《凸轮机构没讲》PPT课件.ppt

2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,2,第4章 凸轮机构,第1节凸轮机构的应用和分类第2节从动件的运动规律第3节凸轮机构的基本尺寸确定第4节盘状凸轮轮廓曲线的设计 第5节凸轮的材料和结构,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,3,凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。,凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。,凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。,第1节 凸轮机构的应用和分类,1、凸轮机构的应用,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,4,内燃机配气机构,第1节 凸轮机构的应用和分类,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,5,靠模车削机构,第1节 凸轮机构的应用和分类,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,6,2、凸轮机构的分类,1)按照凸轮的形状不同可把凸轮分为：,盘形凸轮,移动凸轮,圆柱凸轮,曲面凸轮,3)按照从动件与凸轮保持接触的方式可把凸轮分为：,力锁合,形锁合,2)按照从动件的形式分为：,尖端从动件,滚子从动件,平底从动件,第1节 凸轮机构的应用和分类,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,7,盘形凸轮,第1节 凸轮机构的应用和分类,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,8,移动凸轮,第1节 凸轮机构的应用和分类,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,9,圆柱凸轮,第1节 凸轮机构的应用和分类,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,10,尖端从动件,第1节 凸轮机构的应用和分类,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,11,滚子从动件,第1节 凸轮机构的应用和分类,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,12,平底从动件,第1节 凸轮机构的应用和分类,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,13,力锁合凸轮机构,第1节 凸轮机构的应用和分类,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,14,形锁合凸轮机构,第1节 凸轮机构的应用和分类,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,15,摆动从动件凸轮机构,第1节 凸轮机构的应用和分类,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,16,1、基本术语,基圆：以凸轮轮廓的最小向径r0为半径的圆。,推程：从动件被凸轮推动，以一定运动规律由距离回转中心最近位置A到达最远位置B 所走过的距离AB。与推程对应的凸轮转角为推程运动角。,远休止角：当凸轮继续沿BC段回转 s角，从动件在最远位置停止不动，s称为远休止角。,回程：当凸轮继续沿CD段回转角时，从动件在弹簧或重力作用下，以一定运动规律回到起始位置所走过的距离。称为回程运动角。,近休止角：当凸轮继续沿DA段回转S角，从动件在最近位置停止不动，S称作静休止角。,第2节 从动件的运动规律,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,17,名词术语汇总：,基圆、,推程运动角、,基圆半径r0、,推程、,远休止角、,回程运动角、,回程、,近休止角、,行程。,第2节 从动件的运动规律,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,18,2.1、等速运动规律,特点：存在刚性冲击位置：发生在运动的起始点和终止点,从动件的速度、位移和加速度:,推程,回程,第2节 从动件的运动规律,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,19,2.2、从动件等加速等减速运动规律,第2节 从动件的运动规律,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,20,特点：存在柔性冲击位置：发生在运动的起始点、中间点和终止点,2.2从动件等加速等减速运动规律,加速阶段,推程,从动件在一个推程或回程中，前半程作等加速运动，后半程作等减速运动。,减法阶段,回程,同理可得：,第2节 从动件的运动规律,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,21,2.3、余弦加速度运动规律,第2节 从动件的运动规律,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,22,摆线,2.3 余弦加速度运动规律,余弦加速度运动规律又称简谐运动规律,推程,回程,特点：在从动件的起始和终止位置加速度曲线不连续，加速度产生有限值的突变，因此也会产生柔性冲击，故这种运动规律适用于中、低速场合。但当从动件的运动循环为升-降-升型，远、近休止角均为零时，才可以获得连续的加速度曲线（图中虚线所示），故可用于高速场合。,第2节 从动件的运动规律,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,23,2.4正弦加速度运动,特点：速度和加速度曲线都是连续变化的，其速度和加速度均无突变，所以它既无刚性冲击，也无柔性冲击，故适用于高速场合。,推程,回程,第2节 从动件的运动规律,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,24,在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 vmax、加速度幅值 amax及其影响加以分析和比较。,从动件动量mvmax,从动件惯性力mamax,对于重载凸轮机构，应选择 vmax值较小的运动规律；对于高速凸轮机构，宜选择 amax值较小的运动规律。,vmax,amax,3、从动件运动规律的选择,第2节 从动件的运动规律,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,25,若干种从动件运动规律特性比较,第2节 从动件的运动规律,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,26,1、凸轮机构的压力角和许用值,从动件的运动方向和凸轮作用于它的法向力Fn方向之间所夹的角 称为压力角。,由上述关系式知，压力角a愈大，有效分力y愈小，有害分力 愈大。当 角大到某一数值时，必将会出现FyFx的情况。这时，不论施加多大的Fn力，都不能使从动件运动，这种现象称为自锁。因此，为了保证凸轮机构的正常工作，必须对凸轮机构的压力角进行限制。,推荐压力角数值,移动从动件=30,摆动从动件=45,回程中，一般不会有自锁现象，压力角取值为,=7080,第3节 凸轮机构基本尺寸的确定,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,27,2、基圆半径的确定,从传动效率来看，压力角越小越好，但压力角减小将导致凸轮尺寸增加，因此在设计凸轮时要权衡两者的关系，使设计达到合理。,A点:,即,(式A),在ABD中,导路在凸轮轴的左边时，式中分子部分取“”，凸轮顺时针转动时，符号取法与上述相反,第3节 凸轮机构基本尺寸的确定,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,28,在给定运动规律时，合理设计偏距可减小压力角，增大基圆半径也可以减小压力角。获取较小的基圆半径的同时，必须要保证aa,在设计凸轮时，先根据条件确定基圆半径r0。制作凸轮轴时，r0略大于轴的半径；单独制造凸轮时，r0=(1.6-2)r。,第3节 凸轮机构基本尺寸的确定,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,29,3、滚子半径的确定,凸轮轮廓曲线形状与滚子半径的关系,r=r+rr,当理论廓线内凹时,此时，无论滚子半径大小，凸轮工作轮廓总是光滑曲线(如图a),当理论廓线外凸时(可分为三种情况),r=r-rr,1)rrr时r 0,这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线(如图b),2)r=rr 时r=0实际轮廓线变尖，极易磨损，不能使用(如图c)。,3)r rr时r 0,即实际曲线出现交叉会出现失真(如图d)。,第3节 凸轮机构基本尺寸的确定,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,30,理论廓线上任意点的曲率半径可用下式计算,第3节 凸轮机构基本尺寸的确定,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,31,1、反转法的基本原理,加角速度-w(与凸轮角速度大小相等、方向相反),从动件与导路绕角速度-w以凸轮转动,凸轮静止不动,从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线,从动件相对导路移动,对于滚子从动件，则滚子中心可看作是从动件的尖顶，其运动轨迹就是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线是与理论轮廓曲线相距滚子半径rT的一条等距曲线。,第4节 盘状凸轮轮廓曲线的设计,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,32,1、反转法的基本原理,第4节 盘状凸轮轮廓曲线的设计,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,33,2、图解法设计凸轮廓线,第4节 盘状凸轮轮廓曲线的设计,（1）选取适当的比例尺，作出从动件位移线图。将推程和回程分成若干等分。（2）按同一比例尺，以O为圆心，以r0为基圆半径作出凸轮的基圆。（3）等分基圆。沿-方向将基圆分成与位移线图横坐标对应的区间和等分，图中射线代表机构反转时各个位置的导路，各射线与基圆的交点为1、2.。（4）在上述射线上从基圆起向外截取线段，使其分别等于位移线图相应的纵坐标，得点1、2.。这些点即代表从动件尖端依次占据的位置。（5）将点1、2.连成光滑的曲线，即凸轮的轮廓曲线。若是滚子从动件，则此轮廓曲线为凸轮的理论轮廓曲线。,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,34,2、图解法设计凸轮廓线,第4节 盘状凸轮轮廓曲线的设计,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,35,3、解析法设计凸轮廓线,第4节 盘状凸轮轮廓曲线的设计,根据已知从动件运动规律和已知的机构参数，求出凸轮廓线的方程式，精确计算出凸轮廓线上各点坐标值。,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,36,例：作图法设计凸轮轮廓曲线,偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计,第4节 盘状凸轮轮廓曲线的设计,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,37,滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计,第4节 盘状凸轮轮廓曲线的设计,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,38,1、凸轮材料的选择,凸轮的主要失效形式为磨损和疲劳点蚀。,对凸轮和滚子的材料要求：,工作表面硬度高耐磨有足够的表面接触强度凸轮芯部有较强的韧性,常用的凸轮材料：40Cr、20Cr、40CrMnTi,常用的滚子材料：20Cr或者滚动轴承,第5节 凸轮的材料和结构,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,39,2、凸轮的结构,第5节 凸轮的材料和结构,凸轮的基本形状主要有整体式和剖分式两种。中小型中高速凸轮机构的凸轮，多采用整体式结构，例如图4-16（a）所示。对于大型低速凸轮机构的凸轮，或要求经常更换时(如经常调整凸轮轮廓形状时)，常常采用剖分式凸轮，例如图4-16（b）所示。,(a)(b)图4-16 凸轮结构型式,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,40,3、凸轮轮廓的加工,凸轮轮廓的加工方法通常有两种,1.铣、锉削加工,对用于低速、轻载场合的凸轮，可以应用反转法原理在未淬火凸轮轮坯上通过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手工锉削办法加工而成。必要时可进行淬火处理，但用这种方法则凸轮的变形难以得到修正。,2.数控加工,采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工，这是目前最常用的一种凸轮加工方法。加工时应用解析法，求出凸轮轮廓曲线的x,y坐标，并将xOy坐标系的原点换算成切割时的起点，而滚子半径相当于钼丝半径再加上放电间隙。,第5节 凸轮的材料和结构,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,41,休息一会儿,