機械原理凸輪凸輪機構及其設計ppt課件
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凸輪機構及其設計,凸輪機構的應用和分類 從動件(推桿)的運動規(guī)律 凸輪輪廓曲線的設計 凸輪機構基本尺寸的確定,1,凸輪機構的應用和分類,一、凸輪機構的組成,凸輪機構 凸輪、從動件、機架 凸 輪 勻速運動 從動件 間歇(連續(xù)) 移動或擺動,結束,2,二、凸輪機構的應用 1、繞線機的凸輪機構,2、自動機床進刀凸輪機構,凸輪機構的應用和分類,3、內(nèi)燃機配氣凸輪機構,結束,3,三、凸輪機構的類型,1、按凸輪的形狀 圓柱凸輪、盤形凸輪(移動凸輪),2、按從動件的運動形式 擺動從動件、移動從動件,凸輪機構的應用和分類,結束,4,三、凸輪機構的類型,1、按凸輪的形狀 圓柱凸輪、盤形凸輪(移動凸輪),2、按從動件的運動形式 擺動從動件、移動從動件,凸輪機構的應用和分類,3、按從動件的形式 尖底從動件、平底從動件、滾子從動件,結束,5,三、凸輪機構的類型,1、按凸輪的形狀 圓柱凸輪、盤形凸輪(移動凸輪),2、按從動件的運動形式 擺動從動件、移動從動件,凸輪機構的應用和分類,3、按從動件的形式 尖底從動件、平底從動件、滾子從動件,凸輪形狀,從動件形式,凸輪 具有曲線輪廓或凹槽的構件,結束,6,三、凸輪機構的類型,1、按凸輪的形狀 圓柱凸輪、盤形凸輪(移動凸輪),2、按從動件的運動形式 擺動從動件、移動從動件,凸輪機構的應用和分類,3、按從動件的形式 尖底從動件、平底從動件、滾子從動件,4、按凸輪與從動件的鎖合形式 力鎖合型、幾何(形)鎖合型,結束,7,四、凸輪機構的特點,1、構件數(shù)目少,結構簡單、緊湊。,2、只要適當?shù)卦O計凸輪的廓線,可以實現(xiàn)任意的從動件運動規(guī)律,凸輪機構的應用和分類,3、從動件與凸輪之間為高副(點、線)接觸 易磨損, 常用于傳力不大的場合,結束,4、輪廓加工困難,不過現(xiàn)在借助新的加工設備已經(jīng)有了很大改善,5、從動件位移量不能過大,否則凸輪體積將會很大;,8,A點起始、 轉動 接觸點: A B 推程,推桿常用的運動規(guī)律,基圓 :以凸輪最小矢徑 r0 為半徑所作的圓,一、推桿的運動規(guī)律,運動規(guī)律 s 、v、a 變化規(guī)律: s (t)、 v (t)、 a (t) 或s ()、 v ()、 a () 推桿的運動規(guī)律 取決于凸輪廓線的形狀 設計時:工作要求推桿運動規(guī)律 設計凸輪的輪廓曲線,r0 基圓半徑,D A 近休程、近休止角 02 0 + 01 + 0+ 02 = 2,、推程角 0 、行程 h,B C 遠休程、遠休止角 01,C D 回程、 回程角 0,結束,9,1、多項式運動規(guī)律,推桿常用的運動規(guī)律,二、推桿常用的運動規(guī)律(以推程為例),(1)n = 1,邊界條件: = 0時, s = 0; = 0時, s = h C0=0, C1= h / 0,運動線圖,始、末位置:,理論上:a 慣性力 極大沖擊 剛性沖擊 只能用于低速、輕載場合,等速運動規(guī)律,結束,10,推桿常用的運動規(guī)律,二、推桿常用的運動規(guī)律(以推程為例),(2)n = 2,前半程: = 0時, s = 0 , v = 0 ; = 0 /2 時, s = h /2 C0=0, C1= 0,C2=2h / 02,后半程: = 0 /2時, s = h /2 ; = 0時,s = h , v = 0 C0= - h , C1= 4h / 0 , C2= -2h / 02,1、多項式運動規(guī)律,結束,11,推桿常用的運動規(guī)律,二、推桿常用的運動規(guī)律(以推程為例),(2)n = 2,前半程: = 0時, s = 0 , v = 0 ; = 0 /2 時, s = h /2 C0=0, C1= 0,C2=2h / 02,等加速等減速運動規(guī)律,后半程: = 0 /2時, s = h /2 ; = 0時,s = h , v = 0 C0= - h , C1= 4h / 0 , C2= -2h / 02,1、多項式運動規(guī)律,沒有剛性沖擊 但在 = 0、0 /2、 0 處有柔性沖擊 只能用于中低速、輕載場合 s = C t 2 = K 2 = 1:2:3 s = 1:4:9 ,結束,12,推桿常用的運動規(guī)律,二、推桿常用的運動規(guī)律(以推程為例),(3)n = 5,可自行選擇6個邊界條件: = 0 時, s = 0 , v = 0 , a = 0 ; = 0時,s = h , v = 0 , a = 0 C0= C1= C2= 0 , C3= 10h / 03 , C4= -15h / 04 , C5= 6h / 05,3-4-5次多項式運動規(guī)律,1、多項式運動規(guī)律,得到位移方程(其他類似得到),既無剛性沖擊也無柔性沖擊 高速、中載場合 理論上,隨著多項式次數(shù)的增多,可以滿 足任意復雜的運動規(guī)律。 實際上,次數(shù)過高使曲線過于復雜,導致 機加工困難,凸輪對誤差敏感性增大。,結束,13,推桿常用的運動規(guī)律,二、推桿常用的運動規(guī)律(以推程為例),(1)余弦加速度運動規(guī)律,簡諧運動,2、三角函數(shù)運動規(guī)律,簡諧運動:圓周上勻速運動的質點在其直徑上的投影構成的運動規(guī)律。,R = h / 2,位移 S = R - R cos = h ( 1- cos ) / 2,得到運動方程:,始、末:柔性沖擊 中低速、中重載,結束,14,推桿常用的運動規(guī)律,二、推桿常用的運動規(guī)律(以推程為例),(2)正弦加速度運動規(guī)律,擺線運動,2、三角函數(shù)運動規(guī)律,擺線:沿直線勻速純滾動的圓上任意點的軌跡,取 2 R = h,結束,15,推桿常用的運動規(guī)律,二、推桿常用的運動規(guī)律(以推程為例),(2)正弦加速度運動規(guī)律,擺線運動,2、三角函數(shù)運動規(guī)律,擺線:沿直線勻速純滾動的圓上任意點的軌跡,取 2 R = h,得到運動方程:,無剛性或柔性沖 擊 高速、輕載,結束,16,推桿常用的運動規(guī)律,二、推桿常用的運動規(guī)律(以推程為例),位移線圖的繪制,結束,17,推桿常用的運動規(guī)律,二、推桿常用的運動規(guī)律(以推程為例),3、組合型運動規(guī)律,改善推桿運動特性,滿足生產(chǎn)需要,等速,組合的關鍵:保證在銜接點處的運動參數(shù)(位移、速度、加速度)連續(xù);滿足邊界條件。 結合點處曲線的高階平滑相切。,結束,18,推桿常用的運動規(guī)律,三、推桿運動規(guī)律的選擇,滿足工作要求,良好的動力特性,便于加工。,1、只要求完成一定行程 (1)低速、輕栽:便于加工 直線、圓弧等,2、要求特定的運動規(guī)律 根據(jù)需要選擇,在選擇推桿運動規(guī)律時,除了考慮沖擊特性外,還要考慮最大速度vmax、最大加速度amax 、最大躍度jmax 。,(2)高速凸輪:良好的動力特性,避免沖擊 正弦加速度、高次多項式等,常用運動規(guī)律特性值比較,結束,19,凸輪輪廓曲線的設計,工作要求 運動規(guī)律位移曲線 +其它條件 設計凸輪廓線 一、 設計原理:,起始位置,凸輪與從動件A點接觸, 凸輪以1逆時針轉過,結束,20,工作要求 運動規(guī)律位移曲線 +其它條件 設計凸輪廓線 一、 設計原理:,凸輪輪廓曲線的設計,起始位置,凸輪與從動件A點接觸, 凸輪以1逆時針轉過,A,3,2,1,從動件上升 s,將整個機構沿 - 1轉過 角, A A, B 接觸,結束,21,工作要求 運動規(guī)律位移曲線 +其它條件 設計凸輪廓線 一、 設計原理:,凸輪輪廓曲線的設計,起始位置,凸輪與從動件A點接觸, 凸輪以1逆時針轉過,從動件上升 s,將整個機構沿 - 1轉過 角, A A, B 接觸, 凸輪未動,從動、導路反轉, 運動規(guī)律不變。,反轉法: 假定凸輪不動,使推桿反轉并在道路中作預期的運動,則尖底的軌跡 凸輪廓線。,結束,22,工作要求 運動規(guī)律位移曲線 +其它條件 設計凸輪廓線 一、 設計原理:,凸輪輪廓曲線的設計,起始位置,凸輪與從動件A點接觸, 凸輪以1逆時針轉過,從動件上升 s,將整個機構沿 - 1轉過 角, A A, B 接觸, 凸輪未動,從動、導路反轉, 運動規(guī)律不變。,反轉法: 假定凸輪不動,使推桿反轉并在道路中作預期的運動,則尖底的軌跡 凸輪廓線。,結束,23,(4)量取相應位移量,(2)作基圓,取起始點B0,(3)沿 -1分基圓為1 、 2、3 、4,且等分1 、 3,2,4,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(一)直動尖低推桿盤形凸輪機構 1、對心凸輪機構 已知:s2 = s2 ( )、r0 、1( 逆時針) 設計凸輪廓線 步驟: (1)作位移線圖s2 -,且等分1 、 3(或列表計算),結束,24,(4)量取相應位移量,(2)作基圓,取起始點B0,(3)沿 -1分基圓為1 、 2、3 、4,且等分1 、 3,2,4,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(一)直動尖低推桿盤形凸輪機構 1、對心凸輪機構 已知:s2 = s2 ( )、r0 、1( 逆時針) 設計凸輪廓線 步驟: (1)作位移線圖s2 -,且等分1 、 3(或列表計算),結束,25,(4)量取相應位移量,(2)作基圓,取起始點B0,(3)沿 -1分基圓為1 、 2、3 、4,且等分1 、 3,2,4,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(一)直動尖低推桿盤形凸輪機構 1、對心凸輪機構 已知:s2 = s2 ( )、r0 、1( 逆時針) 設計凸輪廓線 步驟: (1)作位移線圖s2 -,且等分1 、 3(或列表計算),(5)光滑連接B0 、 B1 、B2 B0 凸輪廓線。,結束,26,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,2、篇置凸輪機構 已知:s2 = s2 ( )、r0 、1( 逆時針) 設計凸輪廓線,(一)直動尖低推桿盤形凸輪機構,分析:,推桿與凸輪回轉中心始終報紙距離e 偏距圓以距離e 為半徑作的圓,推桿的運動方向總是與偏距圓相切,所以從動件的位移量應該在各切線 上量取,其余步驟與對心從動件判刑凸 設計方法雷同。,結束,27,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,2、篇置凸輪機構 已知:s2 = s2 ( )、r0 、1( 逆時針) 設計凸輪廓線,(一)直動尖低推桿盤形凸輪機構,分析:,推桿與凸輪回轉中心始終報紙距離e 偏距圓以距離e 為半徑作的圓,推桿的運動方向總是與偏距圓相切,所以從動件的位移量應該在各切線 上量取,其余步驟與對心從動件判刑凸 設計方法雷同。,結束,28,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(二)滾子推桿盤形凸輪機構,分析:,滾子中心 從動件的運動規(guī)律 中心軌跡與凸輪廓線 等距曲線 中心 尖底 凸輪廓線 理論廓線,以理論廓線為圓心,以滾子半 徑 rk為半徑作一系列小圓包 洛線實際廓線,r0一理論廓線的基圓半徑,結束,29,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(二)滾子推桿盤形凸輪機構,分析:,滾子中心 從動件的運動規(guī)律 中心軌跡與凸輪廓線 等距曲線 中心 尖底 凸輪廓線 理論廓線,以理論廓線為圓心,以滾子半 徑 rk為半徑作一系列小圓包 洛線實際廓線,r0一理論廓線的基圓半徑,結束,30,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(三)平底推桿盤形凸輪機構,分析:,平底與導路交點 從動件的運動規(guī)律 交點 尖底,一系列平底位置 包洛線 凸輪廓線,結束,31,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(三)平底推桿盤形凸輪機構,分析:,平底與導路交點 從動件的運動規(guī)律 交點 尖底,一系列平底位置 包洛線 凸輪廓線,結束,32,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(三)平底推桿盤形凸輪機構,分析:,平底與導路交點 從動件的運動規(guī)律 交點 尖底,一系列平底位置 包洛線 凸輪廓線,結束,33,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(四)擺動推桿盤形凸輪機構,分析:,尖底,運動規(guī)律: s (t) (t) 或 s () () 設計原理與制動從動件類似反轉法,擺桿長AB、中心距AO不變 初始角 0 不變,結束,34,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(四)擺動推桿盤形凸輪機構,分析:,尖底,運動規(guī)律: s (t) (t) 或 s () () 設計原理與制動從動件類似反轉法,擺桿長AB、中心距AO不變 初始角 0 不變,B,結束,35,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(四)擺動推桿盤形凸輪機構,注意: 1)位移線圖縱坐標為角度參量。 2)若以 s =L 作為縱坐標,通過截取作圖,其解為近似解。 3)若從動件為滾子或平底,其解 同前述。,結束,36,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(四)擺動推桿盤形凸輪機構,注意: 1)位移線圖縱坐標為角度參量。 2)若以 s =L 作為縱坐標,通過截取作圖,其解為近似解。 3)若從動件為滾子或平底,其解 同前述。,結束,37,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(五)置動推桿圓柱凸輪機構,若取作圖比例與原機構相同,則位移運動線圖就是凸輪 理論廓線的展開圖。,結束,38,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(五)置動推桿圓柱凸輪機構,若取作圖比例與原機構相同,則位移運動線圖就是凸輪 理論廓線的展開圖。,結束,39,二、用作圖法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,(六)擺動推桿圓柱凸輪機構,結束,40,三、用解析法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,1、偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構,建立 B 點封閉矢量方程,向x 、y軸投影,得凸輪理論廓線:,結束,41,三、用解析法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,1、偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構,建立 B 點封閉矢量方程,向x 、y軸投影,得凸輪理論廓線:,實際廓線:,“ - ” 用于內(nèi)包絡,“+” 用于外包絡,結束,42,三、用解析法設計凸輪廓線, 4-3 凸輪輪廓曲線的設計,1、偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構,建立 B 點封閉矢量方程,向x 、y軸投影,得凸輪理論廓線:,實際廓線:,“ - ” 用于內(nèi)包絡,“+” 用于外包絡,注意:偏距 e 是有符號的。偏于接觸點處凸輪速度的反方向為正,反之為負。,結束,43,三、用解析法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,1、偏置直動滾子推桿盤形凸輪機構,實際廓線:,刀具軌跡中心方程式,只要將包絡線方程中的 rr 換成 |rr-rc|即可。,結束,44,三、用解析法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,2、對心平底推桿盤形凸輪機構,凸輪與推桿的瞬心 P,建立封閉矢量方程,投影得凸輪實際廓線(so= ro)坐標:,結束,45,三、用解析法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,3、擺動滾子推桿盤形凸輪機構,建立 B 點封閉矢量方程,投影得凸輪廓線B點坐標:,結束,46,三、用解析法設計凸輪廓線,凸輪輪廓曲線的設計,3、擺動滾子推桿盤形凸輪機構,建立 B 點封閉矢量方程,投影得凸輪廓線B點坐標:,結束,47,凸輪機構基本尺寸的確定,基本尺寸:基圓半徑,滾子半徑,平底長度,中心距,一、凸輪機構的壓力角與作用力,定義:推桿受力方向與其運動方向的夾角為壓力角 (不考慮摩擦)。,推桿受力:G、F、FR1、FR2,平衡條件:Fx=0、Fy=0、 MB=0,結束,48, 4 - 4 凸輪機構基本尺寸的確定,基本尺寸:基圓半徑,滾子半徑,平底長度,中心距,一、凸輪機構的壓力角與作用力,定義:推桿受力方向與其運動方向的夾角為壓力角 (不考慮摩擦)。,推桿受力:G、F、FR1、FR2,平衡條件:Fx=0、Fy=0、 MB=0,討論:,1、 F 傳力性能 2、 分母為零時 F 自鎖 臨界壓力角c :,3、不同位置處壓力角不同,通常 max,推程: 30 40 (直動從動件) 40 50 (擺動從動件) 回程: 70 80,結束,49,凸輪機構基本尺寸的確定,基本尺寸:基圓半徑,滾子半徑,平底長度,中心距,二、凸輪基圓半徑的確定,1、壓力角與基圓半徑r0和偏置的關系,P 點為凸輪與推桿的相對瞬心,(1)壓力角 與偏置的關系 (a)推桿偏于接觸點處凸輪速度反向(速度瞬 心側) 正偏置 (b)推桿偏于接觸點處凸輪速度同向負偏置 (c)正偏置 ;負偏置 (d)正偏置時,e 推程 ,但回程 ,結束,50,凸輪機構基本尺寸的確定,基本尺寸:基圓半徑,滾子半徑,平底長度,中心距,二、凸輪基圓半徑的確定,1、壓力角與基圓半徑r0和偏置的關系,P 點為凸輪與推桿的相對瞬心,(2)壓力角 與基圓半徑r0的關系 r ,但結構 r 結構緊湊,但 ,結束,51,凸輪機構基本尺寸的確定,基本尺寸:基圓半徑,滾子半徑,平底長度,中心距,二、凸輪基圓半徑的確定,2、基圓半徑r0的確定,(1)根據(jù)結構和強度要求確定 r0,凸輪與軸做成一體: r0 rs+(3 5) mm,凸輪單獨制造: r0 rh+ (3 5) mm,凸輪廓線:min 1 5 mm,結束,52,凸輪機構基本尺寸的確定,基本尺寸:基圓半徑,滾子半徑,平底長度,中心距,二、凸輪基圓半徑的確定,2、基圓半徑r0的確定,(2)根據(jù)許用壓力角 確定 r0,ds/d,推桿運動規(guī)律確定,lOP= ds/d 是定值 O取在m-m上 P 必在n-n上, 不變; O取在m-m左側 P必在n-n左側, 變小; O取在m-m右側 P必在n-n右側, 變大。,結束,53,凸輪機構基本尺寸的確定,基本尺寸:基圓半徑,滾子半徑,平底長度,中心距,二、凸輪基圓半徑的確定,2、基圓半徑r0的確定,(2)根據(jù)許用壓力角 確定 r0,ds/d,推桿運動規(guī)律確定,lOP= ds/d 是定值 O取在m-m上 P 必在n-n上, 不變; O取在m-m左側 P必在n-n左側, 變小; O取在m-m右側 P必在n-n右側, 變大。,O點應取在m-m線的左側 同理回程: O 點應取在m-m線的右側 已知推桿運動規(guī)律時,求出各點 ds/d 圖解r0 min,結束,54,凸輪機構基本尺寸的確定,基本尺寸:基圓半徑,滾子半徑,平底長度,中心距,二、凸輪基圓半徑的確定,2、基圓半徑r0的確定,(2)根據(jù)許用壓力角 確定 r0,ds/d,推桿運動規(guī)律確定,lOP= ds/d 是定值 O取在m-m上 P 必在n-n上, 不變; O取在m-m左側 P必在n-n左側, 變?。?O取在m-m右側 P必在n-n右側, 變大。,O點應取在m-m線的左側 同理回程: O 點應取在m-m線的右側 已知推桿運動規(guī)律時,求出各點 ds/d 圖解r0 min,結束,55,凸輪機構基本尺寸的確定,基本尺寸:基圓半徑,滾子半徑,平底長度,中心距,三、推桿滾子半徑r0 的選擇,內(nèi)凹:a = + rr,正常外凸廓線,廓線變尖,廓線交叉被切,結束,56,凸輪機構基本尺寸的確定,基本尺寸:基圓半徑,滾子半徑,平底長度,中心距,四、推桿平底尺寸的確定,另外,對于平底推桿凸輪,凸輪輪廓不允許出現(xiàn)內(nèi)凹和變化太快情況。 可增大基圓或修改運動規(guī)律。,結束,57,凸輪機構基本尺寸的確定,基本尺寸:基圓半徑,滾子半徑,平底長度,中心距,四、推桿平底尺寸的確定,另外,對于平底推桿凸輪,凸輪輪廓不允許出現(xiàn)內(nèi)凹和變化太快情況。 可增大基圓或修改運動規(guī)律。,結束,58,- 配套講稿:
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