ch4 凸轮机构及间歇运动机构课件.ppt

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1、4-1 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律4-4 4-4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构及间歇运动机构凸轮机构及间歇运动机构4-3 4-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计4-5 4-5 间歇运动机构间歇运动机构4-1 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类一、一、凸轮机构凸轮机构的应用的应用实例实例1 1：内燃机凸轮配气机构内燃机凸轮配气机构1 1 凸轮凸轮2 2 从动件从动件3 3 机架机架实例实例2 2：绕线机构绕线机构4-1 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应

2、用和分类3作者：潘存云教授12A线线132实例实例3 3：送料机构送料机构4-1 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类3皮带轮皮带轮5卷带轮卷带轮1放音键放音键2摩擦轮摩擦轮413245放音键放音键卷带轮卷带轮皮带轮皮带轮摩擦轮摩擦轮实例实例3 3：录音机卷带机构录音机卷带机构4-1 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类二、凸轮机构组成二、凸轮机构组成4-1 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类凸凸 轮轮从动件从动件机机 架架具有曲线轮廓或凹槽的构件具有曲线轮廓或凹槽的构件通过弹簧力、重力或凹槽始终与凸轮保持接触的构通过弹簧力、重力或凹槽始终与凸轮保持接触的

3、构件件支承凸轮与从动件的构件支承凸轮与从动件的构件三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类3.1 3.1 按凸轮形状分按凸轮形状分盘形凸轮盘形凸轮 绕着固定轴线转动，具有变化半径的盘形零件绕着固定轴线转动，具有变化半径的盘形零件4-1 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类312A线线三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类3.1 3.1 按凸轮形状分类按凸轮形状分类4-1 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类13245移动凸轮移动凸轮 相对机架作往复直线运动的凸轮相对机架作往复直线运动的凸轮4-1 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类移动凸轮移动凸轮 相对机架作往复

4、直线运动的凸轮相对机架作往复直线运动的凸轮平网印花筛网升降机构平网印花筛网升降机构 三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类3.1 3.1 按凸轮形状分类按凸轮形状分类圆柱凸轮圆柱凸轮 将移动凸轮卷在圆柱体上形成的凸轮将移动凸轮卷在圆柱体上形成的凸轮4-1 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类1 1 尖顶从动件尖顶从动件 2 2 滚子从动件滚子从动件 3 3 平底从动件平底从动件3.2 3.2 按从动件的型式分按从动件的型式分4-1 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类F3.3 3.3 按从动件的运动方式分按从动件的运动方式分4-1 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应

5、用和分类312A线线1 1 直动从动件直动从动件 2 2 摆动从动件摆动从动件4-1 4-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得所只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得所 需的需的任意运动规律；任意运动规律； 结构简单、紧凑、工作可靠；结构简单、紧凑、工作可靠； 凸轮与从动件之间为点或线接触，接触应力很凸轮与从动件之间为点或线接触，接触应力很大，易磨损。大，易磨损。四、凸轮机构的特点四、凸轮机构的特点4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律从从动动件件位位移移线线图图33一、名词术语一、名词术语基圆基圆推程运动角推程运动角 1基

6、圆半径基圆半径 r0 推程推程远休止角远休止角 2回程运动角回程运动角 3回程回程近休止角近休止角 4r0h 1A2244sDBCB11从动件的升程从动件的升程 h ot1 s21+ 2 + 3+ 4 = 24-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律3h241ots2从动件运动规律：从动件运动规律：S S2= S(t)S(t)、V2= V(t)(t)、a2= a(t)(t) 从动件从动件2 2在运动过程中，其位移在运动过程中，其位移S2、速度、速度V2、加速度、加速度a2 随时间随时间t t 或凸轮转角或凸轮转角 的变化规律。的变化规律。4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件

7、常用的运动规律从动件位移线图从动件位移线图S2t1hv0v2t+a2t4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律位移线图位移线图速度线图速度线图加速度线图加速度线图二、从动件常用运动规律二、从动件常用运动规律4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 等速运动规律等速运动规律 等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律简谐运动规律（余弦加速度运动规律）简谐运动规律（余弦加速度运动规律）摆线运动规律（正弦加速度运动规律）摆线运动规律（正弦加速度运动规律） 从动件在运动过程中的速度从动件在运动过程中的速度v2 = 常数常数1h1.1.等速运动规律等速运动规律v0v2t v

8、2= v0= 常数常数v2= v0= 常数常数 a2 0 s2 v0 t a2t4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律S2t+ 低速轻载的场合低速轻载的场合4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 适用范围：适用范围：1hv0v2t+a2tS2t刚性冲击刚性冲击 加速度理论值为无穷大时所引起的冲击加速度理论值为无穷大时所引起的冲击2.2.等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律 a2= a0= 常数常数v2= a0 ts2 1/2 a0 t 2 -抛物线方程抛物线方程h/21 1h/21 2 35463a0v2ts2ta2t4-2 4-2 从动件常用的运动规律

9、从动件常用的运动规律 从动件在行程从动件在行程h中，中，先作等加速先作等加速（ a2= a0 ）运动，运动，后作等减速后作等减速（a2= - a0）运动运动2.2.等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律ome4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律0点点0突变突变a0 e 点点m点点 a0突变突变-a0 突变突变0-a0a0a2t-a0柔性冲击：柔性冲击： 加速度发生有限值突变，导致有限惯性力的突变加速度发生有限值突变，导致有限惯性力的突变而引起的冲击。而引起的冲击。适用范围适用范围: : 中速轻载的场合中速轻载的场合123从动件位移线图的绘制从动件位移线图的绘制 2.2.等

10、加速等减速运动规律等加速等减速运动规律4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律456h/2h/21 1s2th3.3.简谐运动规律简谐运动规律( (余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律) )4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律从动件的位移曲线是简谐运动曲线从动件的位移曲线是简谐运动曲线简谐运动简谐运动 质点沿圆周作等速运动时，在该圆直径质点沿圆周作等速运动时，在该圆直径 上的投影所构成的运动。上的投影所构成的运动。h1 S S2 2123 456123456从动件的运动线图从动件的运动线图h1 S S2 2a2123 456v v2 21234564-2 4

11、-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律位移线图位移线图速度线图速度线图加速度线图加速度线图a24-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律起起点点0突变突变有限值有限值 终终点点 有限值有限值突变突变0 有限突变惯性力有限突变惯性力柔性冲击柔性冲击适用范围：适用范围：中速中载场中速中载场合合123 456123456从动件位移线图的绘制从动件位移线图的绘制 3.3.余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律 ( (简谐运动规律简谐运动规律) )4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律h1 S S2 2 s2a2v2h0 0123456r=h/2=2/=2/0 04

12、.4.正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律 ( (摆线运动规律摆线运动规律) )4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 从动件的加速度曲线从动件的加速度曲线是正弦曲线；是正弦曲线； 从动件的位移曲线为从动件的位移曲线为摆线在纵轴上的投影。摆线在纵轴上的投影。适用范围：高适用范围：高速场合速场合vs a hooo0 05.5.组合型运动规律组合型运动规律 将几种运动规律组合，以改将几种运动规律组合，以改善运动特性。善运动特性。+-正弦改进等速正弦改进等速v2 s2 a2 hooo1 14-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 五、从动件运动规律小结五、从动件运动

13、规律小结4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律等加速等加速等减速等减速余弦加速度余弦加速度 正弦加速度正弦加速度运动规律运动规律等等 速速冲击冲击特性特性应用场合应用场合低速轻载低速轻载中速轻载中速轻载刚性刚性柔性柔性柔性柔性无无中速中载中速中载高速轻载高速轻载突变至突变至位移特性位移特性速度特性速度特性加速度特性加速度特性直线直线抛物线抛物线简谐曲线简谐曲线有限突变有限突变折线折线曲线连续曲线连续有限突变有限突变有限突变有限突变摆线曲线摆线曲线曲线连续曲线连续无突变无突变一、凸轮轮廓设计方法的基本原理一、凸轮轮廓设计方法的基本原理反转法：反转法： 给整个凸轮机构加上公共角速

14、度给整个凸轮机构加上公共角速度- -1 1，各构件之，各构件之间的相对运动不变。此时，凸轮静止，而从动件一方间的相对运动不变。此时，凸轮静止，而从动件一方面随机架和导路以角速度面随机架和导路以角速度- -1 1绕绕O O点转动，另一方面点转动，另一方面又在导路中往复移动。又在导路中往复移动。O O -1 13 31 12 23 33 31 11 12 22 21 14-3 4-3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓60rmin120-1 111已知：已知：从动件的位移线图、从动件的位移线图、rimn 、1 1逆逆时针方向回转时针方向回转，设计该凸轮轮廓。，设计该凸轮轮廓。设计步骤小结：设计步

15、骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆rminmin。反向等分各运动角。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。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。1.1.对心尖顶直动对心尖顶直动从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 6012090901 3 5 7 8911 13 15s 1 191113121410911 13 151 3 5 7 8O OeA A已知已知:从动

16、件的位移线图、从动件的位移线图、rmin、逆时针方向回转逆时针方向回转和偏心距和偏心距e。2.2.偏置尖顶直动偏置尖顶直动从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮13578911131214-612345781514131211109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 rminmin; ; 反向等分各运动角反向等分各运动角; ; 确定从动件尖顶在各等份点的位置确定从动件尖顶在各等份点的位置; ;将各点连成光滑曲线将各点连成光滑曲线作偏距圆切于从动件导路；作偏距圆切于从动件导路；1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k

17、6k7k8 601209090s2 1 1二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制3.3.对心直动滚子从动件盘形凸轮对心直动滚子从动件盘形凸轮s 1 1911 13 151 3 5 7 8A120-1135789111312142345 67 8910111213146090901876543214131211109理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin。反向等分各运动角。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。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

18、顶点连接成一条光滑曲线。作各位置滚子圆的内包络线。作各位置滚子圆的内包络线。已知：已知：从动件的位移线图、从动件的位移线图、 rmin、滚子、滚子半径半径rT、逆时针方向回转逆时针方向回转。 601209090rmin二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制4.4.对心平底直动从动件盘形凸轮对心平底直动从动件盘形凸轮s 1 1911 13 151 3 5 7 8r0已知：已知：从动件的位移线图、从动件的位移线图、rmin、逆逆时针方向回转，时针方向回转，设计该凸轮轮廓。设计该凸轮轮廓。设计步骤：设计步骤：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin。反向等分各运动角

19、。反向等分各运动角。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。8765432191011121314-A13578911131214123456781514131211109 601209090二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制注：平底尺寸注：平底尺寸l l 的确定的确定4.4.对心平底直动从动件盘形凸轮对心平底直动从动件盘形凸轮二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 为了保证平底始终与轮为了保证平底始终与轮廓接触，廓接触，平底左侧长度应大平底左侧长

20、度应大于于m，右侧长度应大于，右侧长度应大于l。 l = 2lmax+ ( 57 ) mm推荐：推荐：ABlAB1.1.尖顶摆动从动件盘形凸轮尖顶摆动从动件盘形凸轮120B11 1 60120909012345 6 7 85678B1B2B3B4B5B6B7B860 90 -1 2 3 4B22 2B33 3B44 4B55 5B66 6B77 7A1A2A3A4A5A6A7A8三、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制三、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制r0O已知已知: 摆杆的角位移线图、摆杆长度摆杆的角位移线图、摆杆长度lAB、逆时针方向回转逆时针方向回转，r0、凸轮与摆杆的中心距、凸轮与摆杆的中心距l

21、OA 、设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。lOA2 2 1 12max2max 注意：注意：m)m(图长实际角度0首先用角位移比例尺作出摆杆的角位移线图首先用角位移比例尺作出摆杆的角位移线图, ,将角位将角位移线图分成若干等份，得移线图分成若干等份，得22、11mmmm0023006例如取： 若从图上量出若从图上量出 ，则相应的从动件实际摆，则相应的从动件实际摆角为角为: :mm822 02162822按角位移线图求出摆杆的角位移，依次为：按角位移线图求出摆杆的角位移，依次为：3322、11321、4-3 4-3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓1.1.尖顶尖顶摆动从动件盘形凸轮摆动

22、从动件盘形凸轮三、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制三、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制2.2.滚子滚子摆动从动件盘形凸轮摆动从动件盘形凸轮（略）（略）3.3.平底平底摆动从动件盘形凸轮摆动从动件盘形凸轮（略）（略） 若采用滚子或平底从动件，则前述方法得到的凸轮若采用滚子或平底从动件，则前述方法得到的凸轮轮廓即为理论轮廓，轮廓即为理论轮廓， 只要在理论轮廓上选一系列点作滚子可平底，最后只要在理论轮廓上选一系列点作滚子可平底，最后作它们的包络线，便可求出相应的实际轮廓。作它们的包络线，便可求出相应的实际轮廓。 按上述方法绘制的凸轮轮廓，必须校核推程压力角。按上述方法绘制的凸轮轮廓，必须校核推程压力角。注：

23、注：若若max ，则应修改设计。，则应修改设计。通常，通常，rmin max Ov2r01123nnFnBFxFy压力角压力角 接触轮廓法线与从动件运动接触轮廓法线与从动件运动方向所夹的锐角方向所夹的锐角一、压力角与自锁现象一、压力角与自锁现象4-4 4-4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题有用分力有用分力：Fy= Fncos有害分力有害分力：Fx= Fnsin 无论无论Fn多大，都无法推动从多大，都无法推动从动件运动，机构自锁。动件运动，机构自锁。Ff Fy时，时，摩擦阻力摩擦阻力: :Ff = Nf = Fx f = f Fn sin0v2r01123FnFxFy4-4

24、 4-4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题Fx导路中的摩擦阻力导路中的摩擦阻力Ff Fy机构效率机构效率FQ设计时应使设计时应使 max 推程：直动从动件：推程：直动从动件： 30摆动从动件：摆动从动件： 35 45Ov2r01123nnFnBFxFy4-4 4-4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题Ov2r01123rS2二、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基圆基圆 r0 0 凸轮的尺寸凸轮的尺寸但但 基圆基圆 r0 0 只能在只能在max 前提下，考前提下，考虑缩小凸轮的尺寸。虑缩小凸轮的尺寸。 tan21220svsrr4-4

25、 4-4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题minmin凸轮理论轮廓的最小曲率半径，凸轮理论轮廓的最小曲率半径，凸轮实际轮廓的曲率半径凸轮实际轮廓的曲率半径， rk滚子半径滚子半径rk 轮廓正常轮廓正常内凹内凹rkrk 外凸外凸rk二、二、滚子半径的选择滚子半径的选择- - rk 滚子半径的大小滚子半径的大小对对无无影响影响轮廓正常轮廓正常 04-4 4-4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题 为了使凸轮轮廓既不变尖，更不自交为了使凸轮轮廓既不变尖，更不自交 ：min rk轮廓失真轮廓失真轮廓变尖轮廓变尖rkrk rk - - rk 0 rk - - rk

26、= 04-4 4-4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题 若滚子半径太小不能满足安装和强度要求，则：若滚子半径太小不能满足安装和强度要求，则： r0，重新设计凸轮轮廓。，重新设计凸轮轮廓。1. 组成组成 揺杆、棘爪、棘轮、止动爪、机架。揺杆、棘爪、棘轮、止动爪、机架。2. 工作原理工作原理 摆杆往复摆动，棘爪推动摆杆往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动。棘轮间歇转动。作者：潘存云教授棘轮棘轮摇杆摇杆棘爪棘爪止动爪止动爪4 46 6 间歇运动机构间歇运动机构一、棘轮机构一、棘轮机构单动式棘轮机构单动式棘轮机构3. 类型类型双动式棘轮机构双动式棘轮机构4 45 5 间歇运动机构间歇运动

27、机构双向运动棘轮机构双向运动棘轮机构ABB棘轮双向运动棘轮双向运动1 1棘轮双向运动棘轮双向运动2 24 45 5 间歇运动机构间歇运动机构4. 4. 应用应用实例实例1 1 起重止动器起重止动器作者：潘存云教授45 间歇运动机构间歇运动机构在各类机床中实现进给、转位、或分度在各类机床中实现进给、转位、或分度实例实例2 2 牛头刨床横向自动进给机构牛头刨床横向自动进给机构4 45 5 间歇运动机构间歇运动机构ABCD实例实例3 冲床转位冲床转位 间歇转动间歇转动冲头冲头卸料工位卸料工位装料工位装料工位冲压工位冲压工位45 间歇运动机构间歇运动机构o21 12二、槽轮机构二、槽轮机构1. 1.

28、组成组成 带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮o1锁止弧锁止弧槽轮槽轮拨盘拨盘圆销圆销45 间歇运动机构间歇运动机构2. 工作原理工作原理 将拨盘连续回转变换为槽轮间歇转动将拨盘连续回转变换为槽轮间歇转动o21 12o1锁止弧锁止弧槽轮槽轮拨盘拨盘圆销圆销45 间歇运动机构间歇运动机构外啮合槽轮机构外啮合槽轮机构内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构球面槽轮机构球面槽轮机构o1o21 122 23. 类型类型45 间歇运动机构间歇运动机构实例实例1 1 电影放映机电影放映机45 间歇运动机构间歇运动机构实例实例2 六角车床刀架转位机构六角车床刀架转位机构45 间歇运动机构间歇运动机构