凸轮机构之设计与应用 (NXPowerLite)

凸輪機構之設計與應用HSDIATM目錄1.凸輪機構的相關術語2.凸輪機構設與連桿機構的比較3.常見凸輪機構的類型4.凸輪運動規律與各曲線5.包絡線法與向量法繪製凸輪輪廓6.共軛凸輪機構7.倒置凸輪機構8.平行分度凸輪機構凸輪機構的相關術語FollowerPressureanglePitchcurveCamprofileBasecircle凸輪機構的相關術語•Follower從動件：為凸輪所驅動的被動件，一般為產生不等速、不連續、不規則運動的輸出件。•Camprofile凸輪輪廓：若凸輪固定而機架不固定，則從動件相對於凸輪運動一週，其與凸輪接觸點的動路為凸輪輪廓曲線camprofile，即凸輪的外型曲線。尖刀型從動件的凸輪輪廓曲線與節曲線重合，滾子型從動件的凸輪輪廓曲線與節曲線的距離為滾子半徑。•Pitchcurve節曲線：若凸輪固定而機架不固定，則從動件相對於凸輪運動一週之軌跡點的動路即為Pitchcurve。•Basecircle基圓：基圓是以凸輪軸為中心，相切於凸輪輪廓曲線的最小圓。•Pressureangle壓力角：節曲線上任一點之法線與從動件瞬時運動方向間的夾角，稱為壓力角Pressureangle，一般以Φ表示之。壓力角為權量凸輪機構傳動效率的一種簡單指標，其大小隨從動件的位置改變；壓力角越大表示從動件在運動時的傳動效率越差，因此凸輪機構的最大壓力角越小越好。一般直動式凸輪機構最大壓力角界限為30度，擺動式凸輪機構最大壓力角界限為45度。凸輪機構設計步驟確定運動要求決定機構類型選擇運動曲線設計凸輪輪廓曲線分析設計結果凸輪機構與連桿機構的比較凸輪機構連桿機構比較容易設計比較難設計難仿製易仿製能滿足甚多的運動要求只能滿足有限的運動要求體型小而精簡體型大而佔空間製造誤差對動態特性影響頗大製造誤差對動態特性影響較小製造成本高製造成本比較便宜動態平衡較容易動態平衡較難表現容易磨損接頭磨損造成的影響較小且噪音小常見凸輪機構的類型最常見的凸輪機構可分為直動式與擺動式，而直動式的類型又有徑向直動式、偏位直動式及平板式；擺動式可分為搖擺滾子擺動式及平板擺動式。徑向直動式凸輪機構偏位直動式凸輪機構平板直動式凸輪機構搖擺滾子擺動式凸輪機構平板擺動式凸輪機構凸輪運動規律雙暫停單暫停無暫停無暫停曲線No-DwellHarmonicNo-DwellModifiedTrapezoidNo-DwellModifiedConstantVelocity單暫停曲線One-dwellModifiedsinusoidalOne-DwellDoubleHarmonicOne-DwellModifiedTrapezoid雙暫停曲線Two-dwellModifiedsinusoidalTwo-DwellModifiedTrapezoidTwo-dwellModifiedconstantvelocity包絡線法包絡線法求解凸輪輪廓須經偏微分及解聯立方程式，且不同種類的凸輪輪廓均有不同求法，均需花費大量時間，若由電腦進行數值運算會產生累積誤差。向量表示法利用速度瞬心的觀念，由已選定的設計條件即可定出凸輪與從動件的瞬心位置，並可進一步定出凸輪與從動件的接觸點，再藉以導出凸輪節曲線的向量方程式、壓力角的方程式、凸輪輪廓曲線的向量方程式、以及加工凸輪之刀具的中心點相對於凸輪的運動路徑曲線方程式；且這些式子均可以參數方程式的形式簡明地表示。瞬心定理一個平面機構中的任意兩個機件在任一時刻皆有一共同點，且這個共同點在兩個機件上的線速度相同。順心位置可由此定義及三心定理決定。直動式共軛凸輪機構造成共軛的原因乃在於瞬心定理擺動式共軛凸輪機構倒置凸輪機構直動式擺動式倒置凸輪機構•倒置凸輪機構因為壓力角的問題所以只能適用於輕負荷的條件下。如早期的裁縫機、現在紡織工業所用的粗紗機及數控車床。•一般槽凸輪均會有接觸點不再同一側的問題，這使滾子在溝槽內的運動時而正轉、時而逆轉，使滾子與溝槽產生相互撞擊影響凸輪與滾子的壽命。為改善此一現象可修改成共軛式。倒置凸輪機構共軛直動式共軛擺動式倒置凸輪機構-擺臂變轉速擺動式直動式日內瓦倫機構傳統日內瓦倫機構共軛日內瓦倫機構日內瓦輪機構為一間歇運動機構，利用輪上的柱銷，在徑向槽內驅動日內瓦輪。其曲柄輪的輪廓圓，弧形凸面需與日內瓦輪上的凹面圓弧相配，能制止相互間滑動而確保準確運動。早期被用來當電影放映機使用，但由於在銷子進入溝槽時會使急跳度無窮大，因此改善為共軛型。平行分度凸輪機構平行分度凸輪與齒輪的最大不同再於齒輪是依傳力效應所設計其齒數與模數，而平行分度凸輪是依照壓力角選擇齒數、層數、滾子半徑、擺臂長度所設計。上圖為外接式平行分度凸輪。平行分度凸輪機構此為內接式平行分度凸輪，可用於汽車的減速器。平行分度凸輪機構直進式平行分度凸輪平行分度凸輪機構直進式平行分度凸輪不能取代腳踏車鏈輪的原因是因為鏈條之線速度非一定值，故直進式無法作為鏈輪使用。且鏈輪使用的原因為鏈條的節距為弦線的長度，而直進式其滾子之節距為節圓的弧長。若使用直進式參數，會產生鏈條無法嚙合。