机械设计基础第四版第3章.ppt
第三章第三章 凸轮机构凸轮机构 CAMS3-1 凸轮机构的类型及应用凸轮机构的类型及应用一、一、凸轮机构凸轮机构 的应用的应用 凸轮机构凸轮机构高副机构，可方便实现各种复杂的预期的运动规律高副机构，可方便实现各种复杂的预期的运动规律1.按凸轮形状分按凸轮形状分 1）盘形凸轮）盘形凸轮 (Disk Cam)二、凸轮机构二、凸轮机构 的分类的分类(Classification of Cams）2）移动凸轮）移动凸轮 (Translating Cam)3）空间凸轮）空间凸轮(Spatial Cam)凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类2.按从动件形式分按从动件形式分1）尖顶从动件）尖顶从动件 (Tip Follower)2）滚子从动件）滚子从动件 (Roller Follower)3）平底从动件）平底从动件 (Flat-faced Follower)3.按从动件按从动件 运动形式分运动形式分2）摆动从动件）摆动从动件 OscillatingOscillating 1）移动从动件）移动从动件 (Translating Follower)凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类从动件行程从动件行程:在推程或回程中从动件的最大位移在推程或回程中从动件的最大位移,用用 h 表示；表示；偏偏 距距:凸轮回转中心与从动件导路间的偏置距离凸轮回转中心与从动件导路间的偏置距离,用用 e 表示。表示。3-2从动件常用运动规律从动件常用运动规律一、基本术语一、基本术语凸轮基圆凸轮基圆：以凸轮轴心以凸轮轴心为圆心为圆心,以其轮廓最小向径以其轮廓最小向径 r0为半径的圆；为半径的圆；推程运动角：与从动件推推程运动角：与从动件推程相对应的凸轮转角，程相对应的凸轮转角，t t远休止角远休止角：与从动件远休与从动件远休程相对应的凸轮转角，程相对应的凸轮转角，s；回程运动角：与从动件回程相对应的凸轮转角，回程运动角：与从动件回程相对应的凸轮转角，h；近休止角近休止角：与从动件近休程相对应的凸轮转角，与从动件近休程相对应的凸轮转角，s；动画演示二、从动件运动规律二、从动件运动规律(Law of Motion of Follower)(Law of Motion of Follower)(以推程为例进行分析以推程为例进行分析)1.1.等速运动规律等速运动规律(Law of Constant Velocity(Law of Constant Velocity Motion)Motion)从动件运动的速度为常数称为等速运动规律从动件运动的速度为常数称为等速运动规律 v v2 2=v=v0 0=常数常数s s2 2=v=v0 0t ta a2 2=0=0开始开始a a2 2=停止停止a a2 2=开始、停止时加速度无穷大，惯性力也无穷大，开始、停止时加速度无穷大，惯性力也无穷大，我们把加速度无穷大引起的冲击称我们把加速度无穷大引起的冲击称刚性冲击刚性冲击.只只适用于低速和从动件质量较小的凸轮机构适用于低速和从动件质量较小的凸轮机构 从动件常用运动规律从动件常用运动规律2.2.等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律(Law of Constant Acceleration and Deceleration Motion)(Law of Constant Acceleration and Deceleration Motion)从动件在前半推程（回程）作等加速从动件在前半推程（回程）作等加速运动，在后半推程（回程）作等减速运动，在后半推程（回程）作等减速运动，通常加速度和减速度绝对值相运动，通常加速度和减速度绝对值相等。等。在起始点及等加等减的交结点加速在起始点及等加等减的交结点加速度发生突变，发生度发生突变，发生柔性冲击柔性冲击，适宜，适宜于中、低速，轻载场合于中、低速，轻载场合从动件常用运动规律从动件常用运动规律3.余弦加速度余弦加速度(简谐简谐)运动规律运动规律(Law of Cosine Acceleration Motion)简谐运动简谐运动质点在圆周上作质点在圆周上作匀速运动，它在该圆直径匀速运动，它在该圆直径 上的上的投影所构成的运动投影所构成的运动s2=R-R其中其中R=从动件常用运动规律从动件常用运动规律即位移方程：即位移方程：速度曲线方程：速度曲线方程：加速度曲线方程：加速度曲线方程：行程始末会引起柔性冲击，只适于中速场合，行程始末会引起柔性冲击，只适于中速场合，此外，还有其它的加速度运动规律。为了获得更好的运动此外，还有其它的加速度运动规律。为了获得更好的运动特性，可以把各种运动规律组合起来应用，组合时应保证特性，可以把各种运动规律组合起来应用，组合时应保证加速度线图始终保持连续加速度线图始终保持连续。从动件常用运动规律从动件常用运动规律三、从三、从动动件运件运动规动规律的律的选择选择 选择考虑因素：刚性冲击和柔性冲击选择考虑因素：刚性冲击和柔性冲击vmax和和amax3-3 3-3 盘状凸轮轮廓的设计盘状凸轮轮廓的设计一、一、反转法反转法凸轮凸轮 1 1方向方向转转+从动件移从动件移凸轮静止凸轮静止从动件移从动件移+从动件以从动件以-1 1 方向绕凸轮回方向绕凸轮回中心转动中心转动从动件始终与凸轮保持接触，从动件尖顶从动件始终与凸轮保持接触，从动件尖顶的一系列位置的一系列位置凸轮轮廓凸轮轮廓凸轮机构的相对运动情况：凸轮机构的相对运动情况：二、对心尖顶直动从动件凸轮对心尖顶直动从动件凸轮轮廓的设计轮廓的设计(Line Translating Tip Follower Cams)1.已知条件：基圆半径已知条件：基圆半径r0,凸轮的转动方向，从动件凸轮的转动方向，从动件的位移线图的位移线图s2=f(1)2.2.设计步骤设计步骤 （1 1）按同一比例尺绘制）按同一比例尺绘制 从动件位移线图和基圆。从动件位移线图和基圆。（2 2）等分从动件位移）等分从动件位移 线图和基圆。线图和基圆。（3 3）量取）量取11=C11=C1 1B B1 1,22=C 22=C2 2B B2 2,得得B B1 1，B B2 2，（4 4）以光滑曲线连）以光滑曲线连C C0 0，B B1 1，B B2 2，得凸轮轮廓曲线得凸轮轮廓曲线盘状凸轮轮廓的设计动画演示三、三、移动滚子从动件凸轮机构移动滚子从动件凸轮机构(Translating Roller(Translating Roller Follwer Disk Cams)Follwer Disk Cams)盘状凸轮轮廓的设计盘状凸轮轮廓的设计四、四、平底从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构3-4 3-4 凸轮设计中应注意的问题凸轮设计中应注意的问题设计中要求受力良好，结构紧凑。设计中要求受力良好，结构紧凑。一、凸轮机构的压力角和自锁一、凸轮机构的压力角和自锁(Pressure Angle And Self Lock)驱动力驱动力F与从动件绝对速度所夹锐角与从动件绝对速度所夹锐角 称为压力角。称为压力角。沿导路方向沿导路方向(有用有用)力力F可分解为可分解为 ：对导路的压力对导路的压力(有害有害)当当Ff F 时发生自锁。时发生自锁。一般要求一般要求 =3038二、压力角与基圆半径的关系二、压力角与基圆半径的关系复习：点的合成运动复习：点的合成运动动点相对于定参考系的运动，称为绝对运动动点相对于定参考系的运动，称为绝对运动a a动点相对于动参考系的运动，称为相对运动动点相对于动参考系的运动，称为相对运动.动参考系相对于定参考系的运动，称为牵连运动参考系相对于定参考系的运动，称为牵连运动动,点的速度合成定理：动点在某瞬时的绝对速度点的速度合成定理：动点在某瞬时的绝对速度等于瞬时牵连速度与相对速度的矢量和。等于瞬时牵连速度与相对速度的矢量和。其中其中 VB2=V2 VB1=(r0+s2)V2=(r0+s2)tg运动规律给定运动规律给定结构不紧凑结构不紧凑,它们成它们成反比关系反比关系.凸轮设计中应注意的问题凸轮设计中应注意的问题三、滚子半径的选择三、滚子半径的选择(Selection of Roller Radius)1.凸轮理论轮廓为内凹凸轮理论轮廓为内凹2.凸轮理论轮廓为外凸时凸轮理论轮廓为外凸时1)当当 min rs 时时,min0；2)当当min=rs 时时,min=0,工工 作轮廓上出现尖点；作轮廓上出现尖点；3)当当min rs 时时,min 0，出现出现“失真失真”现象。现象。凸轮设计中应注意的问题凸轮设计中应注意的问题避免避免失真办法失真办法
