凸轮机构及设计.ppt

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1、前情提要,机械原理这门课程的核心就是研究机构的结构分析，运动分析，以及对平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和齿轮系进行分析与设计。,凸轮机构及其设计,制作：电子科技大学 范娜,通过学习平面四杆机构：（1）熟悉了平面四杆机构特点、类型（2）掌握平面四杆机构的基本特性（3）掌握平面四杆机构的设计,制作：电子科技大学 范娜,第九章 凸轮机构及其设计,本章主要内容：,（1）熟悉凸轮机构特点、类型和运用（9.1）（2）掌握推杆的运动规律（9.2）（3）掌握凸轮轮廓曲线的设计和凸轮基本尺寸的确定（）,制作：电子科技大学 范娜,9-1 凸轮机构的应用和分类,1.凸轮机构的组成和应用,（1）凸轮的组成,凸轮机构

2、的组成,凸轮（原动件）,推杆（从动件）,机架,凸轮机构的运动,凸 轮：匀速运动,推杆：间歇（连续）移动或摆动,制作：电子科技大学 范娜,9-1 凸轮机构的应用和分类,1.凸轮机构的应用,（2）凸轮的应用,自动机床进刀凸轮机构,内燃机配气凸轮机构,凸轮应用非常广泛，下面举两个例子：,凸轮是一个具有曲线轮廓或是凹槽的构件。,制作：电子科技大学 范娜,9-1 凸轮机构的应用和分类,1.凸轮机构的应用,（3）凸轮的特点,最大优点：只要适当设计出凸轮的轮廓曲线，就可以是推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑.,缺点：凸轮廓线与推杆之间的点、线接触易磨损，凸轮制造较困难。,制作：电子科技大

3、学 范娜,9-1 凸轮机构的应用和分类,2.凸轮机构的分类,（1）按照凸轮的形状分类,盘形凸轮（移动凸轮）,圆柱凸轮,具有变化向径的盘型构件绕固定轴线回转。,将凸轮看作是转轴在无穷远处，作往复移动。,在圆柱端面上开曲线凹槽或是在圆柱端面上作出曲线轮廓。,制作：电子科技大学 范娜,9-1 凸轮机构的应用和分类,2.凸轮机构的分类,（2）按推杆形状及运动形式分类,推杆形状：尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆,推杆的运动形式：直动推杆和摆动推杆,对心直动推杆 偏置直动推杆,直动推杆的轴线通过凸轮的回转中心,9-1 凸轮机构的应用和分类,2.凸轮机构的分类,（2）按推杆形状及运动形式分类,对心直动尖顶推杆盘

4、形凸轮机构,对心直动平底推杆盘形凸轮机构,偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构,摆动尖顶推杆盘形凸轮机构,摆动滚子推杆盘形凸轮机构,摆动平底推杆盘形凸轮机构,9-1 凸轮机构的应用和分类,2.凸轮机构的分类,（3）按凸轮与推杆保持接触的方法分类,力封闭凸轮机构（利用推杆的重力、弹簧力来使它们接触）,几何封闭凸轮机构（利用凸轮和推杆特殊的几何结构来使它们接触）,沟槽凸轮,等宽凸轮,等径凸轮,共轭凸轮,制作：电子科技大学 范娜,9-2 推杆的运动规律,设计出合适的凸轮廓线 确定凸轮的尺寸,凸轮机构的任务：,根据推杆的运动规律,以下介绍几种推杆常用的运动规律。,制作：电子科技大学 范娜,9-2 推杆的运动规

5、律,描述推杆运动规律的名词术语及符号：（以对心直动尖顶盘形凸轮机构为例）,运动情况：A点起始、凸轮逆时针转动,推杆最低位置A B 推程（推杆A-B),基圆：以凸轮的回转中心O为圆心，以凸轮 最小半径 r0 为半径所作的圆,r0：基圆半径,D A 近休止；近休止角02,推程角 0；推杆行程h,B C 远休止；远休止角 01,C D 回程（推杆B-A),0+01+0+02=2,回程角 0；推杆回程h,制作：电子科技大学 范娜,9-2 推杆的运动规律,2.推杆的运动规律,推杆的运动规律：推杆的位移s、速度v和加速度a 随时间的变化规律：s(t)、v(t)、a(t)，又因为凸轮作等速运动，其转角包含了

6、时间信息，所以也可以表示为：s()、v()、a(),设计时：工作要求确定推杆运动规律 设计凸轮的轮廓曲线,s()、v()、a()应如何表达？,多项式运动规律,三角函数运动规律,（1）多项式运动规律,1）一次多项式（n=1）,推程时的边界条件：推杆在始点处：=0，s=0；推杆在终点处：=0，s=h C0=0，C1=h/0,制作：电子科技大学 范娜,9-2 推杆的运动规律,推杆位移,凸轮转角,待定系数,可以利用边界条件（推杆的始末位置）来确定待定系数,回程时的边界条件：推杆在始点处：=0，s=h；推杆在终点处：=0，s=0 C0=h，C1=-h/0,注意：凸轮转角 总是从该段运动的起始位置算起。,

7、运动线图,理论上：a 惯性力 极大冲击 刚性冲击推杆的一次多项式运动规律只能用于低速、轻载场合,等速运 动规律,制作：电子科技大学 范娜,9-2 推杆的运动规律,1）一次多项式（n=1）,速度在推杆运动的开始和终止时有突变,推程前半程：起点：=0，s=0,v=0；终点：=0/2，s=h/2 C0=0，C1=0，C2=2h/02,推程后半程：起点：=0/2,s=h/2；终点：=0，s=h，v=0 C0=-h,C1=4h/0,C2=-2h/02,制作：电子科技大学 范娜,9-2 推杆的运动规律,2）二次多项式（n=2）,（1）多项式运动规律,加速度为常数,C2为正的时候，推杆做等加速运动，为负时，

8、做等减速运动，为了保证运动平稳性，应使推杆先做加速在减速。设在加速段和减速段凸轮的运动角及推杆的行程各占一半：,等加速等减速运动规律,没有刚性冲击，但在=0、0/2、0 处加速度有突变，不过这个突变有限值，有柔性冲击 只能用于中低速、轻载场合,2）二次多项式（n=2）,制作：电子科技大学 范娜,9-2 推杆的运动规律,等加速等减速运动规律,绘制运动线图？,:0/6,20/6,30/6,40/6,50/6,0 S:h/18,4h/18,9h/18,14h/18,17h/18,h,14,1）余弦加速度运动规律,简谐运动,（2）三角函数运动规律,简谐运动：圆周上匀速运动的质点在其直径上的投影构成的运

9、动规律。,R=h/2,位移 S=R-R cos=h(1-cos)/2,推程时的运动方程：,始、末：柔性冲击中低速、中载,制作：电子科技大学 范娜,9-2 推杆的运动规律,2）正弦加速度运动规律,摆线运动,(2)三角函数运动规律,摆线运动：半径取 R=h/2的滚圆沿纵轴作等速纯滚动，圆上最初位于坐标原点的点其位移随时间的变化规律。,制作：电子科技大学 范娜,9-2 推杆的运动规律,2）正弦加速度运动规律,摆线运动,推程的运动方程：,无刚性或柔性冲击高速、轻载,9-2 推杆的运动规律,摆线运动：半径取 R=h/2的滚圆沿纵轴作等速纯滚动，圆上最初位于坐标原点的点其位移随时间的变化规律。,制作：电子科技大学 范娜,9-2 推杆的运动规律,3.推杆运动规律的选择,