机械设计基础3凸轮机构-1

第三章凸轮机构组成：凸轮、从动件、机架三部分组成。凸轮机构在现代自动机、半自动机、机械手等中广泛应用.§3-1.凸轮机构的应用和分类如绕线机中的凸轮机构：1-快速转动，经由齿轮2、3带动凸轮4带动5往复摆动。类型：1．按凸轮的形状分1).盘形凸轮：凸轮是一个绕固定轴转动，且有变化半径的盘形零件——是凸轮的最基本形式。2).移动凸轮：当盘形凸轮的回转中心趋于无穷，这时的特殊形式，凸轮作直线移动。3).圆柱凸轮:将移动凸轮卷成圆柱体,既成为圆柱凸轮.自动机床自动装卸机构2．按从动件型式分1).尖顶从动件：能实现任意预期的移动规律，单但尖顶与凸轮是点接触，磨损快，用于受力不大的低速凸轮。2).滚子从动件：从动件上装有滚子，将滑磨滚磨，减少磨损提高承载能力——应用最广泛。3).平底从动件：作用力与平底相垂直，传动效率高，利用润滑，能减少磨损——用于高速凸轮。§3-2从动件的常用运动规律从动件的不同运动规律不同的凸轮轮廓。基圆：凸轮轮廓最小向径为半径所画的圆推程(从动件)：从动件被凸轮推动而远离凸轮回转中心时的行程(A-B’)。升程：从动件在推程中所走过的距离h。推程运动角：推程对应的凸轮转角t。远休止角：从动件在最远位置停留不动对应凸轮的转角s。回程(从动件)：从动件趋近凸轮回转中心时的行程（C-D）。回程运动角：回程对应的凸轮转角h。工作行程：从动件实现机械工作要求的行程。空行程：从动件不工作时的行程。空行程广泛采用等加速运动规律或等减速运动规律，工作行程常为等速运动。近休止角：从动件在最近位置停留不动对应凸轮的转角s’。从动件位移线图：从动件位移S2与凸轮的转角之间的关系线图。一．等速运动规律凸轮以角速度ω1等速转动，从动件等速上升或下降。从动件位移S2，速度υ2，加速度a2，随时间t(或凸轮转角1）的变化曲线。(1).分析：从动件的速度：从动件位移：Thvv02H---升程T---推程的运动时间TthtvS02S-t为一斜直线。从动件的加速：022dtdva021212ahvhSht∵凸轮以角速度ω1等速转动，∴1=ω1tt=ω1T则从动件的运动方程（以1表示）S-t为一斜直线,S=v0tv-t为一水平线v=v0=常数a-t由于v=const所以a=0在起始位置A，终止位置B处,因为v的大小方向发生突变.a无穷大，产生极大惯性力，引起刚性冲击，这是其运动规律的缺点。(2).应用：低速、从动件质量不大的场合，一般不宜单独使用。111二．等加速、等减速运动规律从动件作等加速、等减速运动，通常前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动。(1).分析前半程的运动时间为T/2，凸轮转角t/2,由位移方程S2=1/2a0t2得：20)2(212Tah∴21202)(44thThaa111将上式积分两次，利用起始条件：1=0时，v2=0,S2=0则从动件等加速运动时的运动方程：221212122122442ttthahvhS111(2).等加速、等减速运动的特点：在A.B.C各点处，加速度有限值变化，引起柔性冲击。适用于中速凸轮机构。a-ta=a0=constV-t为两条斜直线S-t为两段抛物线111等加速段抛物线作图：1(1)．分析质点在圆周上作等速运动时,它在该圆直径上的投影所构成的运动。从动件位移线图方程：)cos1(22hS当=时，1=t∴1t二．简谐运动(余弦加速度运动)规律从动件作与余弦加速度运动。111(2).特点：在开始和终止的瞬时，加速度有限值变化，引起柔性冲击。适用于中速凸轮机构。)cos(2)sin(2)]cos(1[212212211212ttttthahvhS则可导出从动件作简谐运动的运动方程(推程）111§3–3凸轮机构的压力角一.压力角与作用力的关系压力角：凸轮对从动件的法向推力F（不计摩擦）与从动件运动方向之间的夹角。压力角越大，有害分力越大，机构效率越底。力F可分解有用分力F’和有害分力F’’tgFF通常对于直顶从动件凸轮机构，许用压力角[]=30°对于摆动从动件凸轮机构，许用压力角[]=45°自锁：当压力角增大到一定程度，导致F’’在导路中所引起的摩擦阻力大于有用分力时，从动件不能运动。二.压力角与凸轮尺寸的关系如图，分析其瞬心，P为凸轮和从动件的相对速度瞬心，则：S2—对应凸轮转角的位移1121212/ddSdtdSvlop说明：其它条件不变的条件下，基圆越小，压力角越大。由三角形⊿BCP得：22min212erseddstg§3-4．图解法设计凸轮轮廓直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制运动规律根据工作要求选定后，画出凸轮轮廓曲线。作图法：一般要求不高的低速机械利用“反转法”绘制。解析法：精密、高速机械（逐点计算）。（本课程不作介绍）“反转法”设计凸轮轮廓的原理：假设凸轮静止不动，从动件一方面随导路以-ω1转动，同时从动件又沿导路作往复运动。可画出从动件的各对应位置，顶点的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。直动从动件盘形凸轮的绘制已知：运动规律S-1曲线，基圆半径rmin，凸轮ω1方向。绘制该凸轮轮廓的作图步骤如下：1).将S-1线图的推程和回程所对应的横坐标轴各分成若干等分（图中为4分）得1、2、3……诸点.2).取B0为从动件尖顶得最低位置，并过B0作尖顶运动导路X-X，根据基圆半径确定回转中心O点。3).以O点为圆心作基圆，然后按-方向将基圆与S-1对应等分，作出凸轮的等分线。4).采用反转法，量取各个位移量，并取C1B1=(1-1’)，C2B2=(2=2’),C3B3=(3-3’)…，得到反转后尖顶的一系列位置.5).将B1.B2.B3,…连成光滑曲线，即为所确定的凸轮轮廓.上面方法所确定的曲线为凸轮的理论轮廓。如果从理论轮廓各点为中心，以滚子半径为半径画一系列圆弧作这些圆弧的包络线，即为滚子从动件凸轮的实际轮廓。设计凸轮机构应注意的问题1。合理选择滚子半径RTRT的大小应适当，RT大：接触应力小。但不宜过大。实际轮廓的曲率半径等于理论轮廓的曲率半径与滚子半径RT之差。实际=-RT在最小曲率半径处，实际轮廓的曲率半径:实际min=min-RTa)图、RTmin,实际0实际轮廓为一平滑曲线（适宜）b)图、RT=min,实际=0实际轮廓出现尖点，极易磨损。而改变原定运动速度规律。c)图、RTmin,实际轮廓发生相交，部分轮廓加工时被切去，无法按原定运动规律工作。2.压力角凸轮对从动件的法向推力（不计摩擦）与从动件运动方向之间的夹角。压力角愈大，受力情况愈差，传动愈低。过大时会发生自锁现象.3.注意基圆半径对凸轮的影响基圆减小、凸轮机构愈紧凑，推程轮廓愈陡峭，会使压力角增大，过分会导致严重磨损或自锁。基圆增大，推程轮廓线愈平缓，但凸轮机构尺寸响应增大。所以基圆半径不宜过小，也不宜过大，在保证最大压力角不超过许用值的条件下，基圆半径推荐值为：r0=(0.8~1)d+RTd--凸轮轴的直径