机械原理课件--凸轮08分解优秀PPT.ppt

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1、本章介绍本章介绍：凸轮具有曲线工作面，从而凸轮具有曲线工作面，从而可使推杆实现各种运动；推杆可使推杆实现各种运动；推杆的运动规律；轮廓曲线的设计的运动规律；轮廓曲线的设计.应知：应知：凸轮机构的应用场合：传动凸轮机构的应用场合：传动力不大；凸轮的设计思路：工力不大；凸轮的设计思路：工作要求作要求推杆运动规律推杆运动规律凸轮凸轮轮廓曲线轮廓曲线应会：应会：凸轮压力角与基圆半径的关系凸轮压力角与基圆半径的关系 第第4章章 凸轮机构凸轮机构支配学时：支配学时：4h重点：重点：推杆运动规律与轮廓曲线的设计推杆运动规律与轮廓曲线的设计难点：难点：由推杆运动规律等条件设计凸轮轮廓曲线由推杆运动规律等条件设

2、计凸轮轮廓曲线建议：建议：细致学习推杆运动规律与轮廓曲细致学习推杆运动规律与轮廓曲线的设计线的设计3.1 凸轮机构的组成、类型和应用凸轮机构的组成、类型和应用凸轮机构的优点：只需设计出适当的凸轮轮廓，就凸轮机构的优点：只需设计出适当的凸轮轮廓，就可使从动件实现各种预期的运动规律，结构简可使从动件实现各种预期的运动规律，结构简单、紧凑、设计便利。单、紧凑、设计便利。凸轮机构的缺点：凸轮与从动件为点接触或线接凸轮机构的缺点：凸轮与从动件为点接触或线接触，压强大，易于磨损，难加工，成本高。所以触，压强大，易于磨损，难加工，成本高。所以通常多用于传力不大的限制机构。通常多用于传力不大的限制机构。由凸轮

3、、从动件和机架三个基本构件组成的高由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。副机构。凸轮机构的组成凸轮机构的组成3.1.2凸轮机构的类型凸轮机构的类型1.按凸轮形态分按凸轮形态分：盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮：盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮1）盘形凸轮：凸轮是盘状，且具有变更的向径。）盘形凸轮：凸轮是盘状，且具有变更的向径。是凸轮的最基本形式，结构简洁，应用最广泛是凸轮的最基本形式，结构简洁，应用最广泛2）移动凸轮：凸轮是板状，相对机架作直线移动移动凸轮：凸轮是板状，相对机架作直线移动3）圆柱凸轮：凸轮的轮廓曲线做在圆柱体上，圆柱凸轮：凸轮的轮廓曲线做在圆柱体上，凸轮与从动件之间的相对运动

4、是空间运动，凸轮与从动件之间的相对运动是空间运动，属于空间凸轮机构。属于空间凸轮机构。1）尖端从动件：从）尖端从动件：从动件尖端能够与动件尖端能够与随意困难凸轮轮随意困难凸轮轮廓接触，可实现廓接触，可实现随意运动规律。随意运动规律。但尖端易磨损，但尖端易磨损，适合低速场合。适合低速场合。2.按从动件形态分按从动件形态分：尖端从动件、曲面从动件、：尖端从动件、曲面从动件、滚子从动件和平底从动件滚子从动件和平底从动件2）曲面从动件）曲面从动件从动件端部为曲面形态，磨损比尖端小从动件端部为曲面形态，磨损比尖端小3）滚子从动件：凸轮与）滚子从动件：凸轮与从动件之间为滚动摩从动件之间为滚动摩擦，磨损小，

5、用于传擦，磨损小，用于传递较大动力。递较大动力。4）平底从动件：从动件）平底从动件：从动件与凸轮间易形成油膜，润与凸轮间易形成油膜，润滑状况好，受力平稳，传滑状况好，受力平稳，传动效率高，常用于高速场动效率高，常用于高速场合。但与之协作的凸轮轮合。但与之协作的凸轮轮廓要求全部外凸。廓要求全部外凸。2.按从动件运动形式分按从动件运动形式分:直动从动件和摇摆从动件直动从动件和摇摆从动件1）直动从动件：从动件作往复移动，其运动轨迹为一）直动从动件：从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线；段直线；2）摇摆从动件：从动件作往复摇摆，其运动轨迹为一）摇摆从动件：从动件作往复摇摆，其运动轨迹为一段圆弧；段圆

6、弧；3）按从动件与凸轮维持高副的形式分：力封）按从动件与凸轮维持高副的形式分：力封闭和形封闭闭和形封闭1）力封闭：指利用）力封闭：指利用重力、弹簧力或其重力、弹簧力或其它外力使从动件与它外力使从动件与凸轮轮廓始终保持凸轮轮廓始终保持接触。接触。2）形封闭：指利用高副元素本身的几何形态，使）形封闭：指利用高副元素本身的几何形态，使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。从动件与凸轮轮廓始终保持接触。优优:结构简结构简洁，缺：洁，缺：加大了凸加大了凸轮的尺寸轮的尺寸和重量和重量优优:结构简结构简洁，缺：洁，缺：加大了凸加大了凸轮的尺寸轮的尺寸和重量和重量凸轮廓线上凸轮廓线上随意两条平随意两条平行切线间的行切

7、线间的距离相等，距离相等，且等于槽宽，且等于槽宽，缺：从动件缺：从动件的运动规律的运动规律受限制。受限制。可实现从动可实现从动件的随意运件的随意运动，结构困动，结构困难制造精度难制造精度高高最大优点：对于随意要求的从动件运动规最大优点：对于随意要求的从动件运动规律，都可以毫无困难地设计出凸轮廓线来律，都可以毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。实现。3.2 凸轮机构的特点及应用凸轮机构的特点及应用 凸轮机构的特点凸轮机构的特点凸轮机构是一种结构简洁、紧凑的机构，具有很少的活凸轮机构是一种结构简洁、紧凑的机构，具有很少的活动构件，占据空间少。动构件，占据空间少。最大缺点：由于是高副接触，易磨损，用最大

8、缺点：由于是高副接触，易磨损，用于传力不大的场合于传力不大的场合。1.1.内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构对心平底直动从动件盘形凸轮机构对心平底直动从动件盘形凸轮机构 凸轮机构的应用凸轮机构的应用2.2.绕线机中用于排线的凸轮机构绕线机中用于排线的凸轮机构尖端摇摆从动件盘形凸轮机构尖端摇摆从动件盘形凸轮机构 3.3.冲床装卸料中的凸轮机构冲床装卸料中的凸轮机构 滚子直动从动件移动凸轮机构滚子直动从动件移动凸轮机构4.4.自动送料的凸轮机构自动送料的凸轮机构 滚子直动从动件圆柱凸轮机构滚子直动从动件圆柱凸轮机构3.3 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 基本概念基本概念 基圆基圆：以凸

9、轮轮廓的最小向径以凸轮轮廓的最小向径rb所作的圆。所作的圆。升距升距：从动件上升的最大距离：从动件上升的最大距离h推程：推程：从动件从最低位置到达最远位置。从动件从最低位置到达最远位置。推程运动角推程运动角：凸轮相应所转过的角度，用凸轮相应所转过的角度，用 角表示角表示远休止角远休止角：从动件在最远位置静止不动，对应的从动件在最远位置静止不动，对应的 s角叫远休止角。角叫远休止角。回程回程：从动件从最高位置又回到起始位置。从动件从最高位置又回到起始位置。回程运动角回程运动角：凸轮相应转过的角度凸轮相应转过的角度叫回程运动叫回程运动角。角。近休止角近休止角：从从动件在最近的位置停留不动，对应的动

10、件在最近的位置停留不动，对应的角角 s s 叫近休止角。叫近休止角。+s+s =2*s、s 角可分别或同时为零，但角可分别或同时为零，但、不能为零不能为零。1等速运动规律等速运动规律 从动件常用运动规律从动件常用运动规律 2等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律 推程前半段位移方程：推程前半段位移方程：3余弦加速度（余弦加速度（简谐简谐）运）运动规动规律律 位移方程：位移方程：4正弦正弦加速度（加速度（摆线摆线）运）运动规动规律律 从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择 1常用常用运运动规动规律律特性比较特性比较 2从动件从动件运运动规动规律律的选取原则的选取原则 3.4 用图解法设计盘形

11、凸轮轮廓用图解法设计盘形凸轮轮廓反转法原理：反转法原理：3.4.1 直动从动件盘形凸轮直动从动件盘形凸轮1尖端从动件凸轮机构的设计尖端从动件凸轮机构的设计 （1）对心尖端从动件凸轮机构的设计）对心尖端从动件凸轮机构的设计已知基圆半径已知基圆半径r0，凸轮顺时针，凸轮顺时针1，推杆运，推杆运动规动规律位移曲律位移曲线线如如图图。设计设计凸凸轮轮廓廓线线 a、取长度比例尺取长度比例尺l绘出基圆，把位移曲线的推程和回绘出基圆，把位移曲线的推程和回程等分程等分,A点在基圆上，为凸轮起始点。点在基圆上，为凸轮起始点。b、作反转运动。在基圆上由起始点、作反转运动。在基圆上由起始点A出发，沿出发，沿-1依次

12、取推程角、依次取推程角、远休止角、回程角及近修止角，并将推程和回程角等分与位移曲远休止角、回程角及近修止角，并将推程和回程角等分与位移曲线相同。线相同。等分点与等分点与O点连线即为点连线即为反转后导路位置。反转后导路位置。C、在导路途上从基圆起先向外截取、在导路途上从基圆起先向外截取s-曲线相应的线段长度，得曲线相应的线段长度，得到的一系列点即为反转过程中从动件尖端依次占据的位置。到的一系列点即为反转过程中从动件尖端依次占据的位置。6（2）偏置尖端从动件凸轮机构的设计）偏置尖端从动件凸轮机构的设计已知基圆半径已知基圆半径r0，凸轮顺时针，凸轮顺时针1，推杆运，推杆运动规动规律位移曲律位移曲线线

13、如如图图，偏距，偏距e。设计设计凸凸轮轮廓廓线线 a、取长度比例尺、取长度比例尺l绘出基圆及偏距，把位移曲线的推程和回绘出基圆及偏距，把位移曲线的推程和回程等分程等分,A点在基圆上，为凸轮起始点。点在基圆上，为凸轮起始点。2滚子从动件凸轮机构的设计滚子从动件凸轮机构的设计基圆：基圆：理论廓线：理论廓线：实际廓线：实际廓线：理论廓线理论廓线实际廓线实际廓线等距线等距线3平底从动件凸轮机构设计平底从动件凸轮机构设计 3.4.2摇摆从动件盘形凸轮摇摆从动件盘形凸轮4.4 凸轮机构压力角和基本尺寸凸轮机构压力角和基本尺寸4.4.1 凸轮机构中作用力和凸轮机构中作用力和压力角压力角W：作用在推杆上的载荷

14、：作用在推杆上的载荷F：凸轮作用在推杆上推力：凸轮作用在推杆上推力：推杆力与：推杆力与 受力点速度受力点速度方向所夹锐角方向所夹锐角如图：凸轮在推程的某个位置如图：凸轮在推程的某个位置有效分力有效分力有害有害分力分力压力角的大小是变更的压力角的大小是变更的压力角越大，有效分力越小，有害分力越大，当压力角压力角越大，有效分力越小，有害分力越大，当压力角增大到确定程度时，机构将发生自锁现象。因此必需对增大到确定程度时，机构将发生自锁现象。因此必需对压力角的最大值加以限制，使其不超过许用值压力角的最大值加以限制，使其不超过许用值。一般推程：对于直动推杆取一般推程：对于直动推杆取=30；摇摆推杆取；摇

15、摆推杆取=3545。回程时不限制压力角，但也不能太大，。回程时不限制压力角，但也不能太大，太大会产生惯性力，一般取回程太大会产生惯性力，一般取回程=7080。从减小机构受力的角度考虑，希望压力角越小越好。从减小机构受力的角度考虑，希望压力角越小越好。4.4.2 凸轮机构基本尺寸确定凸轮机构基本尺寸确定1、盘形凸轮基圆半径确定、盘形凸轮基圆半径确定P P点：凸轮与从动件瞬心点：凸轮与从动件瞬心由瞬心定义得：由瞬心定义得：当推杆的运动规律给定后，对应于凸轮的某一转角的当推杆的运动规律给定后，对应于凸轮的某一转角的v2、1及及s均为已知常数。在均为已知常数。在e不变的状况下，压力角与基圆不变的状况下

16、，压力角与基圆半径成反比，即半径成反比，即越小，越小，r0越大，尺寸增大，对机构紧凑越大，尺寸增大，对机构紧凑性不利；反之对凸轮受力不利。实际设计中，在保证性不利；反之对凸轮受力不利。实际设计中，在保证max的前提下，选最小的前提下，选最小r0。“-”：导路和瞬心：导路和瞬心在在o点同侧，点同侧，减小；减小；“+”：导路和瞬心：导路和瞬心在在o点两侧，点两侧，增大；增大；导路偏置方向确定：导路偏置方向确定：导路偏置目的是为了削减导路偏置目的是为了削减推程压力角，因此在推程推程压力角，因此在推程时应保证导路偏置方向与时应保证导路偏置方向与瞬心在凸轮回转中心同侧。瞬心在凸轮回转中心同侧。但此时回程

17、压力角增大，但此时回程压力角增大，因此偏距因此偏距e不能太大。还与不能太大。还与凸轮转向有关凸轮转向有关此外，考虑到凸轮的结构此外，考虑到凸轮的结构和强度要求，应保证凸轮和强度要求，应保证凸轮的的r0=（1.62）R，R为安为安装凸轮轴半径。装凸轮轴半径。但其偏置的方位必需随凸轮的不同转向按图配置，但其偏置的方位必需随凸轮的不同转向按图配置，否则若按图示相反配置，反而会使机构的压力角增否则若按图示相反配置，反而会使机构的压力角增大。大。4.4.3 滚子半径的选择滚子半径的选择 当接受滚子推杆时，滚子半径的大小对实际轮廓有很大影响，选择不当，推杆有可能实现不了预期的运动规律。：理理论论廓廓线线上

18、最小曲上最小曲率半径；率半径；a：对应实际对应实际廓廓线线曲曲率半径；率半径；1、外凸、外凸轮轮廓：廓：a=-rT当rT时，时，a 0，实际廓线存在，实际廓线存在，如图如图；当rT时，时，a 0，实，实际廓线发生交叉现象，际廓线发生交叉现象，交叉部分在加工中切交叉部分在加工中切掉，推杆运动失真，掉，推杆运动失真，如图如图；当=rT时，时，a=0，在，在实际廓线上出现尖点，实际廓线上出现尖点，很容易磨损，很容易磨损，如图如图；2、内凹轮廓：、内凹轮廓：a=+rT无论滚子半径选多大值，无论滚子半径选多大值，实际廓线都存在实际廓线都存在。结论：结论：1、外凸轮廓取、外凸轮廓取rTmin；滚子半径也不；滚子半径也不能太小，过小使凸轮与滚子之间接触应力增加，能太小，过小使凸轮与滚子之间接触应力增加，且滚子本身强度不足，可增加基圆半径；且滚子本身强度不足，可增加基圆半径；2、内凹轮廓滚子半径随意。、内凹轮廓滚子半径随意。补充题补充题