模具-07第九章-凸轮机构.ppt
第9章 凸轮机构及其设计,本章内容9-1凸轮机构的应用和分类9-2 推杆的运动规律9-3 凸轮轮廓曲线的设计9-4 凸轮机构基本尺寸的确定本章重点常用运动规律的特点盘形凸轮廓线曲线的设计,、凸轮机构的应用,9-1凸轮机构的应用与分类,内燃机配气机构,自动机床的进刀机构,靠模机构,绕线机构中的凸轮机构,优点:可实现各种预期的运动规律,且结构简单、紧凑。缺点：点、线接触，易磨损，不适合传递太大动力。,组成,特点:,、凸轮机构的分类,（1）.按凸轮的形状分：,盘形凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构,尖顶推杆 尖顶始终能够与凸轮轮廓保持接触，可实现复杂的运动规律易磨损，只宜用于轻载、低速滚子推杆 耐磨、承载大，较常用,平底推杆 接触面易形成油膜，利于润滑，常用于高速运动配合的凸轮轮廓必须全部外凸,尖顶推杆,滚子推杆,平底推杆,（2）.按从动杆形状分：,尖顶、滚子、平底,直动推杆往复移动轨迹为直线,摆动推杆往复摆动轨迹为圆弧,直动推杆,摆动推杆,（3）.按从动杆运动形式分:,移动（直动）、摆动,对心直动,偏置直动,（4）.按从动杆与凸轮相对位置分:对心、偏置.,力封闭凸轮机构重力封闭 弹簧力封闭几何封闭凸轮机构,等宽凸轮,凹槽凸轮,（5）、按使凸轮与从动件始终保持接触的方法分：,一般凸轮机构的命名原则:布置形式+运动形式+推杆形状+凸轮形状,对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构,偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构,摆动平底推杆盘形凸轮机构,9-2 推杆的运动规律,推杆的运动规律:推杆的位移、速度、加速度随时间的变化规律,运动线图:推杆的位移、速度、加速度随时间t或凸轮转角 变化关系图,基圆(以凸轮轮廓最小向径所作的圆，r0称为基圆半径)，推程、推程运动角0远休止、远休止角01,回程、回程运动角0 近休止、近休止角02 行程（升程）、h,B,C,D,A,基本术语：,偏置从动件凸轮机构：偏距 e、偏距圆,1.推杆常用运动规律,1.1 多项式运动规律一般表达式一次多项式运动规律等速运动规律二次多项式运动规律等加速等减速运动规律五次多项式运动规律1.2 三角函数运动规律余弦加速度运动规律简谐运动规律正弦加速度运动规律摆线运动规律,1.1 多项式运动规律,推程段(00)运动方程,(1)一次多项式运动规律（等速运动规律）,边界条件:,C,D,A,刚性冲击,(1)一次多项式运动规律（等速运动规律）（续）,运动线图,(2)二次多项式运动规律(等加速等减速运动规律),边界条件:,推程加速段:,h,h/2 等加速上升,h/2 等减速上升,位移方程,速度方程,加速度方程,推程,运动方程:,推程运动方程:,(2)二次多项式运动规律(等加速等减速运动规律)（续）,柔性冲击,1,4,9,0,s,(3)五次多项式运动规律,推程段(00)运动方程:,边界条件:,无冲击,质点在圆周上作匀速运动时,它在直径上的投影点的运动即为简谐运动。,(1)余弦加速度运动简谐运动,1.2 三角函数运动规律,(1)余弦加速度运动简谐运动(续）,推程(00)运动方程：,冲击特性：始、末点有柔性冲击但当从动件作无停歇的升、降、升的运动时，无冲击适用场合：中速中载,a,d,0,h,0 1 2 3 4 5 6 7 8,1,2,3,4,5,6,7,8,s,d,v,d,柔性冲击,0,0,（）正弦加速度运动摆线运动,当滚圆沿纵轴匀速滚动时，圆周上一点的轨迹为一条摆线，此时该点在纵轴上的投影即为摆线运动规律,0 1 2 3 4 5 6 7 8,s,d,h,0,1.2 三角函数运动规律,s,B,A,（）正弦加速度运动摆线运动规律（续）,推程运动方程：,冲击特性：无冲击适用场合：高速轻载,a,d,v,d,0 1 2 3 4 5 6 7 8,s,d,h,0,0,0,1.2 三角函数运动规律,表给出了常用运动规律的速度、加速度和跃度的最大值,三、运动规律的组合,满足工作对从动件的特殊运动要求避免刚性、柔性冲击尽可能降低vmax和amax,改进梯形加速度,等加速等减速,等速运动,四、选择运动规律应注意的问题,当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程，而对运动规律无特殊要求时:可考虑选择圆弧、直线等简单的曲线,便于加工；2.当机械的工作过程对推杆运动规律有确定要求时：无选择余地；3.对速度较高的凸轮机构，应考虑速度、加速度、跃度的最大值vmax、amax、jmaxvmax直接影响从动件系统的最大动能mvmax,若从动件突然被阻止,过大的动量会导致极大的冲击力,危及人身和设备安全；amax直接影响从动件系统的最大惯性力mamax,amax愈大,惯性力愈大,作用在高副处的压力也愈大,机构的强度和耐磨性要求也愈高;jmax与惯性力变化相关，直接影响从动件系统的振动和工作平稳性;,1.凸轮廓线设计的基本原理,相对运动原理法:(运动学反转法):对整个系统施加(-w)运动,凸轮保持不动推杆作复合运动:反转运动(-)+往复移动(s),9-3 凸轮廓线曲线的设计,(1)、对心尖顶移动从动杆凸轮机构例:已知 r0、h、的方向（逆）、从动杆运动规律如下：,凸轮转角,推杆运动规律,0180 等速上升 h180 210 远休210 300 等速下降 h300 360 近休,解:1.以 mS=作位移曲线.,S,d,0,3600,1800,2100,3000,h,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,2.以同样的 mS 作凸轮廓线,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,-w,2.作图法设计凸轮廓廓线,w,w,r0,将滚子中心看成尖顶作凸轮轮廓线0(理论轮廓),理论廓线0,实际廓线,以0各点为圆心作圆(滚子半径为半径),作这些圆的包络线(实际轮廓),n,n,(2).滚子移动从动杆凸轮轮廓设计,基圆半径指的是理论廓线上的最小向径.,注意：,已知：r0，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线,(3)、平底(对心直动)从动件,将平底中心看成尖顶作理论轮廓线一系列点,过各点作作各位置的平底,作这些平底的包络线 实际轮廓,-w1,注意：平底左右侧的长度,(4)、偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构,已知：r0，(逆时针),偏距e，运动规律设计：凸轮廓线,步骤：1.取比例尺l,画基圆和偏距圆;,2.按（-）等份偏心圆或基圆,3.作一系列切线,4.在切线上从基圆开始 量相应位移,作图法：,w,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,从动杆运动规律和凸轮相应转角:,例.已知:r0、L2、L3、w1 的方向、,(5)、尖顶摆动从动杆,凸轮转角,从动杆运动规律,01800 等速上升 ym,1800 2100 远休2100 3000 等速下降 ym3000 3600 近休,解:1.以 my=作位移曲线.,2.以 mL=作凸轮廓线,-w1,4,5,0,1,2,3,y1,y2,y3,L2,(1).偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构,理论廓线方程:B(x,y),实际廓线方程:B(x,y)与理论廓线等距，则理论廓线之法线上取rr即为对应于B点的B点,cos,sin,“”:内包络线“”:外包络线,法线斜率（切线斜率的负倒数）：,3、解析法设计凸轮廓线,(2).直动平底推杆盘形凸轮机构,凸轮与推杆的相对瞬心P,凸轮工作廓线坐标:B(x,y),P,凸轮工作廓线坐标:B(x,y),(3).摆动滚子推杆盘形凸轮机构,凸轮工作廓线方程 B(x,y),各种凸轮机构均有 x=x()y=y()按115步长,可得出凸轮廓 线上各点的x,y坐标。,9-4 凸轮机构基本尺寸的确定,1.凸轮机构的作用力和凸轮机构的压力角,若分母=0,则,自锁,临界压力角,推程许用压力角,回程许用压力角,2.凸轮基圆半径的确定,在满足压力角的条件下尽可能的选用较小的基圆半径,实际工作中:,r0,r孔,rT,r毂,35,按结构要求,r0=r毂+rT+(35)mm,其中,轮毂半径,r毂=1.75 r孔+(57)mm,(1)内凹凸轮廓线a=+rr理论廓线最小结论：无论滚子半径多大，总能由理论廓线得到实际廓线,3.1滚子半径的选择,a=+rr,rr,a=-rr0,3.滚子推杆滚子半径的选择及平底推杆平底尺寸的确定,(2)外凸凸轮廓线a=-rrrr，a0 实际廓线平滑,(2)外凸凸轮廓线（续）=rr，a=0实际廓线变尖rr，a0 实际廓线出现交叉，切割，运动失真,a=-rr=0,a=-rr0,=rr,rr,一般:rT 35 mm,3.2平底推杆平底尺寸的确定,-w1,P,平底长:,4.偏置从动件偏置方向的确定,凸轮逆时针转动,从动杆应右偏置;(正偏)凸轮顺时针转动,从动杆应左偏置.(负偏),C,B,P,a,1,2,3,S0,e,r0,平底从动件压力角,=0,tga=,V/w-e,S+,r02-e2,a,图示为偏置直动从动件盘形凸轮机构,凸轮逆时针旋转，试在图上标出：1)、凸轮的基圆，并标出基圆半径r0；2)、从动件由初始位置到图示位置的升程s；3)、从动件的最大行程h；4)、推程运动角；回程运动角。5）、轮廓上D点与从动件接触时的压力角,r0,s,h,D,课堂练习,0,0,r0,D,0,图示为偏置直动从动件盘形凸轮机构,凸轮逆时针旋转，试在图上标出：1)、凸轮的基圆，并标出基圆半径r0；2)、从动件由初始位置到图示位置的升程s；3)、从动件的最大行程h；4)、推程运动角；回程运动角。5）、轮廓上D点与从动件接触时的压力角,r0,s,h,D,课堂练习,0,0,A,O,r0,在图示凸轮机构中，凸轮为偏心轮，试在图上标出:1)凸轮机构的名称;2)标出凸轮的合理转向;3)画出凸轮的基圆半径；4）从动件由初始位置到图示位置凸轮所转过的 角度 及从动件的位移S；5）推杆的升程h；,偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构,S,h,B,课堂练习,在图示凸轮机构中，凸轮为偏心轮，转向如图。试在图上标出:）从动件由初始位置到图示位置凸轮所转过的 角度及从动件的位移S；）当滚子与B点接触时的从动件压力角；）画出凸轮的基圆半径r0；）找出出现最大压力角的机构位置,并标出；,B,r0,S,max,图示为滚子摆动从动件盘形凸轮机构，请根据相对运动原理画出：,当凸轮从图示位置逆时针转过60时，从动件的位置和接触点处的压力角。,A,B,图示为偏心凸轮机构，凸轮转向如图，试在图上标出：1、凸轮机构的推程角,推杆的最大摆角2、从动件在推程中由最低位置到图示位置凸轮所转过的角 度；从动件的相应摆角；3、图示位置的压力角;,O,C,A,O,C,A,C0,C1,A0,A1,选择题(1)盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。A摆动尖顶推杆 B.直动滚子推杆;C摆动平底推杆 D.摆动滚子推杆;(2)对于直动推杆盘形凸轮机构来讲，在其他条件相同的情况下偏置直动推杆与对心直动推杆相比，两者在推程段最大压力角的关系为。A偏置直动推杆比对心直动推杆大;B.对心直动推杆比偏置直动推杆大 C一样大 D.不一定(3)下述几种规律中,既不会产生柔性冲击也不会产生刚性击，可用于高速场合。A等速运动规律 B正弦加速运动规律 C等加速等减速运动规律 D.余弦加速运动规律(4)对心直动尖顶盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时，可采用措施来解决。A增大基圆半径 B.改为滚子推杆 C.改变凸轮转向 D.改为偏置直动尖顶推杆,(5)当凸轮机构的推杆推程按等加速等减速规律运动时推程开始和结束位置。A存在刚性冲击 B.存在柔性冲击 C.不存在冲击(6)若增大凸轮机构的推程压力角，则该凸轮机构的凸轮基圆半径将，推杆上所受的有害分力将。A增大 B减小 C不变(7)尖顶推杆凸轮机构中，基圆的大小会影响 A推杆的位移 B推杆的速度 C推杆的加速度 D.凸轮机构的压力角(8)设计滚子推杆盘状凸轮轮廓线时，若将滚子半径加大，那么凸轮轮廓线上各点曲率半径。A一定变大 B.一定变小 C不变 D.可能变大也可能变小.(9)与连杆机构相比，凸轮机构的最大缺点是。A惯性力难以平衡 B.点、线接触易磨损 C设计较为复杂 D.不能实现间歇运动,复习思考题,尖顶、滚子和平底推杆有何特点？适用在哪种场合？推杆常用运动规律有哪几种？各有何特点？什么是压力角？压力角的大小对凸轮机构有何影响？如何确定机构的正、负偏置？反转法原理是怎样的？如何应用？如何确定基圆的大小？作业:9-14(推程：等速；回程；等加速等减速）9-7 9-8,A,O,S,A,S,O,O,A,A,C,C,
