第七章常用機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)副 機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)和螺旋機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展與組合 第三節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)和螺旋機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)的概述 內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)的概述 自動(dòng)車(chē)床走刀機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)的概述 沖床凸輪機(jī)構(gòu) 繞線機(jī)凸輪機(jī)構(gòu) 自動(dòng)車(chē)床凸輪機(jī)構(gòu) 圓柱凸輪輸送機(jī) 靠模車(chē)削機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)的概述 凸輪機(jī)構(gòu) 依靠凸輪輪廓直接與從動(dòng)件接觸 迫使從動(dòng)件作有規(guī)律的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng) 直動(dòng) 或擺動(dòng) 1 凸輪2 從動(dòng)件3 機(jī)架 凸輪機(jī)構(gòu)的概述 一 凸輪機(jī)構(gòu)的分類二 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用特點(diǎn) 凸輪機(jī)構(gòu)的分類與特點(diǎn) 一 凸輪機(jī)構(gòu)的分類 凸輪機(jī)構(gòu)的分類與特點(diǎn) 盤(pán)形凸輪 凸輪機(jī)構(gòu)的分類與特點(diǎn) 移動(dòng)凸輪 凸輪機(jī)構(gòu)的分類與特點(diǎn) 圓柱凸輪 凸輪機(jī)構(gòu)的分類與特點(diǎn) 二 按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素的形狀分 尖頂從動(dòng)件 滾子從動(dòng)件 凸輪機(jī)構(gòu)的分類與特點(diǎn) 平底從動(dòng)件 三 按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分 擺動(dòng)從動(dòng)件 移動(dòng)從動(dòng)件 凸輪機(jī)構(gòu)的分類與特點(diǎn) 四 按凸輪與從動(dòng)件維持高副接觸 封閉 的方式分 力封閉型凸輪機(jī)構(gòu) 彈簧力封閉 重力封閉 凸輪機(jī)構(gòu)的分類與特點(diǎn) 形封閉型凸輪機(jī)構(gòu) 凹槽凸輪機(jī)構(gòu) 等寬凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)的分類與特點(diǎn) 形封閉型凸輪機(jī)構(gòu) 等徑凸輪機(jī)構(gòu) 共軛凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)的分類與特點(diǎn) 二 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊 工作可靠 設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€ 可使從動(dòng)件獲得任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 凸輪機(jī)構(gòu)的分類與特點(diǎn) 缺點(diǎn) 凸輪與從動(dòng)件 桿或滾子 之間以點(diǎn)或線接觸 不便于潤(rùn)滑 易磨損 應(yīng)用 多用于傳力不大的場(chǎng)合 如自動(dòng)機(jī)械 儀表 控制機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中 1 根據(jù)工作要求 合理地選擇凸輪機(jī)構(gòu)的型式 2 根據(jù)機(jī)構(gòu)工作要求 載荷情況及凸輪轉(zhuǎn)速等 確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 3 根據(jù)凸輪在機(jī)器中安裝位置的限制 從動(dòng)件行程 許用壓力角及凸輪種類等 初步確定凸輪基圓半徑 4 根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 用圖解法或解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓線 5 校核壓力角及輪廓的最小曲率半徑 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容與步驟 一 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程二 從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程 凸輪機(jī)構(gòu)中最常用的運(yùn)動(dòng)形式為凸輪作等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 從動(dòng)件作往復(fù)移動(dòng)凸輪回轉(zhuǎn)時(shí) 從動(dòng)件作 升 停 降 停 的運(yùn)動(dòng)循環(huán) 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 基圓 基圓半徑rb 推程 推程角 升距h 遠(yuǎn)休 遠(yuǎn)休止角 s 回程 回程角 近休 近休止角 s 位移曲線 凸輪機(jī)構(gòu)基本名詞術(shù)語(yǔ) 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 二 從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 位移線圖 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 1 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 從動(dòng)件上升 或下降 的速度為一常數(shù) 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 位移線圖 加速度線圖 速度線圖 推程 速度曲線不連續(xù) 機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生剛性沖擊 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于低速輕載場(chǎng)合 2 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 從動(dòng)件在行程中先作等加速運(yùn)動(dòng) 后作等減速運(yùn)動(dòng) 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 推程 后半程 前半程 加速度曲線不連續(xù) 機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生柔性沖擊 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中速輕載場(chǎng)合 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移曲線畫(huà)法 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 推程 加速度曲線不連續(xù) 存在柔性沖擊 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中速中載場(chǎng)合 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 速度曲線和加速度曲線連續(xù) 無(wú)剛性沖擊和柔性沖擊 正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于高速輕載場(chǎng)合 推程 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 3 4 5次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律 推程 s v a 速度曲線和加速度曲線連續(xù) 無(wú)剛性沖擊和柔性沖擊 3 4 5次運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于高速中載場(chǎng)合 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律為了克服單一運(yùn)動(dòng)規(guī)律的某些缺陷 獲得更好的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性 可以把幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律拼接起來(lái) 構(gòu)成組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律 組合原則位移曲線 速度曲線必須連續(xù) 高速凸輪機(jī)構(gòu)加速度曲線也必須連續(xù) 各段運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移 速度和加速度曲線在連接點(diǎn)處其值應(yīng)分別相等 正弦加速度曲線與直線組合 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 本章小結(jié) 1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及其應(yīng)用特點(diǎn) 2 凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的工作特點(diǎn) 凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程及從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 1 滿足機(jī)器的工作要求 3 使凸輪輪廓易于加工 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇與應(yīng)用 1 滿足機(jī)器的工作要求 2 使凸輪機(jī)構(gòu)具有良好的動(dòng)力性能 從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律比較 如圖 若給整個(gè)機(jī)構(gòu)加一個(gè)與凸輪角速度 大小相等方向相反的公共角速度 于是 凸輪靜止不動(dòng) 而從動(dòng)件和導(dǎo)路一方面以角速度繞D點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng) 另一方面從動(dòng)件又以一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)導(dǎo)路往復(fù)運(yùn)動(dòng) 由于從動(dòng)件尖底始終與凸輪輪廓接觸 所以從動(dòng)件尖底的運(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪的輪廓曲線 根據(jù)這一原理便可作出各種類型凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪輪廓曲線 反轉(zhuǎn)法 用圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線 1 對(duì)心尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 選比例尺 l 作位移曲線和基圓rb 等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動(dòng)角 確定反轉(zhuǎn)后對(duì)應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動(dòng)件的位移通道 確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖頂在各等分通道上的位置 設(shè)計(jì)步驟 將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線 已知凸輪的基圓半徑rb 凸輪角速度 和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線 凸輪輪廓設(shè)計(jì) 作業(yè) 設(shè)計(jì)一對(duì)心尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線已知凸輪的基圓半徑rb 2h 20mm 凸輪角速度 順時(shí)針 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律自擬 凸輪輪廓設(shè)計(jì) 2 偏置尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 已知凸輪的基圓半徑rb 角速度 和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及偏心距e 設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線 選比例尺 l 作位移曲線 基圓rb和偏距圓e 等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動(dòng)角 確定反轉(zhuǎn)后對(duì)應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動(dòng)件的位移通道 確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖頂在各等分通道上的位置 將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線 設(shè)計(jì)步驟 凸輪輪廓設(shè)計(jì) 3 對(duì)心滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 已知凸輪的基圓半徑rb 滾子半徑rr 凸輪角速度 和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線 選比例尺 l 作位移曲線和基圓rb 等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動(dòng)角 確定反轉(zhuǎn)后對(duì)應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動(dòng)件的位移通道 理論輪廓曲線 實(shí)際輪廓曲線 確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件滾子中心在各等分位移通道上的位置 將各點(diǎn)連接成一條光滑曲線 作滾子圓族及滾子圓族的內(nèi) 外 包絡(luò)線 設(shè)計(jì)步驟 凸輪輪廓設(shè)計(jì) 4 對(duì)心平底移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 已知凸輪的基圓半徑rb 角速度 和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線 選比例尺 l 作位移曲線和基圓rb 設(shè)計(jì)步驟 等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動(dòng)角 確定反轉(zhuǎn)后對(duì)應(yīng)于各等分點(diǎn)的從動(dòng)件的位置 確定反轉(zhuǎn)后平底與導(dǎo)路中心線的交點(diǎn)A在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置 作平底直線族及平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線 凸輪輪廓設(shè)計(jì) 5 尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪廓線的設(shè)計(jì) 已知凸輪的基圓半徑rb 角速度 擺桿長(zhǎng)度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離L 擺桿角位移曲線 設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線 選比例尺 作位移曲線 作基圓rb和轉(zhuǎn)軸圓OA 等分位移曲線及反向等分各運(yùn)動(dòng)角 確定反轉(zhuǎn)后對(duì)應(yīng)于各等分點(diǎn)的轉(zhuǎn)軸A的位置 確定反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖頂在各等分點(diǎn)占據(jù)的位置 設(shè)計(jì)步驟 將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線 滾子直動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪輪廓設(shè)計(jì) 1 壓力角凸輪機(jī)構(gòu)中 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向與從動(dòng)件所受凸輪作用力 不計(jì)摩擦 方向之間所夾的銳角稱為壓力角 2 壓力角的許用值 一 壓力角的確定及校核 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 ds d P為相對(duì)瞬心 由 BCP得 對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)e 0 結(jié)論移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 與基圓半徑rb 從動(dòng)件偏置方位和偏距e有關(guān) 3 壓力角的計(jì)算及校核 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 1 滾子半徑的確定 rr a rr 0 結(jié)論對(duì)于外凸輪廓 要保證凸輪正常工作 應(yīng)使 min rr 輪廓失真 a rr rr a rr 0 輪廓正常 輪廓變尖 rr a rr 輪廓正常 外凸輪廓 理論輪廓曲線 實(shí)際輪廓曲線 從動(dòng)件滾子半徑及平底寬度的確定 2 平底寬度的確定 作圖法確定 l 2lmax 5 7 mm 從動(dòng)件滾子半徑及平底寬度的確定 計(jì)算法確定 CB OP v ds dt d dt ds d v OP lmax ds d max l 2 ds d max 5 7 mm ds d max根據(jù)推程和回程分別計(jì)算 取其最大值 從動(dòng)件滾子半徑及平底寬度的確定 3 平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的失真現(xiàn)象 解決措施增大基圓半徑rb 從動(dòng)件滾子半徑及平底寬度的確定 5 凸輪基圓半徑的確定 當(dāng)要求機(jī)構(gòu)具有緊湊的尺寸時(shí) 應(yīng)當(dāng)按許用壓力角 來(lái)確定凸輪的基圓半徑rb 步驟 確定凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的位置 確定從動(dòng)件的正確偏置方位以及偏距e 將 代入前式 確定s s 求出ds d 代入上式求出一系列rb值 選取其中的最大值作為凸輪的基圓半徑 限制基圓半徑的條件 凸輪的基圓半徑rb應(yīng)大于凸輪軸的半徑rS 最大壓力角 max 許用壓力角 凸輪輪廓曲線的最小曲率半徑 min rr 從動(dòng)件滾子半徑及平底寬度的確定 確定凸輪基圓半徑的通常做法根據(jù)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的需要 按經(jīng)驗(yàn)公式rb 1 6 2 rS初步選定凸輪基圓半徑rb 然后校核壓力角 以滿足 max 的條件 注意凸輪機(jī)構(gòu)的效率不僅與壓力角有關(guān) 還與從動(dòng)件支承的懸臂長(zhǎng)b及兩支承的距離l有關(guān) 在設(shè)計(jì)時(shí)要注意選擇 壓力角還與ds d 有關(guān) 在工作升距 Lift h確定后 ds d 則與推程角 有關(guān) 若推程角沒(méi)有因多個(gè)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系而受到嚴(yán)格限制 也可以通過(guò)適當(dāng)增大 來(lái)獲得較好的動(dòng)力特性 從動(dòng)件滾子半徑及平底寬度的確定