第六章凸轮机构的运动设计精选文档.ppt
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1、第六章凸轮机构的运动设计第六章凸轮机构的运动设计本讲稿第一页,共四十九页6.1 6.1 凸轮机构的组成及其应用凸轮机构的组成及其应用A1凸轮凸轮1从动件从动件2机架机架311凸轮机构的组成凸轮机构的组成:凸轮机构主要由凸轮机构主要由凸轮、从动件凸轮、从动件和机架和机架组成。组成。v 凸轮凸轮-是一个具有曲是一个具有曲线轮廓的构件,一般作线轮廓的构件,一般作主动件主动件,且为匀速运动且为匀速运动 v 从动件从动件-作往复直作往复直线运动或摆动线运动或摆动动画演示凸轮机构的原理本讲稿第二页,共四十九页(实例:专用车床的凸轮控制机构实例:专用车床的凸轮控制机构动画演示F该机构是加工水表零件的专用自动
2、车床上的凸轮控制机构该机构是加工水表零件的专用自动车床上的凸轮控制机构由三个凸轮和推杆分别控制棒料、刀架和钻头的运动,从而由三个凸轮和推杆分别控制棒料、刀架和钻头的运动,从而依次实现自动送料、车端面、割槽、钻孔和割断等工序,完依次实现自动送料、车端面、割槽、钻孔和割断等工序,完成对零件的自动切削加工成对零件的自动切削加工本讲稿第三页,共四十九页1凸轮机构的分类凸轮机构的分类.按凸轮的形状分按凸轮的形状分类类平面凸轮机构平面凸轮机构空间凸轮机构空间凸轮机构盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮本讲稿第四页,共四十九页.按从动件运动副元素按从动件运动副元素
3、形状分类形状分类 尖尖底底从动件从动件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件(a a)、()、(b b)为尖底从动件;)为尖底从动件;(c c)、()、(d d)为滚子从动件;)为滚子从动件;(e e)、()、(f f)为平底从动件。)为平底从动件。本讲稿第五页,共四十九页.按从动件按从动件运动方运动方式式分类分类摆动从动件摆动从动件直动从动件直动从动件对心直动从动件对心直动从动件偏心直动从动件偏心直动从动件动画链接1 动画链接2 动画链接3动画链接本讲稿第六页,共四十九页.按凸轮高副的锁合按凸轮高副的锁合方式分类方式分类力锁合力锁合形锁合形锁合力锁合1 力锁合2形锁合1、2、3、4本讲稿第
4、七页,共四十九页思考一下思考一下 综合前面的各种凸轮的分类方式,试说出下面凸综合前面的各种凸轮的分类方式,试说出下面凸轮机构的名称轮机构的名称动画链接动画链接实际应用实际应用动画链接动画链接实际应用实际应用本讲稿第八页,共四十九页6.2 6.2 凸轮机构从动件运动规律的设计凸轮机构从动件运动规律的设计sDr0eABC凸轮的基圆凸轮的基圆该位置为最低位置该位置为最低位置1基本术语基本术语v基圆基圆基圆基圆 r r r r0 0 0 0 :以凸轮轴心为以凸轮轴心为圆心圆心,以其最小轮廓向径为以其最小轮廓向径为半径所作的圆,称为凸轮半径所作的圆,称为凸轮的基圆半径。的基圆半径。v凸轮转角凸轮转角凸轮
5、转角凸轮转角 :以导路为参以导路为参考轴进行测量考轴进行测量v从动件位移从动件位移S S:从最低位从最低位置开始测量置开始测量v偏距:偏距:从动件导路中心相从动件导路中心相对轴心偏置的距离对轴心偏置的距离本讲稿第九页,共四十九页由于凸由于凸轮轮一般以一般以转转速速作匀速作匀速转动转动,所以凸,所以凸轮轮的的转转角角与与转动时间转动时间t t成成线线性关系(性关系(=t=t)。因此,通常将从)。因此,通常将从动动件的运件的运动规动规律律表示成凸轮转角表示成凸轮转角的函数。的函数。1从动件的运动设计的方法从动件的运动设计的方法三个线图之间的几何关系为:三个线图之间的几何关系为:位位位位 移移移移速
6、速 度度加速度加速度加速度加速度微微 分分积积 分分本讲稿第十页,共四十九页以凸轮轮廓最小向径以凸轮轮廓最小向径r r0 0为半径、凸轮轴心为圆心所作的为半径、凸轮轴心为圆心所作的圆称为基圆,圆称为基圆,r r0 0称为基圆半径称为基圆半径推程推程 行程或升程行程或升程(h)(h)推程运动角推程运动角0 0远休止状态远休止状态 远休止角远休止角s s回程回程 回程运动角回程运动角0 0近休止状态近休止状态 近休止角近休止角s s动画演示本讲稿第十一页,共四十九页s行程行程h BCD推程运动角推程运动角远休止角远休止角回程运动角回程运动角近休止角近休止角AsDr0eABC从动件的推程从动件的推程
7、,A B,A B;从动件的远休止过程从动件的远休止过程,B C,B C;从动件的回程从动件的回程,C D,C D;近休止状态近休止状态,D A,D A。1概念:概念:凸轮机构完成凸轮机构完成一个一个运动循环运动循环运动循环运动循环本讲稿第十二页,共四十九页待定系数待定系数C C0 0,C C1 1,C Cn n可利用从动件在某些位置的位移、速可利用从动件在某些位置的位移、速度和加速度等度和加速度等边界条件边界条件来确定。来确定。从动件推程的运动规律为从动件推程的运动规律为多项式运动规律,其位移多项式运动规律,其位移的一般表达式为:的一般表达式为:讨论:讨论:n=5n=5时,式中就有时,式中就有
8、6 6个待定系数个待定系数多项式运动规律探讨多项式运动规律探讨本讲稿第十三页,共四十九页求解:求解:取取n=5n=5,设六个边界条件:,设六个边界条件:=0=0时,时,S=0S=0,v=0v=0,a=0,a=0,=0 0时,时,S=hS=h,v=0v=0,a=0 a=0 求凸轮机构的运动规律。求凸轮机构的运动规律。将边界条件代入得一个六元线性方程组,解之得:将边界条件代入得一个六元线性方程组,解之得:C C0 0,C C1 1,C C C C3 310h/10h/0 03 3,C C4 415h/15h/0 04 4;C C5 56h/6h/0 05 5得五次多项式运动规律的表达式为:得五次多
9、项式运动规律的表达式为:本讲稿第十四页,共四十九页 讨论:讨论:(1)(1)(1)(1)六个边界条件:六个边界条件:六个边界条件:六个边界条件:=0 =0 时,时,S=0S=0,v=0v=0,a=0,a=0,=0 0时,时,S=hS=h,v=0v=0,a=0 a=0 (2)(2)(2)(2)凸轮机构设计关键:凸轮机构设计关键:凸轮机构设计关键:凸轮机构设计关键:确定从动件的位移、速度和加速度三者之一与凸确定从动件的位移、速度和加速度三者之一与凸轮转角之间的函数关系;轮转角之间的函数关系;确定相应的边界条件。确定相应的边界条件。本讲稿第十五页,共四十九页等等速速运运动动规规律律 推程:推程:推程
10、:推程:回程:回程:回程:回程:1其它几种常用的从动件的运动规律其它几种常用的从动件的运动规律在起始和终止点速度有突变,使瞬时加速度趋于无穷在起始和终止点速度有突变,使瞬时加速度趋于无穷大,从而产生无穷大惯性力,引起大,从而产生无穷大惯性力,引起刚性冲击刚性冲击。本讲稿第十六页,共四十九页等等加加速速等等减减速速运运动动规规律律 推程:推程:推程:推程:回程:回程:回程:回程:在起点、中点和终点时,因加速度有突变而引起推杆惯性力的在起点、中点和终点时,因加速度有突变而引起推杆惯性力的突变,且突变为有限值,在凸轮机构中由此会引起突变,且突变为有限值,在凸轮机构中由此会引起柔性冲击柔性冲击。本讲稿
11、第十七页,共四十九页余余弦弦加加速速度度运运动动规规律律 推程:推程:推程:推程:回程:回程:回程:回程:本讲稿第十八页,共四十九页正正弦弦加加速速度度运运动动规规律律 推程:推程:推程:推程:回程:回程:回程:回程:本讲稿第十九页,共四十九页一般以机构中的一般以机构中的冲击情况冲击情况、从动件的、从动件的最大速度最大速度和和最大加最大加速度速度三个方面对各种运动规律特性进行比较。三个方面对各种运动规律特性进行比较。从动件常用运动规律的比较和选用从动件常用运动规律的比较和选用运动规律运动规律冲击特性冲击特性适用场合适用场合五次多项式五次多项式无无1.885.77高速中载高速中载等速等速刚性刚性
12、1.00低速轻载低速轻载等加速等减速等加速等减速柔性柔性2.004.00中速轻载中速轻载余弦加速度余弦加速度柔性柔性1.574.93中速中载中速中载正弦加速度正弦加速度无无2.006.28高速轻载高速轻载本讲稿第二十页,共四十九页从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择 在选择从动件的运动规律时,除要考虑刚性冲击与在选择从动件的运动规律时,除要考虑刚性冲击与柔性冲击外,还应该考虑各种运动规律的速度幅值柔性冲击外,还应该考虑各种运动规律的速度幅值 、加速度幅值、加速度幅值 及其影响加以分析和比较。及其影响加以分析和比较。从动件动量从动件动量从动件惯性力从动件惯性力对于重载凸轮机构,应选择对于重载
13、凸轮机构,应选择 值较小的运动规律;值较小的运动规律;对于高速凸轮机构,宜选择对于高速凸轮机构,宜选择 值较小的运动规律。值较小的运动规律。本讲稿第二十一页,共四十九页v采用组合运动规律的目的:采用组合运动规律的目的:避免有些运动规律引起的冲击,改善推杆其运动特性。避免有些运动规律引起的冲击,改善推杆其运动特性。v构造组合运动规律的原则:构造组合运动规律的原则:1组合运动规律组合运动规律对于对于中、低速运动中、低速运动的凸轮机构,要求从动件的位移曲的凸轮机构,要求从动件的位移曲线在衔接处相切,以保证速度曲线的连续。即要求在线在衔接处相切,以保证速度曲线的连续。即要求在衔接处衔接处衔接处衔接处的
14、位移和速度应分别相等。的位移和速度应分别相等。对于对于中、高速运动中、高速运动的凸轮机构,要求从动件的速度曲的凸轮机构,要求从动件的速度曲线在衔接处相切,以保证加速度曲线连续,即要求在线在衔接处相切,以保证加速度曲线连续,即要求在衔接处衔接处衔接处衔接处的位移、速度和加速度应分别相等。的位移、速度和加速度应分别相等。本讲稿第二十二页,共四十九页&介绍两种典型的组合运动规律介绍两种典型的组合运动规律1.1.修正梯形组合运动规律修正梯形组合运动规律a1 2 3 45 6 7 8oa0等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律a0=10.1250.50.875修正梯
15、形组合运动规律修正梯形组合运动规律amax=(h2/02)4.00amax=(h2/02)6.28组合等加速等减速组合等加速等减速运动规律和正弦加运动规律和正弦加速度运动规律速度运动规律本讲稿第二十三页,共四十九页2.2.改进型等速运动规律改进型等速运动规律消除刚性冲击消除刚性冲击s120a v本讲稿第二十四页,共四十九页 6.3 6.3凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计 如果已经根据工作要求和结构条件选定了凸轮机构的型式、基本尺寸,推杆的运动规律和凸轮的转向,就可进行凸轮轮廓曲线的设计了 凸轮轮廓曲线设计的方法有作图法和解析法本讲稿第二十五页,共四十九页$6.3.16.3.1凸轮廓线设计方
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