机械设计教学PPT凸轮机构及其设计.ppt

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1、第9章 凸轮机构及其设计,91 凸轮机构的应用和分类,92 推杆的运动规律,93 凸轮机构的压力角,94 凸轮轮廓曲线的设计,应用：送料机构、靠模车削机构、配气机构、冲床机构等。,91凸轮机构的应用和分类,靠模车削移动凸轮机构,3)按推杆运动分：直动(对心、偏置)、摆动,设计：潘存云,92 推杆的运动规律,凸轮机构设计的基本任务:1)根据工作要求选定凸轮机构的形状;,名词术语：,一、推杆的常用运动规律,基圆、,推程运动角、,基圆半径、,推程、,远休止角、,回程运动角、,回程、,近休止角、,行程：h（最大位移）。,2)推杆运动规律;,3)合理确定结构尺寸;,4)设计轮廓曲线。,运动规律：推杆在推

2、程或回程时，其位移S、速度V、和加速度a随时间t 或的变化规律。,形式：多项式、三角函数。,S=S(t)或S=S()V=V(t)或V=V()a=a(t)或a=a(),二、多项式运动规律,一般表达式：,求一阶导数得速度方程：,求二阶导数得加速度方程：,1.等速运动（一次多项式）运动规律,推程运动方程：,回程运动方程：,2.等加速等减速（二次多项式）运动规律,位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。,推程加速上升段边界条件：,起始点：=0，s=0，v0,中间点：=0/2，s=h/2,求得：C00，C10，C22h/02,加速段推程运动方程为：,s 2h2/02,v 4h/02,a 4h2/02,推程

3、减速上升段边界条件：,终止点：=0，s=h，v0,中间点：=0/2，s=h/2,求得：C0h，C14h/0，C2-2h/02,减速段推程运动方程为：,s h-2h(-0)2/02,v-4h(-0)/02,a-4h2/02,柔性冲击,设计：潘存云,3.余弦加速度(简谐)运动规律,在起始和终止处理论上a为有限值，产生柔性冲击。,推程：,回程:,设计：潘存云,正弦改进等速,三、改进型运动规律,将几种运动规律组合，以改善运动特性。,设计：潘存云,定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角,F，,若大到一定程度时，会有：,机构发生自锁。,93 凸轮机构的压力角,一、压力角与作用力的关系,不考虑摩擦时

4、，作用力沿法线方向。,F-有用分力,沿导路方向,F-有害分力，垂直于导路,F=F tg,F 一定时，,Ff F,为了保证凸轮机构正常工作，要求：,设计：潘存云,二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系,P点为速度瞬心，于是有：,v=lOP1,r0,=30-直动从动件；,=3545-摆动从动件；,=7080-回程。,lOP=v2/1,=ds2/d,=lOC+lCP,lCP=,lOC=e,lCP=ds2/d-e,(S2+S0)tg,若发现设计结果，可增大r0,设计：潘存云,同理，当导路位于中心左侧时，有：,lOP=lCP-lOC,lCP=ds2/d+e,“+”用于导路和瞬心位于中心两侧；“-”用于导路和

5、瞬心位于中心同侧；,显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小。,注意：用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回 程压力角，故偏距 e 不能太大。,lCP=(S2+S0)tg,正确偏置：导路向推程相对速度瞬心的同侧偏置。,设计：潘存云,提问：对于平底推杆凸轮机构：？,0,1.凸轮廓线设计方法的基本原理,94 凸轮轮廓曲线的设计,2.用作图法设计凸轮廓线,1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮,3)滚子直动从动件盘形凸轮,4)对心直动平底从动件盘形凸轮,2)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮,5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构,3.用解析法设计凸轮廓线,设计：潘存云,一、凸轮廓线设计方法的基本原理,反转原理：,依

6、据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：,给整个凸轮机构施以-1时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。,尖顶凸轮绘制动画,滚子凸轮绘制动画,设计：潘存云,对心直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度1和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,设计步骤小结：,选比例尺l作基圆r0。,反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。,确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮,二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,设计：潘存云,偏置直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的

7、基圆半径r0，角速度1和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。,2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮,设计：潘存云,理论轮廓,实际轮廓,作各位置滚子圆的内(外)包络线。,3.滚子直动从动件盘形凸轮,滚子直动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度1和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,设计：潘存云,a工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，rT滚子半径,rT,arT0,对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：min rT,滚子半径的确定,arT,rT,arT0,轮廓正常,轮廓变尖,rT,arT,轮廓正常,外凸,设计：潘存云,对心直动平底从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速

8、度1和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,作平底直线族的内包络线。,4.对心直动平底从动件盘形凸轮,设计：潘存云,对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。,可通过增大r0解决此问题。,设计：潘存云,摆动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度1，摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。,三、摆动从动件盘形凸轮机构,设计：潘存云,四、解析法设计凸轮的轮廓,结果：求出轮廓曲线的解析表达式-,已知条件：e、rmin、rT、S2=S2(1)、1及其方向。,理论轮廓的极坐标参数方程：,原理：反转法。,=1+0,tg0=e/S0,tg=e/(S2+S0),(+0),(1+),=,参数方程。,设计：潘存云,其中：tg=,实际轮廓方程是理论轮廓的等距曲线。由高等数学可知：等距线对应点具有公共的法线。,T=+,实际轮廓上对应点的 T 位置：,位于理论轮廓 B 点法线 n-n 与滚子圆的交线上。,T点的极坐标参数方程为：,由图有：=+,本章重点：,常用从动件运动规律：特性及作图法；,理论轮廓与实际轮廓的关系；,凸轮压力角与基圆半径rmin的关系；,掌握用图解法设计凸轮轮廓曲线的步骤与方法；,直角坐标参数方程为：,x=T cos T,y=T sin T,