清华大学机械原理凸轮机构学习教案.pptx

会计学1清华大学机械清华大学机械(jxi)原理凸轮机构原理凸轮机构第一页，共47页。3.1 3.1 凸轮机构凸轮机构凸轮机构凸轮机构(jgu)(jgu)的组成与类型的组成与类型的组成与类型的组成与类型凸轮机构凸轮机构凸轮机构凸轮机构(jgu)(jgu)的组成的组成的组成的组成n n1 1 凸轮凸轮(tln)(tln)n n2 2 从动件从动件n n3 3 机架机架高副机构(jgu)第1页/共47页第二页，共47页。凸轮机构凸轮机构凸轮机构凸轮机构(jgu)(jgu)的类型的类型的类型的类型1.1.按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类盘形凸轮：最基本的形式，结构简单盘形凸轮：最基本的形式，结构简单(ji(ji ndn)ndn)，应用最为广泛，应用最为广泛移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动圆柱凸轮：空间凸轮机构圆柱凸轮：空间凸轮机构盘形凸轮 移动(ydng)凸轮 圆柱凸轮第2页/共47页第三页，共47页。2.按从动件的形状按从动件的形状(xngzhun)分类分类尖端(jindun)从动件曲面(qmin)从动件尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。磨损比尖端从动件小。第3页/共47页第四页，共47页。滚子(n z)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，可可用用于于传传递递较较大大(jio d)的的动力。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(rnhu)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合的的凸轮轮廓须全部外凸。凸轮轮廓须全部外凸。第4页/共47页第五页，共47页。3.3.按从动件的运动按从动件的运动(yndng)(yndng)形式分类形式分类移动移动(ydng)(ydng)从动件从动件 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(yndng)轨迹为一段直线；摆动从动件：从动件作往复摆动，其运动(yndng)轨迹为一段圆弧。第5页/共47页第六页，共47页。4.4.按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类(1)(1)力锁合力锁合弹簧力、从动件重力或其它外力弹簧力、从动件重力或其它外力(2)(2)型锁合型锁合利用高副元素本身利用高副元素本身(bnshn)(bnshn)的几何形状的几何形状第6页/共47页第七页，共47页。槽凸轮机构槽凸轮机构 槽两侧面的距离槽两侧面的距离等于滚子直径。等于滚子直径。优点：锁和方式优点：锁和方式(fngsh)(fngsh)结构简单结构简单缺点：加大了凸轮的尺寸和重量缺点：加大了凸轮的尺寸和重量第7页/共47页第八页，共47页。等宽凸轮机构等宽凸轮机构 凸轮廓线上任意两凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离条平行切线间的距离(jl)(jl)都等于框架内都等于框架内侧的宽度。侧的宽度。缺点(qudin)：从动件的运动规律的选择受到一定的限制，当180范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确定后，其余180内的凸轮廓线必须符合等宽原则第8页/共47页第九页，共47页。等径凸轮机构等径凸轮机构(jgu)(jgu)两滚子中心间的两滚子中心间的距离始终保持不变。距离始终保持不变。缺点：缺点：从动件运动规律从动件运动规律(gul)(gul)的选择受到的选择受到一定的限制一定的限制第9页/共47页第十页，共47页。主回凸轮主回凸轮(tln)(tln)机构机构(共轭凸轮共轭凸轮(tln)(tln)机构机构)优点：克服了等宽、等径凸轮(tln)的缺点缺点：结构复杂，制造精度要求高 一一 个个 凸凸 轮轮(tln)推推动动从从动动件件完完成成正正行行程程运运动动，另另一一个个凸凸轮轮(tln)推推动动从从动动件件完完成成反反行行程程的的运运动动第10页/共47页第十一页，共47页。5.反凸轮(tln)机构摆杆为主动摆杆为主动(zhdng)件，凸轮为从件，凸轮为从动件动件第11页/共47页第十二页，共47页。凸轮机构(jgu)的应用例1：实现变速操纵第12页/共47页第十三页，共47页。例2：实现(shxin)自动进刀、退刀第13页/共47页第十四页，共47页。例例3 3：控制阀门：控制阀门(f mn)(f mn)的启的启闭闭第14页/共47页第十五页，共47页。例例4 4：印刷机的吸纸吸头：印刷机的吸纸吸头第15页/共47页第十六页，共47页。3.2 3.2 从动件运动规律设计从动件运动规律设计从动件运动规律设计从动件运动规律设计凸轮凸轮凸轮凸轮(tln)(tln)机构的工作情况机构的工作情况机构的工作情况机构的工作情况第16页/共47页第十七页，共47页。回程运动角回程运动角近休止角近休止角从动件运动规律从动件运动规律(gul)（从动件位移线图）（从动件位移线图）n n基基 圆圆 以以 凸凸 轮轮 轮轮 廓廓(lnku)(lnku)的的最最小小向向径径rbrb所所作的圆作的圆n n升升程程从从动动件件上上升升的的最最大大距离距离h hn n推程运动角推程运动角00n n远休止角远休止角ss第17页/共47页第十八页，共47页。从动件常用运动(yndng)规律1.等速运动(yndng)特特点点：速速度度有有突突变变，加加速速度度理理论论上上由由零零至至无无穷穷大大，从从而而使使从从动动件件产产生生巨巨大大的的惯惯性性力力，机机构构受受到到强强烈烈(qin li)冲冲击击刚刚性性冲冲击击适应场合：低速轻载适应场合：低速轻载第18页/共47页第十九页，共47页。2.2.等加速等加速等加速等加速(ji s)(ji s)等减速等减速等减速等减速(抛物线抛物线抛物线抛物线)运动运动运动运动特特点点：加加速速度度曲曲线线有有突突变变，加加速速度度的的变变化化率率(即即跃跃度度j)在在这这些些位位置置(wi zhi)为为无无穷大穷大柔性冲击柔性冲击适应场合：中速轻载适应场合：中速轻载第19页/共47页第二十页，共47页。3.简谐运动简谐运动(jin xi yn dn)(余弦加速度运动余弦加速度运动)当质点在圆周上作匀速运动(yns yndng)时，它在该圆直径上的投影所构成的运动规律简谐运动特点：有柔性冲击适用场合：中速轻载(当从动件作连续(linx)运动时，可用于高速)第20页/共47页第二十一页，共47页。4.4.摆线摆线(bi xin)(bi xin)运动运动(简介简介)半径R=h/2的滚圆(gnyun)沿纵座标作纯滚动，圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律摆线运动特点：无刚性(n xn)、柔性冲击适用场合：适于高速第21页/共47页第二十二页，共47页。5.3-4-55.3-4-5多项式运动多项式运动(yndng)(yndng)(简介简介)特点：无刚性冲击(chngj)、柔性冲击(chngj)适用场合：高速、中载第22页/共47页第二十三页，共47页。从动件运动规律的选择(xunz)1.常用运动规律性能比较第23页/共47页第二十四页，共47页。2.2.从动件运动规律的选择原则从动件运动规律的选择原则考虑因素：考虑因素：对运动规律的要求对运动规律的要求凸轮的转速（动力特性和便于加工）凸轮的转速（动力特性和便于加工）从动件运动规律的组合从动件运动规律的组合1.1.满足工作对运动规律的特殊要求；满足工作对运动规律的特殊要求；2.2.为为避避免免刚刚性性冲冲击击(chngj)(chngj)，位位移移曲曲线线和和速速度度曲曲线线必必须须连连续；而为避免柔性冲击续；而为避免柔性冲击(chngj)(chngj)，加速度曲线也必须连续。，加速度曲线也必须连续。3.3.尽量减小速度和加速度的最大值。尽量减小速度和加速度的最大值。第24页/共47页第二十五页，共47页。3.3 3.3 凸轮凸轮(tln)(tln)轮廓的设计轮廓的设计基本原理（反转法）基本原理（反转法）反转后，从动件尖端的运动轨迹(guj)就是凸轮的轮廓曲线。第25页/共47页第二十六页，共47页。图解法设计图解法设计图解法设计图解法设计(shj)(shj)凸轮轮廓凸轮轮廓凸轮轮廓凸轮轮廓1.1.移动从动件盘形凸轮移动从动件盘形凸轮移动从动件盘形凸轮移动从动件盘形凸轮(1)(1)尖底从动件尖底从动件尖底从动件尖底从动件第26页/共47页第二十七页，共47页。第27页/共47页第二十八页，共47页。（2 2）滚子）滚子(n z)(n z)从动件从动件滚子中心将描绘一条(y tio)与凸轮廓线法向等距的曲线理论廓线。Rb指的是理论廓线的基圆。第28页/共47页第二十九页，共47页。作内包络线，得到凸轮(tln)的实际廓线；若同时作外包络线，可形成槽凸轮(tln)廓线。第29页/共47页第三十页，共47页。（3）平底从动件）平底从动件 取平底从动件表面上的点B0作为(zuwi)假想的尖端从动件的尖端。第30页/共47页第三十一页，共47页。为了(wi le)保证在所有位置从动件平底都能与凸轮轮廓曲线相切，凸轮廓线必须是外凸的。第31页/共47页第三十二页，共47页。2.2.摆动摆动摆动摆动(b(b idng)idng)从动件盘形凸轮从动件盘形凸轮从动件盘形凸轮从动件盘形凸轮第32页/共47页第三十三页，共47页。解析法解析法解析法解析法(略略略略)3.4 3.4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定(qudng)(qudng)移动滚子从动件盘形凸轮移动滚子从动件盘形凸轮移动滚子从动件盘形凸轮移动滚子从动件盘形凸轮第33页/共47页第三十四页，共47页。(1)压力(yl)角与许用值第34页/共47页第三十五页，共47页。(2)(2)凸轮基圆半径凸轮基圆半径(bnjng)(bnjng)的确定的确定 基圆半径越大，压力基圆半径越大，压力(yl)角越小，但结构尺寸较大角越小，但结构尺寸较大第35页/共47页第三十六页，共47页。(3)(3)从动件偏置方向从动件偏置方向(fngxing)(fngxing)的选择的选择凸轮(tln)逆时针回转，从动件右偏置凸轮(tln)顺时针回转，从动件左偏置第36页/共47页第三十七页，共47页。(4)(4)凸轮轮廓形状与滚子凸轮轮廓形状与滚子(n zn z)半径的关系半径的关系外凸凸轮廓线外凸凸轮廓线第37页/共47页第三十八页，共47页。实际(shj)廓线出现尖点第38页/共47页第三十九页，共47页。实际(shj)廓线出现交叉，从动件不能准确地实现预期的运动规律运动失真第39页/共47页第四十页，共47页。n n内凹凸内凹凸(o t)(o t)轮廓线轮廓线 无论滚子半径多大，总能由理论(lln)轮廓求出实际轮廓。第40页/共47页第四十一页，共47页。n n运动失真n n原因：n n避免方法：n n滚子半径的选择(xunz)n n考虑结构、强度与运动规律等因素第41页/共47页第四十二页，共47页。移动(ydng)平底从动件盘形凸轮 凸轮出现过度(gud)切割的现象，从动件无法完全实现预期的运动规律。原因？第42页/共47页第四十三页，共47页。减小升程h增大(zn d)基圆rb增大(zn d)偏心e第43页/共47页第四十四页，共47页。n n运动失真(sh zhn)n n基圆半径的确定n n 避免运动失真(sh zhn)基圆半径基圆半径(bnjng)过小过小从动件升程过大从动件升程过大第44页/共47页第四十五页，共47页。n n从动件偏置方向从动件偏置方向(fngxing)(fngxing)的选择的选择 从动件偏置并不影响(yngxing)凸轮廓线的形状，选择偏置的主要目的是为了减小从动件在推程阶段所受的弯曲应力。第45页/共47页第四十六页，共47页。n n平地宽度平地宽度(kund)(kund)的确定的确定n n3.5 3.5 凸轮机构的计算机辅助设计凸轮机构的计算机辅助设计(略略)第46页/共47页第四十七页，共47页。