凸轮机构的应用及分类推杆的运动规律凸轮轮.ppt
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1、9-1 凸轮机构的应用及分类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,第9章 凸轮机构及其设计,9-1 凸轮机构的应用及分类,凸轮机构是含有凸轮的一种高副机构,在自动机械和半自动机械中得到了广泛的应用。凸轮是一具有曲面轮廓的构件,一般多为原动件(有时为机架);当凸轮为原动件时,通常作等速连续转动或移动,而从动件则按预期输出特性要求作连续或间歇的往复摆动、移动或平面复杂运动。,一、凸轮机构的应用,凸轮机构具有结构简单,可以准确实现要求的运动规律等优点,因而在工业生产中得到广泛的应用。如图3-1所示的内燃机配气凸轮机构,原动凸轮1连续等速转动,通过凸轮高副驱动
2、从动件2(阀杆)按预期的输出特性启闭阀门,使阀门既能充分开启,又具有较小的惯性力。,图3l,冲床装卸料凸轮机构,原动凸轮1固定于冲头上 当其随冲头往复上下运动时,通过凸轮高副驱动从动件2以一定规律往复水平移动 从而使机械手按预期的输出特性装卸工件。,罐头盒封盖机构,所示的罐头盒封盖机构,亦为一凸轮机构。原动件1连续等速转动,通过带有凹槽的固定凸轮3的高副导引从动件2上的端点C沿预期的轨迹接合缝S运动 从而完成罐头盒的封盖任务。,当带有凹槽的圆柱凸轮1连续等速转动时,通过嵌于其槽中的滚子驱动从动件2往复移动 凸轮1每转动一周,从动件2即从喂料器中推出一块巧克力并将其送至待包装位置。,巧克力输送凸
3、轮机构,从以上诸例可以看出:凸轮机构一般是由三个构件、两个低副和一个高副组成的单自由度机构。,凸轮机构在对开印刷机中的应用,凸轮机构在胶印机中的应用,凸轮机构在内燃机中的应用,二、凸轮机构的分类,在凸轮机构中,凸轮可为原动件也可为机架;但多数情况下,凸轮为原动件。从不同角度出发,凸轮机构可作如下分类。1、按两活动构件间的相对运动特性分类(1)平面凸轮机构:两活动构件之间的相对运动为平面运动的凸轮机构.(2)空间凸轮机构:两活动构件之间的相对运动为空间运动的凸轮机构,,(1)平面凸轮机构,a.盘形凸轮:凸轮的基本型式 是一个相对机架作定轴转动或为机架且具有变化向径的盘形构件,它可视为盘形凸轮的演
4、化型式。是一个相对机架作直线移动或为机架且具有变化轮廓的构件,b.移动凸轮:,(1)平面凸轮机构,(2)空间凸轮机构,圆柱凸轮机构在机械加工中的应用,凸轮机构在其它机器中的应用,2、按推杆形状分类,(1)尖顶推杆:尖端能与任意复杂凸轮轮廓保持接触,因而能实现任意预期的运动规律。尖顶与凸轮呈点接触,易磨损,用于受力不大的场合。(2)滚子推杆:它改善了从动件与凸轮轮廓间的接触条件,耐磨损,可承受较大载荷,故在工程实际中应用最为广泛。(3)平底推杆:平底推杆与凸轮轮廓接触为一平面,显然它只能与全部外凸的凸轮轮廓作用。其优点是:压力角小,效率高,润滑好,故常用于高速运动场合。,3.根据推杆运动形式的不
5、同,以上三种从动件还可分为:(1)直动推杆(2)摆动推杆,(1)直动推杆:,对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构,偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构,对心直动滚子推杆盘形凸轮机构,对心直动平底推杆盘形凸轮机构,(2)摆动推杆,摆动滚子推杆盘形凸轮机构,摆动尖顶推杆盘形凸轮机构,摆动平底推杆盘形凸轮机构,4、按凸轮高副的锁合方式分,(1)力锁合:利用重力、弹簧力或其他外力使组成凸轮高副的两构件始终保持接触。,形锁合:利用特殊几何形状(虚约束)使组成凸轮高副的两构件始终保持接触。,等宽凸轮机构,等径凸轮机构,共轭凸轮机构,4、按凸轮高副的锁合方式分,盘形凸轮机构在印刷机中的应用,等径凸轮机构在机械加工中的应用,
6、利用分度凸轮机构实现转位,凸轮机构的特点,优点:只要设计出适当的凸轮轮廓,即可使从动件实现任意预期的运动规律,并且结构简单、紧凑、工作可靠。缺点:凸轮为高副接触(点或线),压强较大,容易磨损,凸轮轮廓加工比较困难,费用较高。所以通常用于传力不大的控制机构,一、凸轮机构的基本名词术语二、推杆常用的运动规律三、组合型运动规律四、推杆运动规律的选择,9-2 推杆的运动规律,尖顶直动推杆的位移曲线,一、凸轮机构的基本名词术语,基圆 基圆半径 r0,推程 推程运动角 0,远休 远休止角 01,回程 回程运动角 0,近休 近休止角 02,行程 h,二、推杆常用的运动规律,1、等速运动规律2.等加速等减速运
7、动规律3.余弦加速度运动规律4.正弦加速度运动规律5.3-4-5多项式运动规律,等速运动规律运动线图,推程运动方程,从动件的运动规律,1.等速运动规律,开始点,结束点,由于加速度无穷大而产生的冲击称为刚性冲击。当然,在实际的凸轮机构中由于构件的弹性、阻尼等多种因素,不可能产生无穷大的惯性力。,这种运动规律通常只适用于低速轻载的工况下,或是对从动件有实现等速运动要求的场合,1.等速运动规律,是指在从动件的一个运动行程中(推程或回程),前半段采用等加速,后半段采用等减速 其位移曲线为两段光滑相连的反向抛物线,故有时又称为抛物线运动规律。其运动方程和运动线图如下所示,2.等加速等减速运动规律,速度曲
8、线连续,而加速度曲线在运动的起始、中间点和终点处不连续。将这种由于有限值的加速度突变而产生的冲击称为柔性冲击。适用于中、低速轻载。,推程运动方程,等加速等减速运动规律运动线图,2.等加速等减速运动规律,3、余弦加速度运动规律,余弦加速度运动规律运动线图,加速度曲线按余弦规律变化,称为余弦加速度运动规律。,该运动规律的起始与终点处加速度突变为有限值,因而会产生柔性冲击。如果从动件的运动仅具有推程和回程阶段,则其加速度曲线也连续,不产生柔性冲击,因而可应用于高速工况场合。,3、余弦加速度运动规律,4、摆线运动规律,摆线运动规律运动线图,推程运动方程,由于加速度曲线按正弦规律变化,故又称为正弦加速度
9、运动规律。该种运动规律的速度与加速度曲线均连续,不产生刚性与柔性冲击,适用于高速场合,4、-多项式运动规律,该种运动规律的速度与加速度曲线均连续,因而不产生刚性与柔性冲击,可适用于高速中载工况,-多项式运动规律,从动件常用运动规律特性比较及适用场合,三、组合型运动规律,为满足工程实际的需要,综合几种不同运动规律的优点,设计出一种具有良好综合特性的运动规律。这种通过几种不同函数组合在一起而设计出的从动件运动规律,称为组合型运动规律。,1.拼接原则,a.中低速运动的凸轮,为避免刚性冲击,从动件的位移曲线和速度曲线必须连续b.中高速运动的凸轮,还应避免柔性冲击,要求从动件的加速度曲线也必须连续 在满
10、足以上条件下,要求最大速度与最大加速度的值尽可能小,(1)修正正弦运动规律 该曲线在运动起始的段和终止的段,采用周期相同的正弦函数;在两段中间的段则采用一段周期较长的简谐函数。,(2)修正梯形运动规律 用几段简谐函数使加速度成为连续曲线。加速段和减速段的加速度曲线是对称的。,组合型运动规律运动线图,2.组合型运动规律举例,四、推杆运动规律的选择,1、衡量运动特性的主要指标,a、最大速度 最大速度值越大,则从动件系统的动量也大。若机构在工作中遇到需要紧急停车的情况,由于从动件系统动量过大,会出现操控失灵,造成机构损坏等安全事故。因此希望从动件运动速度的最大值越小越好。,b、最大加速度 最大加速度
11、值的大小,会直接影响从动件系统的惯性力,从动件与凸轮廓线的接触应力,从动件的强度等。因此希望从动件在运动过程中的加速度最大值越小越好。,c、运动规律的高阶导数。运动规律的高阶导数是否连续也是衡量运动规律特性的主要指标。研究表明,为有效改善凸轮机构的动力学特性,减小系统的残余振动,应选取跃度连续的运动规律进行凸轮廓线设计。,2.选择和设计运动规律时需注意的问题,(1).根据工作要求选择或设计运动规律,(2).兼顾运动学和动力特性两方面要求,四、推杆运动规律的选择,在工程实际中需针对具体的设计问题,在综合考虑运动学、动力学等多方面因素的基础上来选择或设计从动件的运动规律。,无论是采用作图法还是解析
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