凸轮机构的应用及其分类ppt课件.ppt
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1、3 3 1 1 凸轮机构的应用及其分类凸轮机构的应用及其分类3 3 2 2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律 3 3 3 3 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定 3 3 4 4 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓3 5 解析法设计凸轮轮廓解析法设计凸轮轮廓第三章凸轮机构3-1 3-1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型 一、凸轮机构的组成及应用 凸轮机构是一种结构简单且容易实现各种复杂运动规律的高副机构,广泛应用于自动化及半自动化机械中。 如图所示为内燃机配气凸轮机构 。凸轮1以等角速度回转,驱动从动件2按预期的运动规律启闭阀门。 动画动画 如图为弹子锁与钥匙组成的凸轮机
2、构,钥匙是凸轮,插入弹子锁的锁芯中,凸轮廓线将不同长度的弹子2推到同样的高度,即每一对弹子(2与7)的分界面与锁芯和锁体的分界面相齐,则通过锁体可以转动锁芯,拨开琐闩4。 下图为自动送刀机构, 当带有凹槽的凸轮1转动时,通过槽中的滚子,驱使推杆2作往复移动。凸轮每转过一周,推杆即从储料器中推出一个毛坯,送到加工位置。动画动画自动机床的进刀机构自动机床的进刀机构n冲压机 (动画)u凸轮机构主要是由机架,凸轮和从动件组成,凸轮和从动件之间形成高副。u凸轮机构的特点是:结构简单、紧凑,设计 容易且能实现任意复杂的运动规律。 但因凸轮与从动件之间系点、线接触, 易于磨损,故只用于受力不大的场合。一)按
3、凸轮的形状分一)按凸轮的形状分1、盘形凸轮、盘形凸轮 2、移动凸轮、圆柱凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类 1、尖顶从动件、尖顶从动件 2、滚子从动件、滚子从动件 3、平底从动件、平底从动件二)按从动件上高副元素的几何形状分二)按从动件上高副元素的几何形状分三)、根据从动件的运动形式分三)、根据从动件的运动形式分1、移动从动件凸轮机构、移动从动件凸轮机构对心对心 偏心偏心2、摆动从动件凸轮机构、摆动从动件凸轮机构表中给出了从动件的运动方式及其与凸轮接触形式的分类和特点。四四)按机构封闭性质分按机构封闭性质分 力封闭式力封闭式 利用弹簧力或从动件重力使从动件与凸轮保持接
4、触,如右图所示。 形封闭式形封闭式 利用凸轮或从动件的特殊形状而始终保持接触。如下图所示。五五)按从动件导路与凸轮的相对位置分按从动件导路与凸轮的相对位置分 对心凸轮机构对心凸轮机构 从动件导路中心线通过凸轮回转中心。 偏心凸轮机构偏心凸轮机构 从动件导路中心线不通过凸轮回转中心,而存在一偏置距离。 凸轮机构设计的根本任务凸轮机构设计的根本任务 是根据工作要求选定合适的凸轮机构的型式及从动件的运动规律,并合理地确定基圆等基本尺寸,然后根据选定的从动件的运动规律设计出凸轮应具有的凸轮轮廓曲线。其中,根据工作要求选定从动件的运动规律,乃是凸轮轮廓设计的前提。3-2 常用从动件运动规律常用从动件运动
5、规律 一、凸轮机构运动分析一、凸轮机构运动分析 1. 凸轮机构的基本名词术语凸轮机构的基本名词术语基圆、基圆半径基圆、基圆半径以凸轮轮廓最小向径rmin为半径所作的圆称为凸轮的基圆, rmin 称为基圆半径。如图所示。从动件推程、升程、推程运动角从动件推程、升程、推程运动角从动件在凸轮轮廓的作用下由距凸轮轴心最近位置被推到距凸轮轴心最远位置的过程称为从动件的推程,在推程中从动件所走过的距离称为从动件的升程h,推程对应的凸轮转角t称为推程运动角,如图所示。 远休止角远休止角从动件在距凸轮轴心最远位置处静止不动所对应的凸轮转角s称为远休止角。回程回程、回程运动角回程运动角从动件在凸轮轮廓的作用下由
6、距凸轮轴心最远位置回到距凸轮轴心最近位置的过程称为从动件的回程,回程中凸轮转过的角度h称为回程运动角,如图所示。近休止角近休止角从动件在距凸轮轴心最近位置处静止不动所对应的凸轮转角s称为近休止角。凸轮机构的运动原理凸轮机构的运动原理hhA BOOr0abcdDBCabcdSt基圆基圆回程运动角回程运动角近休止角近休止角推程运动角推程运动角远休止角远休止角动画演示动画演示u 需要说明的是,其中两个停止阶段可能有,也可能没有。因此,凸轮机构在一个运动循环中,最多只 具有这四个运动阶段。 从动件的运动规律从动件的运动规律当凸轮以等角速度转动时,从动件在推程或回程时,其位移s、速度v及加速度a随时间或
7、凸轮转角变化的规律。如以直角坐标系的横坐标代表凸轮的转角(时间),纵坐标代表从动件的位移s,则可画出从动件的位移曲线.从动件的运动规律是通过凸轮轮廓与从动件的高副元素的接触来实现的,凸轮的轮廓曲线不同,从动件的运动规律不同。从动件的运动规律完全取决于凸轮廓线的形状。一、基本运动规律一、基本运动规律 a= 2(2c2 + 6c3 +12c4 2 + +n(n-1)cn n-2) j= 3(6c3 + 24c4 + +n(n-1)(n-2)cn n-3), 式中,式中, 为凸轮的转角(为凸轮的转角(rad);); c0,c1,c2, ,为,为n+1个待定系数。个待定系数。1、n=1的运动规律的运动
8、规律 =0, s=0; = , s=h.s = c0+c1 v= c1 a=0hSvh0a (一)(一) 多项式运动规律多项式运动规律s=c0 + c1 + c2 2 + c3 3 + + cn nv= ( c1 + 2c2 + 3c3 2 + +ncn n-1)0,2, 2vhshs222222hs = h-(F- j)F4hwv =(F- j)F4ha = -wF等速运动规律等速运动规律 0aa=0 2、 n=2的运动规律的运动规律2012122222scccvccac 0sh 0vv2, 20, 0, 0hsvs222222 hs =jF4 h wv =jF4 ha =wF 0j 0vv
9、max 0shamax 0a-amax柔性冲击柔性冲击柔性冲击柔性冲击从加速度线上可以看出,在从动件运动的始末两点,理论上加速度值由零突变为无穷大,致使从动件受的惯性力也由零变为无穷大。而实际上材料有弹性,加速度和推力不致无穷大,但仍将造成巨大的冲击,这种冲击称为刚刚性冲击。性冲击。刚性冲刚性冲击击从图可以看出,从动件的加速度发生突变的点,其惯性力亦有突变,但因为该突变有限,古所引起的冲击亦是有限的,这里特称其为柔性冲击柔性冲击.等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律1、建立坐标系,并将横 坐标6等分,分别记作1、 2、3、4、5、6,以o为端点 作一射线并按平方关系描点记为1、4、9、4、
10、1、0。 491ooo va作图步骤:123456 123456410s2、连接0点与推成h最高点c ,并过点1、4、9、4、1分别作其平行线,再过这些点作s轴的垂线,和过点1、2、3、4、5、6作 轴的垂线相交与1、2.c3、光滑的连接1、2 3、4、5、6,所 形成的曲线即为从 动件的位移线图。 svaj 0000(二)余弦加速度规律(二)余弦加速度规律 1112212322coscos()sin()cos()actcvadtccsvdtccc 0 ,0 ,0,svsh hps =1 - c o s (j)2Fp h wpv=s in (j)2 FF22ph wpa=c o s (j)2F
11、2 F123456O132456 s123456 vo ao1、建立坐标系,并将横 坐标6等分,以从动件 推成h作为直径作半圆, 并将其6等分。分别记 作1、2、3、4、5、6。 2、分别作这些等分点关 于轴和s轴的垂线,分 别俩俩对应相交于1、2 3、4、5、6。3、光滑的连接1、2 3、4、5、6,所 形成的曲线即为从 动件的位移线图。作图步骤:h(三)正弦加速度规律(三)正弦加速度规律11122123222pa=csin(wt)=csin(j)FF2pv= adt=-ccos(j)+c2pwFF2pjs= vdt=-csin(j)+c+c4p wFwhss,0,02212sin()221
12、cos()22sin()shhvha 运动规律组合应遵循的原则运动规律组合应遵循的原则:1、对于中、低速运动的、对于中、低速运动的 凸轮机构,要求从动件凸轮机构,要求从动件 的位移曲线在衔接处相切,以保证速度曲线的的位移曲线在衔接处相切,以保证速度曲线的 连续。连续。 2、对于中、高速运动的凸轮机构则还要求从动、对于中、高速运动的凸轮机构则还要求从动 件的速度曲线在衔接处相切,以保证加速度曲件的速度曲线在衔接处相切,以保证加速度曲 的连续。的连续。二、组合运动规律简介二、组合运动规律简介 从动件常用基本运动规律特性从动件常用基本运动规律特性等等速速 1.0 刚性刚性低速轻载低速轻载等加速等减速
13、等加速等减速 2.0 4.00柔性柔性中速轻载中速轻载余弦加速度余弦加速度 1.57 4.93柔性柔性中速中载中速中载正弦加速度正弦加速度 2.00 6.28 无无高速轻载高速轻载运动规律运动规律 vmax(h / ) amax冲击特性冲击特性适用范围适用范围(h 2/ 2) 三、从动件运动规律设计:三、从动件运动规律设计:1、从动件的最大速度、从动件的最大速度vmax要尽量小;要尽量小;2、从动件的最大加速度、从动件的最大加速度amax要尽量小;要尽量小;3、从动件的最大跃动度、从动件的最大跃动度jmax要尽量小。要尽量小。 改进型等速运动规律改进型等速运动规律 0 0aa=0 v 0sh
14、3-3 凸轮机构的基本尺寸的确定凸轮机构的基本尺寸的确定 作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角称为压力角。在不计摩擦时,高副 中构件间的力是沿法线方向作用的,因此,对于高构,压力角也即是接触轮廓法线与从动件速度方向 所夹的锐角。 一、凸轮机构中的作用力与凸轮机构的压力角一、凸轮机构中的作用力与凸轮机构的压力角0cos)(cos0sin)()cos(0cos)()sin(212222112211bRblRMRRPQFRRPFByx211)sin(/21)cos(/tglbQP1、压力角:、压力角: 指推杆沿凸轮廓线指推杆沿凸轮廓线接触点的法线方向与推杆速度方接触点的法线方向与
15、推杆速度方向之间所夹的锐角。向之间所夹的锐角。根据力的平衡条件可得根据力的平衡条件可得消去消去R1、R2压力角压力角 力力P无穷大无穷大机构发机构发生自锁生自锁临界压力角临界压力角 cenn vF”S rmincpF O 当不计凸轮与从动件之间的摩擦 时,凸轮给予从动件的力F是沿法线方向,从动件运动方向与力F之间的锐角即压力角压力角。凸轮压力角是反映机构传力特性的一个重要参数。如图所示,力F可分解为沿从动件运动方向的有用分力F和使从件紧压导路的有害分力F,且F=FtgF 上式表明,驱动从动件的有用分力F一定时,压力角 越大,则有害分力F越大,机构的效率越低。 当增大到一定程度,以致F在导路中所
16、引起的摩擦阻力大于有用分力F时,无论凸轮加给从动件的作用力多大,从动件都不能运动,这种现象称为自锁。u从减小推力和避免自锁的观点来看,压力角愈小愈好。u凸轮廓线上不同点处的压力角是不同的。为保证凸轮机构能正常运转,设计时应使最大压力角不超过许用压力角,即max ,对于直动从动件凸轮机构,建议取许用压力角=30;对于摆动从动件凸轮机构,建议取许用压力角=45。二、压力角与凸轮机构尺寸的关系 由上图所示的偏置尖顶从动件盘形凸轮机构可知,凸轮机构的压力角与基圆半径rmin和偏心距e的关系为:22112222222min2min2minvdseedOPetgsresresre 由上式可知:当其它条件不
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