机械原理课件第九章凸轮机构及其设计.ppt

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1、第九章 凸轮机构及其设计,一、凸轮机构的应用,9-1 凸轮机构的应用及分类,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,利用分度凸轮机构实现转位,圆柱凸轮机构在机械加工中的应用,二、凸轮机构的分类,凸轮机构分类,1.按两活动构件之间 相对运动特性分类,2.按从动件运动副元素形状分类,3.按凸轮高副的锁合方式分类,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,（1）平面凸轮机构 1）盘形凸轮,1.按两活动构件之间的相对运动特性分类,2）移动凸轮,（2）空间凸轮机构,（1）直动尖顶从动件,对心直动尖顶从动件,偏置直动尖顶从动件,2.按从动件运动副元素形状分类,（2）直动滚子从动件,（3）直

2、动平底从动件,根据运动形式的不同，以上三种从动件还可分为直动从动件，摆动从动件，平面复杂运动从动件。,摆动滚子从动件,摆动尖顶从动件,摆动平底从动件,平面复杂运动从动件,3.按凸轮高副的锁合方式分类,1)力锁合,保持接触,2)形锁合,优点：只要设计出适当的凸轮轮廓，即可使从动件实现预期的运动规律；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。,凸轮机构的优缺点：,9-2 从动件运动规律及其选择,一、凸轮机构的基本名词术语 以尖顶从动件为对象予以介绍,凸轮基圆、基圆半径rb,从动件行程(h，亦称升距),对心式尖顶从动件盘形凸轮机构,

3、360=d0+dS+d0+dS,凸轮机构的工作原理,凸轮机构的工作原理,摆动从动件凸轮机构,最大摆角,从动件运动线图：从动件位移S、速度v、加速度a与凸轮转角d（或时间t）之间的对应关系曲线。,（1）升-停-回-停型（RDRD型）,（2）升-回-停型（RRD型）,（3）升-停-回型（RDR型）,（4）升-回型（RR型）,二、从动件常用运动规律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。,2.等加等减速运动规律,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。,加加速度,3.余弦加速度(简谐)运动规律,特点：存在柔冲击。位置：发生在运动的起始点和终止点。

4、,a=p2hw2cos(pd/d0)/(2d20),4.正弦加速度（摆线）运动规律,特点：既无柔性更无刚性冲击。,摆线,a=2phw2sin(2pd/d0)/d20),三、从动件运动规律的选择,在选择从动件运动规律时，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mamax,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,9-3 按预定运动规律用作图法设计盘形凸轮廓线,一、对心式凸轮机构凸轮廓线的设计1.尖顶从

5、动件1)凸轮机构相对运动分析,凸轮上的观察结果,机架上的观察结果,2)反转法设计原理,3)设计步骤,1,2,3,已知条件：从动件运动规律、凸轮转向基圆半径。,3)设计步骤,1,2,3,已知条件：从动件运动规律、凸轮转向基圆半径。,设计步骤：,反转中导路线,2.滚子从动件1)分析,实际廓线,理论廓线,2)设计,注意：1.基圆半径为理论廓线最小向径；2.先求理论廓线，后作包络线，得实际廓线。,包络线,3.平底从动件1)分析,尖顶轨迹线,2)设计,理论廓线,a.将基圆沿-方向将d0和d0与位移线图进行对应等分；,设计步骤：,d.作平底线的其包络线实际廓线。,结论：a.偏置式凸轮机构中从动件导路线始终

6、切于偏置圆；,1.尖顶从动件1)相对运动分析,偏置圆,二、偏置式凸轮廓线的设计,偏 距,b.导路线与基圆交点为推杆尖顶最低点起始点。,2)设计已知条件：凸轮转向、基圆半径、偏置圆半径。,导路线,a.连接回转中心与推杆起始点，将基圆沿-方向将d0和d0与位移线图进行对应等分；,c.光滑连接i得凸轮廓线。,b.过等分点作偏置圆切线；并在其上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点i；,设计步骤：,注意：也可在偏置圆上进行运动角等分，通过其等分点作偏置圆切线以获得导路线。,三、摆动式凸轮机构凸轮廓线的设计1.尖顶从动件1)凸轮机构相对运动分析,A3,A1,A2,9-4 盘形凸轮机构基本尺寸的确定,-G+F

7、cos(a+j1)-(FR1+FR2)sinj2=0,于是有考虑摩擦时驱动力的表达式：,一、凸轮机构中的作用力和凸轮机构的压力角,-Fsin(a+j1)+(FR1-FR2)cosj2=0,FR2cosj2(l+b)-FR1 cosj2 b=0,临界压力角ac,在工程实际中，为保证较高的机械效率，改善受力状况，通常规定凸轮机构的最大压力角 a max 应小于或等于某一许用压力角a,而凸轮机构的许用压力角则应有：a ac,根据实践经验，推荐的许用压力角取值为:推程：直动从动件取 a=30 40；摆动从动件取 a=35 45；,回程：直动和摆动从动件均取a=70 80。,二、按许用压力角a 确定凸轮

8、机构的基本尺寸,P12,P12与导路线同侧取“-”；异侧取“+”。,=ds/dd,影响凸轮压力角的因素：,在设计凸轮时，如何选取凸轮基本尺寸(rb，e)保证凸轮机构的最大压力角amax小于或等于许用压力角a是工作中一个应注意的问题。,dS/dj，S从动件运动规律；rb，e 凸轮基本尺寸。,三、滚子半径的选择,滚子半径rr,ra=r+rr显然：ra r结论：实际廓线始终存在。,1.凸轮轮廓的内凹部分,2.凸轮轮廓的外凸部分,ra=r-rr,ra 0,ra=0,这里r=rr,r rr,ra 0,rr r,7-5 空间凸轮机构简介1.圆柱凸轮机构,空间圆柱分度凸轮机构,2.圆锥凸轮机构,3.弧面凸轮机构,弧面分度凸轮机构,4.球面凸轮机构,本章结束,