《凸轮机构设》PPT课件.ppt

第三章第三章 凸轮机构设计凸轮机构设计31 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型 32 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律33 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线34 设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构应注意的问题本章要点本章要点3-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类1、凸轮机构的应用、凸轮机构的应用2、凸轮机构的分类、凸轮机构的分类1132e1、凸轮机构的应用、凸轮机构的应用凸轮机构组成凸轮机构组成1132e1132e1132e1132e132e132e132e132e132e132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh3机架2从动件eh1凸轮高副eh凸轮机构凸轮机构 由由凸轮，从动件和凸轮，从动件和机架构成的三杆机架构成的三杆高副机构高副机构。eh凸轮机构的应用凸轮机构的应用内燃机气门凸轮机构内燃机气门凸轮机构配气机构配气机构机床进给机构机床进给机构12刀架刀架o例1例2例3例4例52、凸轮机构的分类、凸轮机构的分类按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类盘形凸轮盘形凸轮：最基本的形式，结构简单，应用最为广泛最基本的形式，结构简单，应用最为广泛移动凸轮移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动：凸轮相对机架做直线运动圆柱凸轮圆柱凸轮：空间凸轮机构：空间凸轮机构盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮按从动件的形状分类按从动件的形状分类尖端从动件曲面从动件尖尖端端能能以以任任意意复复杂杂的的凸凸轮轮轮轮廓廓保保持持接接触触，从从而而使使从从动动件件实实现现任任意意的的运运动动规规律律。但但尖尖端端处处极极易易磨磨损损，只只适适用用于于低低速场合。速场合。磨损比尖端从动件小。磨损比尖端从动件小。滚子从动件滚子从动件 平底从动件平底从动件凸凸轮轮与与从从动动件件之之间间为为滚滚动动摩摩擦擦，因因此此摩摩擦擦磨磨损损较较小小，可用于传递较大的动力。可用于传递较大的动力。从从动动件件与与凸凸轮轮之之间间易易形形成成油油膜膜，润润滑滑状状况况好好，受受力力平平稳稳，传传动动效效率率高高，常常用用于于高高速速场场合合。但但与与之之相相配配合的凸轮轮廓须全部外凸。合的凸轮轮廓须全部外凸。按从动件的运动形式分类按从动件的运动形式分类移动从动件移动从动件 摆动从动件摆动从动件移动从动件：从动件作往复移动，其运动轨迹为从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线；一段直线；摆动从动件：从动件作往复摆动，其运动轨迹为从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。一段圆弧。32 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律1、基圆：、基圆：一、基本概念一、基本概念2、偏距、偏距e：从动件导路从动件导路偏离偏离凸轮回转中心的距离。凸轮回转中心的距离。w wO Orminw wrminO Oe e凸轮凸轮理论轮廓理论轮廓上最小向径为半径所画的圆。上最小向径为半径所画的圆。3 3、推程：、推程：4 4、升程：、升程：从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的运动规从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的运动规律由离回转中心最近位置律由离回转中心最近位置A到达最远位置到达最远位置B的的过程。过程。从动件在推程中所走过的距离从动件在推程中所走过的距离h。5、推程运动角：、推程运动角：6、远休止角：、远休止角：t=AOB（升程角）（升程角）与推程相与推程相应应的凸的凸轮转轮转角角t。S=BOC从从动动件在最件在最远远位置停止不位置停止不动动所所对应对应的凸的凸轮转轮转角角s。w wA AB B rminO OB BC CD Dtsh9、近休止角：、近休止角：8、回程运动角：、回程运动角：h=CODs=AOD7 7、回程：、回程：从动件在弹簧力或重力作用下，以一从动件在弹簧力或重力作用下，以一定的运动规律回到起始位置的过程。定的运动规律回到起始位置的过程。与回程相与回程相应应的凸的凸轮转轮转角角h。从从动动件在最近位置停止不件在最近位置停止不动动所所对应对应的凸的凸轮转轮转角角s。hsw wA ABBrminO OB BC CD Dtsh 以以纵纵坐坐标标代代表表从从动动件件位位移移s2，横横坐坐标标代代表表凸凸轮轮转转角角1或或t，所画出的位移与转角之间的关系曲线。，所画出的位移与转角之间的关系曲线。10、从动件位移线图：、从动件位移线图：上升上升停停降降停停t1s2ABCDh2p2phstsAhsw wA ABBrminO OB BC CD Dtsh 从动件位移线图决定于从动件位移线图决定于凸轮轮廓曲线的形状。凸轮轮廓曲线的形状。1 1、推程：、推程：2 2、升程：、升程：3、推程运动角：推程运动角：4、远休止角：远休止角：7、近休止角：、近休止角：6、回程运动角：回程运动角：5 5、回程：、回程：ABAB偏置尖顶直动从动件盘形凸轮偏置尖顶直动从动件盘形凸轮 t s h sw wA ABBO OB BC CD DhCDCDht s h s理论廓线、工作廓线理论廓线、工作廓线基圆半径指的是理论廓线上的基圆半径指的是理论廓线上的最小向径最小向径.工理升升停停回回停型停型(RDRD)升升回回停型停型(RRD)升升停停回型回型(RDR)升升回型回型(RR)运动循环的类型运动循环的类型S()S()S()S()一、等速运动规律：从动件运动的速度为常数一、等速运动规律：从动件运动的速度为常数 (直线位移运动规律、直线位移运动规律、一次多项式运动规律一次多项式运动规律)S2d d1 1d d0HV2d d1 1d d0a2d d1 1Hw wd d0d d0特点：特点：设计简单、匀速进给、amax 最小。始点、末点有刚性冲击。适于低速、轻载、从动杆质量不大，以及要求匀速的情况。v2=Hw/dw/d0二、等加速等减速运动规律二、等加速等减速运动规律:从动件在前半程或回程（从动件在前半程或回程（h/2h/2）中作等加速运动，后半推程或回程（中作等加速运动，后半推程或回程（h/2h/2）中作等减速运动）中作等减速运动(抛物线位移运动规律、二次多项式运动规律抛物线位移运动规律、二次多项式运动规律)S2d d1 1d d0HV2d d1 1d d0a2d d1 12Hw wd d0d d04Hw4Hw2 2d d02d d0H特点特点:amax 最小最小 惯性力小。惯性力小。起、中、末点有软性冲击起、中、末点有软性冲击.适于中速、轻载适于中速、轻载.S2d d1 1a2max=4Hw w2 2/d/d02V2max=2Hw/dw/d0a2d d1 1三、余弦加速度运动规律 (简谐运动位移运动规律)d d0H0 1 2 3 4 5 6 7 812345678S2d d1 1V2d d1 10 1 2 3 4 5 6 7 8d d0pH2d0012345678p2H22d020123456特点:加速度变化连续平缓.始、末点有软性冲击.适于中速、中载.0 1 2 3 4 5 6 7 8d d078a2max=p p2Hw w2 2/2d/2d02V2max=p pHw/2dw/2d0a2d d1 1d d02p2pHw w2d d0201246780 1 2 3 4 5 6 7 83四、正弦加速度运动规律 V2d d1 12Hw wd d00123468d d00 1 2 3 4 5 6 7 8557Hp特点：特点：加速度变化连续加速度变化连续.a amax 最大最大.对加工误差敏感对加工误差敏感.适于高速、轻载适于高速、轻载.(摆线投影位移运动规律)d d01 2 3 4 5 6 7 8d d1 1H123456S2700ad五、几种常用运动规律的比较H等速等速余弦余弦d0等加等加正弦正弦等速的等速的 a amax 最小最小,省力省力.正弦的正弦的a amax 最大最大.a等速的等速的 Vmax 最小最小,安全安全.d0等加的等加的 amax 最小，惯性小最小，惯性小.等速的等速的 a.正弦的正弦的 a 连续连续.(动量动量 mVmax 最小最小,SdVd即冲力即冲力 F=mV/t 最小最小.)6.多项式运动规律多项式运动规律 S=C0+C1d d+C2d d2 2+C3d d3 3+Cnd dn .六、常用运动规律的选择 1.没有任何要求、轻载、没有任何要求、轻载、2.低速、轻载，要求等速、低速、轻载，要求等速、adad小行程、手动小行程、手动,可用圆弧或偏心圆可用圆弧或偏心圆.等位移等位移,3.中低速、中轻载中低速、中轻载,可用等加减速或余弦加速度运动规律可用等加减速或余弦加速度运动规律.可用等速运动规律可用等速运动规律.4.较高速、轻载较高速、轻载,可用正弦加速度运动规律可用正弦加速度运动规律.5.组合型组合型.小结：小结：等速运动规律：等速运动规律：有刚性冲击有刚性冲击 低速轻载低速轻载等加速等减速运动：等加速等减速运动：柔性冲击柔性冲击 中速轻载中速轻载余弦加速度运动规律：余弦加速度运动规律：柔性冲击柔性冲击 中低速重载中低速重载正弦加速度运动规律：正弦加速度运动规律：无冲击无冲击 中高速轻载中高速轻载五次多项式运动规律：五次多项式运动规律：无冲击无冲击 高速中载高速中载运动规律运动规律 运动特性运动特性 适用场合适用场合 凸轮设计的凸轮设计的基本原理基本原理采采用的是用的是“反转法反转法”，即凸轮，即凸轮轮廓设计中，是认为凸轮静轮廓设计中，是认为凸轮静止不动，从动件相对于凸轮止不动，从动件相对于凸轮轴心做反方向（反转）运动，轴心做反方向（反转）运动，并令从动件相对其导路按给并令从动件相对其导路按给定的运动规律运动。定的运动规律运动。3-3 凸轮廓线曲线的设计一、对心尖顶移动从动杆例:已知 R0、H、的方向、从动杆运动规律和凸轮相应转角 凸轮转角凸轮转角从动杆运动规律从动杆运动规律 0180 等速上升 H180 210 上停程210 300 等速下降 H300 360 下停程解解:1.以以 m mS=作位移曲线作位移曲线.Sd03600180021003000H1 2 3 4 5 6 7 8 9 102.以同样的以同样的 m mS 作凸轮廓线作凸轮廓线01234567891012345678Ar0609090120-s12345 67 891011121314对心直动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮对心直动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径的基圆半径rb，角速度角速度和推杆的运动规和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rb b。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。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。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。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。60120909013578911 13 159111312141876543214131211109rbr0609090120-1234567891011121314对心直动滚子推杆凸轮机构中，已知凸轮对心直动滚子推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径的基圆半径rb，角速度角速度和推杆的运动规和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：设计步骤：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rb b。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件滚子中心在各等份点的位置。确定反转后，从动件滚子中心在各等份点的位置。将各中心点连接成一条光滑曲线。将各中心点连接成一条光滑曲线。A作各位置滚子圆的内作各位置滚子圆的内(外外)包络线包络线(中心轨迹的等距曲线中心轨迹的等距曲线)。二、对心直动滚子推杆盘形凸轮二、对心直动滚子推杆盘形凸轮s 601209090135781 3 5 7 8911 13 15911131214理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓1876543214131211109rb对心直动平底推杆凸轮机构中，已知对心直动平底推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径rb，角速度角速度和推杆和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：设计步骤：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rb b。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。作平底直线族的内包络线。作平底直线族的内包络线。三、对心直动平底推杆盘形凸轮三、对心直动平底推杆盘形凸轮123456788765432191011121314151413121110 9s 601209090135781 3 5 7 8911 13 15911131214rb四、偏置尖顶移动从动杆 例.已知:R0、H、e、的方向、凸轮转角凸轮转角从动杆运动规律从动杆运动规律 0180 等速上升 H180 210 上停程210 300 等速下降 H300 360 下停程解:1.以 mS=作位移曲线.2.以同样的 mS 作凸轮廓线012345678910从动杆运动规律和凸轮相应转角:Sd03600180021003000H1 2 3 4 5 6 7 8 9 10摆动尖顶推杆凸摆动尖顶推杆凸轮机构中，已知轮机构中，已知凸轮的基圆半径凸轮的基圆半径rb，角速度角速度，摆动推杆长度摆动推杆长度l以及摆杆回转中以及摆杆回转中心与凸轮回转中心与凸轮回转中心的距离心的距离d，摆摆杆角位移方程，杆角位移方程，设计该凸轮轮廓设计该凸轮轮廓曲线。曲线。五、摆动尖顶推杆盘形凸轮机构五、摆动尖顶推杆盘形凸轮机构A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B812060 90 B11 1B22 2B33 3B44 4B55 5B66 6B77 7-rbABld 60120909012341 2 3 45 67 85768一、压力角与作用力的关系一、压力角与作用力的关系压力角压力角:从动件上的驱动力与从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间该力作用点绝对速度之间所夹的锐角。所夹的锐角。凸轮机构的压力角：凸轮机构的压力角：接触点法线与从接触点法线与从动件上作用点速度方动件上作用点速度方向所夹的锐角。向所夹的锐角。CBS2eOvrminw w1 1213nnF P34 设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构应注意的问题 力力 F 分解为沿从动件运动分解为沿从动件运动方向的有用分力方向的有用分力 F 和使从动件和使从动件紧压导路的有害分力紧压导路的有害分力 F。1、F一定时，一定时，压力角压力角越大越大，有害分力，有害分力 F越大，机构的越大，机构的效率越低。效率越低。上式表明：上式表明：2、自锁：自锁：当当增大到一定程度，增大到一定程度，使有害分力使有害分力F在导路中所引起在导路中所引起的摩擦阻力大于的摩擦阻力大于F 时，时，无论凸轮加给从动件的作用力无论凸轮加给从动件的作用力有多大有多大，从动件都不能运动，这种现象称为，从动件都不能运动，这种现象称为自锁自锁。F=Fcos F”=FsinFF”F推程：推程：移动从动件移动从动件=3040摆动从动件摆动从动件=3545回程：回程：=7080工程上要求：工程上要求：max 二、压力角与凸轮机构尺寸的关系二、压力角与凸轮机构尺寸的关系 CBS2eOvrmin1 1213nnFFF P公式说明：公式说明：由由图图可可得得偏偏心心、对对心心直直动动滚滚子子从从动动件件盘盘形形凸凸轮轮机机构构在在推程任一位置时压力角的表达式为推程任一位置时压力角的表达式为 基圆半径越大，压力角越小。从传力基圆半径越大，压力角越小。从传力的角度来看，基圆半径越大越好；从的角度来看，基圆半径越大越好；从机构紧凑的角度来看，基圆半径越小机构紧凑的角度来看，基圆半径越小越好。越好。在设计时，应在满足许用压力角要在设计时，应在满足许用压力角要求的前提下，选取最小的基圆半径求的前提下，选取最小的基圆半径工作轮廓的曲率半径，工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，rT滚子半径滚子半径rT rT rT rT rT0rT rT rT 轮廓失真轮廓失真rTrTrTrTrT0.8 min设计凸轮机构时应注意设计凸轮机构时应注意滚子半径滚子半径的问题：的问题：滚子半径的确定滚子半径的确定