凸轮机构设计.pptx
安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 81 凸轮机构的应用和类型组成：三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。作用：将连续回转 =从动件直线移动或摆动。优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。应用：内燃机 、牙膏生产等自动线、补 鞋机、配钥匙机等。分类：1)按凸轮形状分：盘形、移动、圆柱凸轮(端面)。2)按推杆形状分：尖顶、滚子、平底从动件。特点：尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；滚子磨损小，应用广；平底受力好、润滑好，用于高速传动。实例第1页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授12刀架o3).按从动件运动分：直动(对心、偏置)、摆动4).按保持接触方式分：力封闭（重力、弹簧等）内燃机气门机构机床进给机构几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮)第2页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授r1r2r1+r2=constW凹槽凸轮主回凸轮等宽凸轮等径凸轮优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：线接触，容易磨损。第3页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授绕线机构3作者：潘存云教授12A线应用实例：第4页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授3皮带轮5卷带轮录音机卷带机构1放音键2摩擦轮413245放音键卷带轮皮带轮摩擦轮录音机卷带机构第5页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授132送料机构第6页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授ot s82 从动件的运动规律凸轮机构设计的基本任务:1)1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;名词术语：一、从动件的常用运动规律基圆、推程运动角、基圆半径、推程、远休止角、回程运动角、回程、近休止角、行程。一个循环r0h而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。2)2)从动件的运动规律;3)3)合理确定结构尺寸;4)4)设计轮廓曲线。sDBCB shAhsstt第7页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授在推程起始点：=0=0，s=0代入得：C00，C1h/h/t t推程运动方程：s h/t v h/tstvah在推程终止点：=t t ，s=h+刚性冲击同理得回程运动方程：sh(1-/t)v-h/ta0a 01.1.等速运动规律第8页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 2.等加等减速运动规律位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。推程加速上升段边界条件：起始点：=0=0，s=0，v0中间点：=t t/2 2，s=h/2 求得：C00，C10，C22h/2t加速段推程运动方程为：加速段推程运动方程为：s 2h2/2tv 4h/2ta 4h2/2t第9页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授ah/2t th/2推程减速上升段边界条件：终止点：=t t，s=h，v0中间点：=t t/2 2，s=h/2 求得：C0h，C14h/t C2-2h/2t减速段推程运动方程为：s h-2h(t)2/2t1sv-4h(t-)/2ta-4h2/2t2 35462h/2h/0 0柔性冲击4h4h2 2/2 20 03重写加速段推程运动方程为：重写加速段推程运动方程为：s 2h2 /2tv 4h/2ta 4h2/2tv第10页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 同理可得回程等加速段的运动方程为：s h-2h2/2tv-4h/2ta-4h2/2t回程等减速段运动方程为：回程等减速段运动方程为：s 2h(t-)2/2tv-4h(t-)/2ta 4h2/2t第11页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授设计：潘存云h0 s sa.余弦加速度(简谐)运动规律推程：sh1-cos(/t)/2 v hsin(/t)/2ta 2h2 cos(/t)/22t 回程：sh1cos(/t)/2 v-hsin(/t)/2ta-2h2 cos(/t)/22t123456v vV Vmaxmax=1.57h/2=1.57h/20 0在起始和终止处理论上a为有限值，产生柔性冲击。123456第12页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 savh0 0.正弦加速度（摆线）运动规律推程：sh/h/t t-sin(2/-sin(2/t t)/2)/2 vh1-cos(2/h1-cos(2/t t)/)/t ta2h2h2 2 sin(2/(2/t t)/)/2 2t t 回程：sh1-/h1-/t t+sin(2/+sin(2/t t)/2)/2 vhcos(2/hcos(2/t t)-1/)-1/t ta-2h-2h2 2 sin(2/(2/t t)/)/22t t无冲击vmax=2h/0 0amax=6.28=6.28hh2 2/0 02 2123456r=h/2=2/=2/0 0第13页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授设计：潘存云vs a hooo0 0三、改进型运动规律将几种运动规律组合，以改善运动特性。+-正弦改进等速v s a hooo0 0第14页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 1.1.凸轮廓线设计方法的基本原理83 凸轮轮廓曲线的设计2.2.用作图法设计凸轮廓线1)1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮2)2)对心直动滚子从动件盘形凸轮3)3)对心直动平底从动件盘形凸轮4)4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮5)5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构3.3.用解析法设计凸轮的轮廓曲线第15页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授设计：潘存云一、凸轮廓线设计方法的基本原理反转原理：依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：给整个凸轮机构施以-时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。O O-3311223 33 31 11 12 22 2第16页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授设计：潘存云60r0120-1已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：选比例尺l作基圆r r0 0。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。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1.1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109二、图解法设计（绘制）盘形凸轮轮廓 6012090901 3 5 78911 13 15s 91113121410第17页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授2)2)对心直动滚子从动件盘形凸轮设计：潘存云s 911 13 151 3 5 78r0A120-1设计步骤小结：选比例尺l作基圆r r0 0。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。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。135789111312142345 67 8910111213146090901876543214131211109理论轮廓实际轮廓作各位置滚子圆的内(外)包络线。已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。601209090第18页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授3)3)对心直动平底推杆盘形凸轮设计：潘存云s 911 13 151 3 5 78r0已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：选比例尺l作基圆r r0 0。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。作平底直线族的内包络线。8765432191011121314-A13578911131214123456781514131211109 601209090第19页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授设计：潘存云911 13 151 3 5 78O OeA A已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。4)4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮13578911131214-612345781514131211109设计步骤小结：选比例尺l作基圆r r0 0;反向等分各运动角;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。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8 601209090s2 第20页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授5)5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构设计：潘存云120B11 1r0 601209090s 已知凸轮的基圆半径r0，角速度，摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。12345 6 7 85678B1B2B3B4B5B6B7B860 90-dABl1 2 3 4B22 2B33 3B44 4B55 5B66 6B77 7A1A2A3A4A5A6A7A8第21页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授yxB0三.用解析法设计凸轮的轮廓曲线例：偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构由图可知：s0(r(r0 02 2-e-e2 2)1/21/2实际轮廓线为理论轮廓的等距线。曲线任意点切线与法线斜率互为负倒数：原理：反转法设计结果：轮廓的参数方程:x=x()y=y()x=(s0+s)sin+ecosy=(s0+s)cos-esinetg=-dx/dy=(dx/d)/(-dy/d)=sin/cos(1)er r0 0-rrr0s0snns0yx已知：r r0 0、r rT T、e e、S=S()S=S()第22页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授(x,y)rrnn对(1)(1)式求导，得：dx/d(ds/d-e)sin+(s0+s)cos式中:“”对应于内等距线，“”对应于外等距线。实际轮廓为B点的坐标：x=y=x-rrcosy-rrsinyxB0eer r0 0-rrr0s0snns0yx (dx/d)(dx/d)2+(dy/d)2 得：sin=(dy/d)(dx/d)2+(dy/d)2cos=(x,y)(x,y)dy/d(ds/d-e)cos-(s0+s)sin第23页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 84 凸轮机构基本尺寸的确定 上述设计廓线时的凸轮结构参数r0、e、rr等，是预先给定的。实际上，这些参数也是根据机构的受力情况是否良好、动作是否灵活、尺寸是否紧凑等因素由设计者确定的。1.凸轮机构的压力角2.凸轮基圆半径的确定3.滚子半径的确定第24页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 B1.凸轮机构的压力角vG压力角-正压力与推杆上B点速度方向之间的夹角FxFx机构发生自锁F工 程 上 要 求：max 直动推杆：30摆动推杆：354545回程：708080提问：平底推杆？第25页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授BO2.2.凸轮基圆半径的确定nnr r0 0 tg=s+r20-e2ds/d e式中：当导路与瞬心同侧时去“”。对于直动推杆凸轮机构存在一个正确偏置的问题！注意：用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，故偏距 e e 不能太大。正确偏置：导路位于与凸轮旋转方向相反的位置。第26页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授设计：潘存云a工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，rT滚子半径rT arT rT arT 轮廓正常外凸rTa对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：rT minmin第27页/共28页安徽工程科技学院专用 作者：潘存云教授 感谢您的观看！第28页/共28页
