构工作要求、载荷情况及凸速等, 确定从动件的运动规律。 3)根据凸轮在机器中安装的、从动件行 程、许用压力角及凸轮种类等,初步确定凸轮基 圆半径。 4)根据从动件的运动规律,用图解法或解析法设 计凸轮轮廓线 )校核压力角及轮廓的最小曲率半径。 凸轮机构工作过程及从动件运动规律 一、凸轮机构工作过程 二、从动件常用的运动规律 凸轮机构工作过程及从动件运动规律 一、凸轮机构工作过程 凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速 回转运动,从动件作往复移动 凸转时,从动件作“升→停→降→停” 的运动循环。 凸轮机构工作过程 凸轮机构工作过程及从动件运动规律 凸轮机构基本名词术语 基圆 基圆半径 b 基圆半径r 推程 升距 升距h 推程角Φ 远休 远休止角Φs 回程 回程角Φ ′ 近休 近休止角Φs′ B′ ′ h B B0 O rb Φ 位移曲线 Φ S′ Φ′ ΦS ω D D0 s Φ ΦS 360? Φ′ Φ S′ ?,t 凸轮机构工作过程及从动件运动规律 二、从动件常用运动规律 位移线图 凸轮机构工作过程及从动件运动规律 1.等速运动规律 从动件上升(或下降)的速度为一。 s 等速运动规律 位移线图 h 推程 s= v= h Φ h ? ω v 速度线 Φ 速度曲线不连续,机 速度曲线不连续, 构将产生刚性冲击 刚性冲击。 构将产生刚性冲击。等速 运动规律适用于低速轻载 场合。 场合。 加速度线图 a +∞ ?∞ ?,t ?,t 凸轮机构工作过程及从动件运动规律 2.等加速等减速运动规律 从动件在行程中先作等加速运动, 后作等减速运动。 等加速等减速运动规律 s h/2 / h/2 / 推程 前半程 后半程 2h 2 2h s= 2? s = h ? 2 (Φ ? ? ) 2 Φ Φ 4 hω 4 hω v = 2 (Φ ? ? ) v= 2 ? Φ Φ 4 hω 2 4 hω 2 a=? a= 2 Φ2 Φ 加速度曲线不连续, 加速度曲线不连续,机构将产 柔性冲击。 生柔性冲击。等加速等减速运动规 律适用于中速轻载场合。 律适用于中速轻载场合。 Φ v 2hω /Φ ?,t ?,t a 4hω2/Φ 2 ?,t 凸轮机构工作过程及从动件运动规律 等加速等减速运动规律位移曲线画法 凸轮机构工作过程及从动件运动规律 ⑶ 余弦加速度运动规律 推程 h? ? π ?? s = ?1 ? cos ? ? ? ? 2? ? Φ ?? πh ω ?π ? sin ? ? ? v= 2Φ ?Φ ? π 2 hω 2 ?π ? a= cos ? ? ? 2Φ 2 ?Φ ? s h Φ v vmax=1.57hω /Φ ?,t 加速度曲线不连续, 加速度曲线不连续,存在 柔性冲击。 柔性冲击 。 余弦加速度运动 规律适用于中速中载场合。 规律适用于中速中载场合。 ?,t a amax=4.93hω2/Φ 2 ?,t 凸轮机构工作过程及从动件运动规律 ⑷ 正弦加速度运动规律 ?? 1 ? 2π ? ? sin ? ? ?? 推程 s = h ? ? ? Φ ?? ? Φ 2π hω ? ? 2π ? ? v= ?1 ? cos ? Φ ? ? ? Φ ? ? ?? a= 2πh ω 2 s h Φ v vmax=2hω /Φ ?,t Φ 2 ? 2π ? sin ? ?? ?Φ ? 速度曲线和加速度曲 线连续, 线连续 , 无刚性冲击和柔 性冲击。 性冲击 。 正弦加速度运动 规律适用于高速轻载场 合。 2 2 a amax=6.28hω / Φ ?,t ?,t 凸轮机构工作过程及从动件运动规律 3–4–5次多项式运动规律 推程 4 5 ? ? ? ?3 ?? ? ?? ? ? s = h ?10? ? ? 15? ? + 6? ? ? ?Φ ? ?Φ ? ? ? ?Φ ? ? ? 3 4 ? ? ? ?2 hω ?? ? ?? ? ? v= ? 30? ? ? 60? ? + 30? ? ? Φ ? ?Φ ? ?Φ ? ?Φ ? ? ? ? 2 3 2 ? hω ?? ? ?? ? ?? ? ? a = 2 ? 60? ? ? 180? ? + 120? ? ? Φ ? ?Φ ? ?Φ ? ?Φ ? ? ? ? v s h a ?,t Φ 速度曲线和加速度曲线连续,无刚性冲击和柔性冲击。 速度曲线和加速度曲线连续 , 无刚性冲击和柔性冲击 。 3-4-5次运动规律适用于高速中载场合。 次运动规律适用于高速中载场合。 次运动规律适用于高速中载场合 凸轮机构工作过程及从动件运动规律 s 组合运动规律 组合运动规律 为了克服单一运动规律的某 些缺陷, 些缺陷 , 获得更好的运动和动力 特性, 特性 , 可以把几种运动规律拼接 起来,构成组合运动规律 组合运动规律。 起来,构成组合运动规律。 组合原则 位移曲线、 位移曲线 、 速度曲线必须连 续 , 高速凸轮机构加速度曲线也 必须连续。 必须连续。 各段运动规律的位移、 各段运动规律的位移 、 速度 和加速度曲线在连接点处其值应 分别相等。 分别相等。 h O v O a a +∞ O ?,t Φ ?,t ?,t +∞ 正弦加速度曲线与直线组合 凸轮机构工作过程及从动件运动规律 本章小结 1.凸轮机构的类型及其应用特点。 2.凸轮机构从动件常用运动规律的工作特点。 从动件运动规律的选择与应用 1 .满足机器的工作要求 2 .使凸轮机构具有良好的动力性能 3 .使凸轮轮廓易于加工 从动件常用运动规律比较 用图解法设计凸轮轮廓曲线 反转法 如图 ,若给整个机构加一个与凸轮 角速度。大小相等方向相反的公共 角速度 ,于是,凸轮静止 不动,而从动件和导一方面以角 速度 ω 绕 D 点转动,另一方面从 动件又以一定的运动规律相对导 往复运动。由于从动件尖底始终与 凸轮轮廓接触,所以从动件尖底的 运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线。根 据这一原理便可作出各种类型凸轮 机构的凸轮轮廓曲线。 ? ω 凸轮轮廓设计 1. 对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计 已知凸轮的基圆半径rb,凸轮角速度ω和从 动件的运动规律,设计该凸轮轮廓曲线′ ′ 12′ ′ 13′ ′ 14′ ′ 9 11 13 15 ?ω A ω O 1 3 5 7 8 120? 60? 90? 90? ? 设计步骤 ① 确定反转后从动件尖顶在 ③ 选比例尺?l,作位移曲线′ ′ 基圆r 基圆 b。 各等分通道上的。 各等分通道上的。 等分位移曲线及反向等分各运动角, ② 等分位移曲线及反向等分各运动角,确定反转后对应 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。 ④ 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。 于各等分点的从动件的位移通道。 于各等分点的从动件的位移通道。 凸轮轮廓设计 作业: 设计一对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线 已知凸轮的基圆半径rb=2h=20mm,凸轮 角速度ω顺时针,从动件的运动规律自拟 凸轮轮廓设计 2. 偏置尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计 已知凸轮的基圆半径r 已知凸轮的基圆半径 b,角速度 ω和从动件的运动规律及偏心距 , 和从动件的运动规律及偏心距e, 设计该凸轮轮廓曲线。 设计该凸轮轮廓曲线′ ′ 12′ ′ 13 14′ ′ 9 11 13 15 e ?ω ω A 14′ ′ 15 14 1 3 5 7 8 120? 60? 90? 90? ? 设计步骤 ② 选比例尺?l,作位移 ③ 确定反转后从动件尖 ① 等分位移曲线及反向 ④ 将各尖顶点连接成一 等分各运动角, 确定反转后 等分各运动角和偏距圆 。 顶在各等分通道上的。 曲线、基圆r 曲线、基圆 b 条光滑曲线。 , 条光滑曲线′ ′ 对应于各等分点的从动件的 位移通道。 位移通道。 13′ 13 ′ 12 12′ ′ 11 k12 k11 k10 k9 k1k14 3 k15 O k8k k6k5 4 7 k1 k2 k k3 10 9 10′ ′ 9′ ′ 凸轮轮廓设计 3. 对心滚子移动从动件盘形凸轮廓线的设计 已知凸轮的基圆半径r 已知凸轮的基圆半径 b, 滚子半径r 凸轮角速度 滚子半径 r、凸轮角速度ω 和从动件的运动规律, 和从动件的运动规律,设计 该凸轮轮廓曲线。 该凸轮轮廓曲线。 实际轮廓曲线′ ′ 12′ ′ 13′ ′ 14′ ′ 9 11 13 15 ?ω A ω O 1 3 5 7 8 120? 60? 90? 90? ? 设计步骤 ① 选比例尺 ? l , 作位移曲线和 ③ 确定反转后从动件滚子中心在 ② 将各点连接成一条光滑曲线。 ④ 将各点连接成一条光滑曲线。 ⑤ 等分位移曲线及反向等分各 作滚子圆族及滚子圆族的内 基圆r , 基圆 b。 确定反转后对应于各等分点 各等分位移通道上的。 运动角, 各等分位移通道上的。 运动角 包络线。 (外)包络线。 的从动件的位移通道。 的从动件的位移通道。 11′ ′ 理论轮廓曲线. 对心平底移动从动件盘形凸轮廓线的设计 已知凸轮的基圆半径r 已知凸轮的基圆半径 b,角速度ω和 从动件的运动规律,设计该凸轮轮廓曲线。 从动件的运动规律,设计该凸轮轮廓曲线′ ′ 12′ ′ 13′ ′ 14′ ′ 9 11 13 15 ?ω A ω ? O 1 3 5 7 8 120? 60? 90? 90? 设计步骤 ③ 确定反转后平底与导中心 ① 选比例尺 ?l,作位移曲线和 基圆r 基圆 b。 在各等分点占据的。 线的交点A在各等分点占据的 线的交点 在各等分点占据的。 ② 等分位移曲线及反向等分各 ④ 运动角, 确定反转后对应于各等分 运动角 ,作平底直线族及平底直线 族的内包络线。 族的内包络线。 点的从动件的。 点的从动件的。 11′ ′ 5. 尖顶摆动从动件盘形凸轮廓线的设计 已知凸轮的基圆半径 ② 等分位移曲线及 rb,角速度ω,摆杆长度 反向等分各运动角, 反向等分各运动角 , 确 l以及摆杆回转中心与凸 以及摆杆回转中心与凸 定反转后对应于各等分 转中心的距离L, 转中心的距离 ,摆 点的转轴A的。 点的转轴 的。 的 杆角位移曲线, 杆角位移曲线,设计该 凸轮轮廓曲线 67 8 A l B′1 ′ B B1 ?ω ψ1 B′2 ′ B2 B3 120? B B5 B′5 ′ B′6 ′ A1 B′3 ′ d ψ2 ψ3 A2 A8 rb ω O B8 90? B′4 ′ 4 A3 ψ4 1′ ′ 60? 1 2 34 120? 60? 90? 90? ? B7 B6 A7 ψ7 B′7 ′ A4 设计步骤 ③ 选比例尺 ? ψ , 作 ④ 将各尖顶点连接成一条 ① 确定反转后从动件尖 光滑曲线。 , 作基圆 b 和转。 位移曲线, 顶在各等分点占据的。 顶在各等分点占据的 位移曲线 作基圆r 轴圆OA。 轴圆 。 ψ6 ψ5 A6 A5 滚子直动从动件圆柱凸轮轮廓设计 凸轮机构基本尺寸的确定 一、压力角的确定及校核 1. 压力角 凸轮机构中,从动件运动方向与从动件 所受凸轮作用力(不计摩擦)方向之间所夹 的锐角称为压力角 n v B ω rb O e α P v n 2.压力角的许用值 凸轮机构基本尺寸的确定 3 .压力角的计算及校核 P为相对瞬心 为相对瞬心 d s /d t d s OP = = = ω d? /d t d? s0 = r ? e 2 b 2 n v B s D v ω rb O e α P v s0 由?BCP得 得 tan α = d s d? m e s+ r ?e 2 b 2 C n ds/d? / 对心移动从动件盘形凸轮机构e=0。 对心移动从动件盘形凸轮机构 = 。 与基圆半径r 、 结论 移动从动件盘形凸轮机构的压力角α与基圆半径 b、 从动件偏置方位和偏距e有关 有关。 从动件偏置方位和偏距 有关。 从动件滚子半径及平底宽度的确定 1. 滚子半径的确定 rr 内凹轮廓 理论轮廓曲线 外凸轮廓 ρ ρa 轮廓正常 ρ ρa=ρ +rr 轮廓正常 rr 实际轮廓曲线 ρ rr ρa=ρ ? rr ρ ρa ρ 轮廓变尖 轮廓失真 rr rr ρ = rr ρa=ρ ? rr = 0 ρ rr ρa=ρ ? rr 0 对于外凸轮廓,要凸轮正常工作, 结论 对于外凸轮廓,要凸轮正常工作,应使ρmin rr。 从动件滚子半径及平底宽度的确定 2. 平底宽度的确定 ⑴ 作图法确定 l=2lmax+(5?7)mm = ? ) ω 15 14ω 14 ω 13 13′ 12 ′ 11 10 12′ ′ 11′ ′ 10′ ′ ?ω 1′ 2′ ′ ′ 3′ ′ 1 2 4′ ′ 3 4 5′ ′ 5 6′ ′ 6 7 7′ ′ 8 9 8′ ′ rb lmax 9′ ′ 从动件滚子半径及平底宽度的确定 ⑵ 计算法确定 v =OP·ω CB =OP = v/ω / =(ds/dt)/d?/dt) / ) ) =ds/d? / lmax=ds/d? max / l=2 ds/d? max +(5?7) mm = / ? ) ds/d? max根据推程和回程 / 分别计算,取其最大值。 分别计算,取其最大值。 y ? B0 ?ω C ω v B rb O P v s0 x ds/d? / s 从动件滚子半径及平底宽度的确定 3. 平底从动件凸轮机构的失真现象 增大基圆半径r 解决措施 增大基圆半径 b rb O rb 从动件滚子半径及平底宽度的确定 5. 凸轮基圆半径的确定 基圆半径的条件 凸轮的基圆半径rb应大于凸轮轴的半径rS rb应大于凸轮轴的半径 ⑴ 凸轮的基圆半径rb应大于凸轮轴的半径rS ; 最大压力角αmax≤许用压力角[ ⑵ 最大压力角αmax≤许用压力角[α] ; ⑶ 凸轮轮廓曲线的最小曲率半径ρminrr。 凸轮轮廓曲线的最小曲率半径ρminrr。 当要求机构具有紧凑的尺寸时,应当按许用压力角[ 来确定凸轮 当要求机构具有紧凑的尺寸时 , 应当按许用压力角 α]来确定凸轮 的基圆半径r 的基圆半径 b。 步骤 ● 确定凸动轴心的 确定从动件的正确偏置方位以及偏距 从动件的正确偏置方位以及偏距e ● 确定从动件的正确偏置方位以及偏距 ● 将[α]代入前式 代入前式 ? d s d? ? e ? rb ≥ ? ? s ? + e2 ? tan[α ] ? ? ? 确定s= ( 求出ds/ 代入上式求出一系列 求出一系列r ● 确定 =s(?),求出 /d?,代入上式求出一系列 b值,选取其中的最 大值作为凸轮的基圆半径 2 从动件滚子半径及平底宽度的确定 确定凸轮基圆半径的通常做法 根据结构和强度的需要, 按经验公式r 根据结构和强度的需要 , 按经验公式 b≥(1.6?2)rS 初步 ? ) 选定凸轮基圆半径r 然后校核压力角, 选定凸轮基圆半径 b , 然后校核压力角 , 以满足 α max≤[α]的 的 条件。 条件。 注意 凸轮机构的效率不仅与压力角 有关,还与从动件支承的悬臂长b及 两支承的距离l 有关,在设计时要注 意选择。 压力角还与ds/d?有关,在工作升距 (Lift)h确定后, ds/d?则与推程角Φ 有关。若推程角没有因多个运动协调 关系而受到严格,也可以通过适 当增大Φ 来获得较好的动力特性。

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