88凸轮机构

§第一节凸轮机构的基本类型§第二节从动件的常用规律§第三节图解法设计盘形凸轮轮廓曲线第六章凸轮机构主要内容：常用平面机构的工作原理，从动件常用规律以及“反转法”设计盘形凸轮轮廓的基本作图方法。一、凸轮机构的组成§第一节凸轮机构的基本类型凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件所组成的一种高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，当它运动时，通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触，使从动件获得预期的运动。当机器的执行构件需要按一定的位移、速度、加速度规律运动时，尤其是执行件需要做间歇运动时，最简单的解决方法就是采用凸轮机构。自动化应用—视频1仿形车削凸轮机构-视频2凸轮机构组成：凸轮、从动件、机架。凸轮机构的优点:只需设计适当的凸轮轮廓，便可以使从动件得到所需要的运动规律。结构简单、紧凑，设计方便凸轮机构的缺点:高副机构，接触面应力大，易于磨损，常用于传力不大的控制机构中。§第一节凸轮机构的基本类型内燃机配气机构§第一节凸轮机构的基本类型一、凸轮机构的组成靠模车削机构§第一节凸轮机构的基本类型一、凸轮机构的组成绕线机构312A线§第一节凸轮机构的基本类型一、凸轮机构的组成3皮带轮5卷带轮录音机卷带机构1放音键摩擦轮413245放音键卷带轮皮带轮摩擦轮录音机卷带机构§第一节凸轮机构的基本类型一、凸轮机构的组成132送料机构空间凸轮送料机构-视频3§第一节凸轮机构的基本类型一、凸轮机构的组成二、凸轮机构的分类按凸轮的形状：盘形凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构按从动件的形状分：尖顶从动件滚子从动件平底从动件§第一节凸轮机构的基本类型盘形凸轮凸轮是绕固定轴转动，而且有变化向径的盘形构件，是基本形式，应用广泛。§第一节凸轮机构的基本类型二、凸轮机构的分类1.按凸轮的形状对心尖顶直动从动杆盘型凸轮-视频4偏置尖顶直动从动杆盘型凸轮-视频5移动凸轮当盘形构件的回转中心趋于无穷大时，绕轴转动的盘形凸轮就变成相对于机架作往复直线移动的凸轮。二、凸轮机构的分类1.按凸轮的形状§第一节凸轮机构的基本类型圆柱凸轮凸轮的轮廓曲线位于圆柱面上，它可以看作是把移动凸轮卷成圆柱体而得。§第一节凸轮机构的基本类型二、凸轮机构的分类1.按凸轮的形状（1）尖底从动件尖底可与任意凸轮轮廓保持接触，能实现任意预期的运动规律。由于点接触，滑动摩擦，磨损快，用于低速、轻载的凸轮机构。§第一节凸轮机构的基本类型二、凸轮机构的分类2.按从动件的形状分对心尖顶直动从动杆盘型凸轮-视频4偏置尖顶直动从动杆盘型凸轮-视频5（2）滚子从动件从动件底部装有可自由转动的滚子。滚子与凸轮之间为滚动摩擦，耐磨损，承载较大。•这是最常用的从动件形式滚子摆动从动件-视频6滚子直动从动件-视频7§第一节凸轮机构的基本类型二、凸轮机构的分类2.按从动件的形状分（3）从动件与凸轮之间为线接触，接触处易形成油膜，利于润滑，从动效率高，常用于高速重载的场合。平底直动从动件-视频8§第一节凸轮机构的基本类型二、凸轮机构的分类2.按从动件的形状分平底摆动从动件-视频9练习判断左图凸轮类型：盘形凸轮、移动凸轮还是圆柱凸轮练习判断右图凸轮机构类型：尖顶从动件、滚子从动件还是平底从动件§第一节凸轮机构的基本类型二、凸轮机构的分类2.按从动件的形状分§第一节凸轮机构的基本类型二、凸轮机构的分类直动从动件：从动件作直线往复移动摆动从动件：从动件作定轴摆动对心直动从动件：尖底或滚子中心的轨迹通过凸轮的轴心偏置直动从动件：尖底或滚子中心的轨迹不通过凸轮的轴心直动从动件摆动从动件对心直动从动件偏置直动从动件§第一节凸轮机构的基本类型二、凸轮机构的分类3.按凸轮与从动件保持接触的方式分（1）力封闭：利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮保持接触，如图6-1所示。（2）形封闭：依靠凸轮与从动件的特殊结构来保持从动件与凸轮接触，如图6-2所示。§第一节凸轮机构的基本类型二、凸轮机构的分类3.按凸轮与从动件保持接触的方式分（2）形封闭：依靠凸轮与从动件的特殊结构来保持从动件与凸轮接触，下图是常用的形封闭凸轮机构。沟槽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮机构共轭凸轮机构§第二节从动件的常用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；2)从动件运动规律；3)合理确定结构尺寸；4)设计轮廓曲线。otsrminhB’ωA010100’0’00202DBCφφsφ′②推程h：从动件由最低位置升到最高位置的过程——推程运动角φo术语：以对心直动尖底从动件盘形凸轮机构为例说明⑥升程h：从动件移动的最大距离③远程休止角φs：从动件在最高位置停止不动①基圆：凸轮的最小向径rb，以此为半径所作的圆——基圆半径④回程运动角φo′：从动件由最高位置回到最低位置的过程⑤近程休止角φs′：从动件在最低位置停止不动φs′第二节从动件的常用运动规律S-φ曲线：以凸轮的转角φ为横坐标，以从动件s为纵坐标所作的曲线。运动规律：凸轮等速度ω逆时针回转，从动件重复升-停-降-停的运动循环。第二节从动件的常用运动规律位移速度加速度fsfvfa线图，从动件运动规律通常表示成的函数：从动件的运动规律：其位移s、速度v、加速度a与凸轮转角变化的规律。第二节从动件的常用运动规律一、等速运动规律1CvtCCvdts100dtdva00ahvvhs刚性冲击：从动件在推程开始和终止瞬时，由于加速度发生无穷大突度而引起的冲击称为刚性冲击。适用于低速、轻载的凸轮机构。第二节从动件的常用运动规律a2=a0v2=a0ts2=a0t2/2没有刚性冲击，但在A、B、C三处加速度有有限值的突变→有限值的惯性力→柔性冲击因此，也只能用于中速、轻载场合②推程运动方程：①特点：等加速运动与等减速运动③运动线图：④冲击特性：二、等加速等减速运动规律第二节从动件的常用运动规律②推程运动方程：①特点：加速度按余弦规律变化③运动线图：④冲击特性：2sin21hs2cos1hv2sin222ha三、余弦加速度运动规律在运动始末两点加速度有突变，会引起柔性冲击，可用于中速中载场合。若作无静止期的往复运动，则无柔性冲击，用于高速凸轮机构。第二节从动件的常用运动规律正弦改进等速+∞-∞vsaφφφhoooФ改进型运动规律将几种运动规律组合，以改善运动特性。第二节从动件的常用运动规律运动规律的特性比较运动规律vmax/ms-1h/×amax/ms-1h/2×冲击推荐应用范围等速1.00∞刚性低速轻载等加速等减速2.004.00柔性中速轻载余弦加速度1.574.93柔性中速中载正弦加速度2.006.28——高速轻载五次多项式1.885.77——高速中载变形梯形加速度2.004.89——高速轻载从动件的运动规律应根据机器工作时的运动要求来确定。实际应用时，采用几种运动规律的配合，注意减轻机构中的冲击。第二节从动件的常用运动规律一、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。给整个凸轮机构施以-ω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。O-ωω3’1’2’331122第三节图解法设计盘形凸轮的轮廓曲线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第三节图解法设计盘形凸轮的轮廓曲线-ωω已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rb。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1.对心尖底直动从动件盘形凸轮机构1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’10’二、直动从动件盘形凸轮轮廓的设计2.对心滚子直动从动件盘形凸轮911131513578-ω设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rb。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’理论轮廓η实际轮廓η’⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线。已知凸轮的基圆半径rb、滚子半径rT、角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。ω3.对心平底直动从动件盘形凸轮911131513578已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺μl作基圆r0。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。④作平底直线族的内包络线。8’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’-ωω1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’123456781514131211109911131513578OeA已知凸轮的基圆半径rb，角速度ω和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。4.偏置移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’-ωω15’14’13’12’11’10’9’1514131211109k9k10k11k12k13k14k15k1k2k3k5k4k6k7k8设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rb;②反向等分各运动角;③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置;④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。第四节凸轮机构设计的几个问题上述设计廓线时的凸轮结构参数rb、e、rT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。一、滚子半径的选择滚子半径rT过大，导致实际轮廓线变尖或交叉，如b、c所示。TbTTTTTTrrmmrmmrrrrr或措施失真，改进从动件运动，加工时被切除，导致，实际轮廓线交叉，，当题；光滑连续的曲线，没问，实际轮廓线为，当滚子半径；理论轮廓曲率半径；实际轮廓曲率半径；,3300,minmin'min''''第四节凸轮机构设计的几个问题二、压力角的校核压力角α：不计摩擦时，从动件的法向力F与从动件上该力作用点的速度v之间夹的锐角，也是凸轮机构的压力角。bbrrFFF较小的的原则下，尽可能采用不超过设计时要求增大。，但机构的总体尺寸将若传力性能越好，，对，就发生自锁。摩擦力，，从动件将发生自锁；，当，从动件受力最好；，当自锁原因：][][900F90F0sinFcosFmax''''[α]=30˚--直动从动件推程；[α]=35°～45°--摆动从动件推程；[α]=70°～80°--回程发生自锁的可能性很小，从动件不由凸轮推动。第四节凸轮机构设计的几个问题三、基圆半径的选择诺模图：对于常用的运动规律，工程上已经求出了最大压力角与基圆半径的对应关系，即诺模图。压力角习题1．如图所示为滚子摆动从动件盘形凸轮机构，C点为起始上升点，求：(1)标出从点C接触到D点接触时的凸轮转角，从动件的位移(角位移)(2)标出D点接触时的压力角。2．已知图所示偏置尖顶直动推杆盘状凸轮机构的凸轮廓线为一个圆，圆心为为O’，凸轮的转动中心为O。(12分)(1)画出偏距圆和基圆；(2)图示位置凸轮机构的压力角α；(3)图示位置推杆相对其最低位置的位移S；(4)推杆从最低位置到达图示位置凸轮的转角φ(5)椎杆的行程h。压力角习题3．如图所示，凸轮的实际廓线实际是个圆，圆心为O’，凸轮的转动中心为O。要求：(1)画出偏距圆和基圆；(2)标出滚子从C点接触到D点接触凸轮的转角φ；(3)标出在D点接触时凸轮机构的压力角；(4)标出在D点接触时相对与在C点接触时，从动件的位移变化量S。压力角习题