机械设计基础重点

5.1概述适用：传递动力不大的场合。凸轮机构组成凸轮从动件机架高副配气机构5.1.1凸轮机构的应用(1)盘形回转凸轮靠模车削机构（2）平板移动凸轮(3)圆柱回转凸轮(4)蜗杆凸轮5.1.2凸轮机构的分类（1）盘形凸轮1.按凸轮的形状分（2）移动凸轮（3）圆柱凸轮（4）曲面凸轮（1）盘形凸轮（2）移动凸轮（3）圆柱凸轮（4）曲面凸轮2.按锁合（从动件与凸轮保持接触）分类：（1）力锁合凸轮机构如：重力、弹簧力锁合等。（2）几何（形）锁合凸轮机构如：沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。等径凸轮----任何方向上直径长度不变的凸轮。等宽凸轮----任何方向上有一定宽度的凸轮。共轭凸轮----用两个固结在一起的凸轮控制一个从动件，其中一个驱使从动件朝某一方向运动，而另一个驱使从动件朝反方向运动。3.按从动件形状分类：(1)尖顶从动件优点：接触性好，实现任意预期的运动规律。缺点：点或线接触，易磨损。适用：受力较小、低速。优点：滚动摩擦，磨损小，承受较大的载荷。缺点：凸轮上凹陷的轮廓未必能很好地与滚子接触，影响预期运动规律。(2)滚子从动件应用：广泛。优点：易形成油膜，利于润滑。驱动力⊥平底，传动效率高。缺点：凸轮上凹陷的轮廓未必能很好地与平底接触，影响预期运动规律。(3)平底从动件适用：高速。4.按从动件的运动形式分类：(1)直动从动件对心偏置(2)摆动从动件对心偏置不同型式的从动件不同型式的凸轮组合各种不同类型的凸轮机构对心直动滚子从动件盘形凸轮偏置摆动平底从动件盘形凸轮5.1.3凸轮和滚子的材料凸轮机构的主要失效形式：磨损和疲劳点蚀。凸轮和滚子的工作表面要求：硬度高耐磨有足够接触强度经常受冲击的：凸轮芯部有较强的韧性。凸轮材料：40Cr钢（表面淬火，HRC40～45)20Cr、20CrMnTi（表面淬火,HRC56～62)滚子材料：①20Cr钢（渗碳淬火，HRC56～62)②用滚子轴承作为滚子。5.2常用从动件运动规律5.2.1平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数基圆——以凸轮轮廓曲线的最小向径r0为半径所作的圆。r0------基圆半径。0rs''s0rs''s凸轮回转一周，从动件：升→停→降→停。推程——从动件尖顶从最近位置A到达最远位置B的过程。推程运动角φ----'BOB行程（升程）——h远程休止角φs----BOC()b回程——从动件尖顶从达最远位置C到最近位置D的过程。回程运动角-----对应回程凸轮转角。0rs''s'近程休止角-----从动件在最近位置停留不动所对应相应的凸轮转角。's()b5.2.2常用的从动件运动规律1.从动件运动规律等速运动规律等加速---等减速运动规律简谐运动规律（余弦加速度运动规律）正弦加速度运动规律——摆线运动规律2.运动线图a).等速运动规律运动特性：当采用匀速运动规律时，推杆在运动的起始点和终止点因速度有突变，在理论上加速度值为瞬时无穷大，使推杆产生非常大的惯性力，致使凸轮受到很大的冲击，称为刚性冲击。适用场合：低速、轻载。sttta0b).等加速—等减速运动规律适用场合：中速、轻载。运动特性：当采用等加速等减速运动规律时，在起点、中点和终点时，加速度有突变，因而推杆的惯性力也将有突变，不过这一突变为有限值，所以，凸轮机构中由此而引起的冲击称为柔性冲击。ttt0aABC/2/2ABCSatttc).简谐运动规律（余弦加速度运动规律）简谐运动：当一点在圆周上等速运动时，它在直径上的投影的运动.运动特性：这种运动规律的加速度在起点和终点时有有限数值的突变，故也有柔性冲击。适用场合：中速、中载。d).正弦加速度运动规律——摆线运动规律适用场合：高速、轻载。无冲击小结：等速运动规律：有刚性冲击低速、轻载等加速等减速运动：柔性冲击中速、轻载余弦加速度运动规律：柔性冲击中速、中载正弦加速度运动规律：无冲击高速、轻载运动规律运动特性适用场合5.2.3从动件运动规律的选择1.选择推杆运动规律的基本要求◆满足机器的工作要求；◆使凸轮机构具有良好的动力特性；◆使所设计的凸轮便于加工。(1)对无一定运动要求,只需对从动件工作行程有要求。2.根据工作条件确定从动件运动规律推杆运动规律选取：从便于加工和动力特性来考虑。低速轻载凸轮机构：采用圆弧、直线等易于加工的曲线作为凸轮轮廓曲线。高速凸轮机构：首先考虑动力特性，以避免产生过大的冲击。大质量从动件：不宜选用νmax太大的运动规律。高速度从动件：不宜选用amax太大的运动规律。(2)机器工作过程对从动件的的运动规律有特殊要求凸轮转速不高：按工作要求选择运动规律。凸轮转速较高：选定主运动规律后，进行组合改进。设计5.3盘形凸轮轮廓设计与加工方法从动件运动规律凸轮的基圆半径凸轮轮廓设计方法图解法解析法5.3.1反转法原理凸轮：相对静止不动。推杆：一方面随导轨以-ω绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期的往复移动。假想在整个机构上加一等角速度-ω推杆尖顶在这种复合运动中的运动轨迹---凸轮轮廓曲线。5.3.2作图法设计盘形凸轮轮廓曲线1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构已知：基圆半径为r0,ω逆时针，推杆的运动规律如图所示。设计：对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。2.对心直动滚子从动件盘形凸轮机构已知:基圆半径为r0,滚子半径rT,ω逆时针。推杆的运动规律如图所示。设计：对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。3.对心直动平底从动件盘形凸轮机构已知:基圆半径为r0,ω逆时针。推杆的运动规律如图所示。设计：对心直动平底从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。4.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构已知:偏距e，基圆半径为r0,ω逆时针，推杆的运动规律。设计：偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构。5.偏置摆动尖顶从动件盘形凸轮机构已知:基圆半径为r0,凸轮转动方向。凸轮转动中心与从动件摆动中心的距离，摆动从动件的长度。从动件的运动规律。设计:偏置摆动尖顶从动件盘形凸轮机构（从动件的位移是角位移）5.3.3解析法设计凸轮轮廓曲线已知:滚子半径为rT，基圆半径为r0,偏距e,ω1顺时针。推杆的运动规律s=s(φ）。凸轮回转中心就是极坐标的极点。设计：凸轮轮廓曲线。从动件滚子中心点B的极坐标：220()SSe0式中：2200Sre00taneS0taneSS实际轮廓线上对应点T的极坐标：222cosTTTrrT式中：/tan/ddddsintancosTTrr5.3.4凸轮轮廓的加工方法1.铣、锉削加工适用：低速、轻载凸轮轮坯铣床加工或手工锉削反转法作图绘制出轮廓淬火（必要时）2.数控加工---采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工。适用：高速、重载解析法求出凸轮轮廓曲线的极坐标值（ρ、θ）应用专用编程软件切割5.4凸轮机构基本尺寸的确定5.4.1凸轮机构的压力角1.压力角α----从动件在接触点所受力的方向与该点的速度方向之间所夹的锐角。2.推力F1F2F--------有效分力----------有害分力3.压力角α对运动的影响121FF（）凸轮运转轻快12FF（2）导路中的摩擦力凸轮运转沉重21FF引起的摩擦阻力有效分力机构发生自锁1F2F4.许用压力角[α]max推程：直动从动件凸轮机构[α]=300摆动从动件凸轮机构[α]=400～500回程：一般不会发生自锁[α]=700～8005.传动效率与压力角的关系α↓传动效率↑凸轮尺寸↑要权衡两者关系。5.4.2基圆半径的确定r0↓，凸轮机构紧凑，α↑，会造成αmax[α]，所以r0不能过小。r0↑，α↓，凸轮机构传力性能越好，但机构不紧凑。∴可通过增大基圆半径r0来获得较小的压力角α。根据结构条件→基圆半径r00rr轴凸轮轴：略01.62rr轴单独凸轮：（）5.4.3滚子半径的确定设：滚子半径为rT，理论廓线的曲率半径为ρ，实际廓线的曲率半径为ρ’。1.当理论轮廓线内凹时：'TrTr无论取多大，都可以作出实际轮廓线。2.当理论轮廓线外凸时：'Tr为了避免失真并减少磨损，滚子半径rT应满足：min0.8Trmin'(35)mm若满足不了上述要求，可增大基圆半径r0或修改从动件的运动规律。ρmin--理论廓线的最小曲率半径----实际廓线的最小曲率半径'min理论轮廓曲线最小曲率半径的近似求法：在理论轮廓曲线上选择曲率最大的一点B，以B为圆心作任意半径的小圆，再以该圆与理论廓线的两个交点B1和B2为圆心，以相同的半径作两个小圆，连接三个小圆的交点得交点O，BO即为最小曲率半径。5.5凸轮机构的结构和精度5.5.1凸轮机构的结构1.凸轮的结构（1）尺寸较小：凸轮与轴制成一体；（2）尺寸较大：凸轮与轴分开制造。在凸轮上刻出起始位置，作为加工和装配的依据。凸轮轴整体式组合式凸轮在轴上的固定形式：2.从动件的端部结构5.5.2凸轮精度凸轮精度极限偏差表面粗糙度Ra/μm向径/mm槽式凸轮槽宽基准孔盘形凸轮槽式凸轮高精度±(0.05~0.1)H8(H7)H70.32＜Ra≤0.630.63＜Ra≤1.25一般精度±(0.1~0.2)H8H7(H8)0.63＜Ra≤1.251.25＜Ra≤2.5低精度±(0.2~0.5)H9（H10）H80.63＜Ra≤1.251.25＜Ra≤2.5