机械原理第九章.ppt

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1、 内内 容容应用与分类应用与分类推杆的运动规律推杆的运动规律凸轮廓线曲线的设计凸轮廓线曲线的设计凸轮机构基本尺寸的确凸轮机构基本尺寸的确定定凸轮机构及其设计 重重 点点几种常用运动规律的特点和应用压力角与机构尺寸、机构效率的关系盘形凸轮廓线曲线的设计一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用盘形凸轮机构盘形凸轮机构在印刷机中的应用在印刷机中的应用等经凸轮机构等经凸轮机构在机械加工中的应用在机械加工中的应用9-1 9-1 凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类利用分度凸轮利用分度凸轮机构实现转位机构实现转位圆柱凸轮机构在机圆柱凸轮机构在机械加工中的应用械加工中的应用配气配气机构机构绕线绕线机构机构靠

2、模机构靠模机构进刀机构进刀机构凸轮机构的组成推杆（从动件）推杆（从动件）凸轮凸轮机架机架凸轮机构的优缺点：凸轮机构的优缺点：只要设计出适当的凸轮轮廓，就可使从只要设计出适当的凸轮轮廓，就可使从动件实现预期的运动规律；结构简单、紧凑、动件实现预期的运动规律；结构简单、紧凑、工作可靠。工作可靠。凸轮为高副接触（点或线），压强较大，凸轮为高副接触（点或线），压强较大，容易磨损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较容易磨损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。高。优点优点：缺点：缺点：凸轮机构应用：传力不大的场合。凸轮机构应用：传力不大的场合。盘形凸轮：最基本的形式，结构简单，应用最为广泛。移动凸轮：凸轮相对机架

3、做直线运动。圆柱凸轮：空间凸轮机构。盘形凸轮 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）按凸轮的形状分（2）按推杆的端部形状分类按推杆的端部形状分类对心直动尖端从动件尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。偏置直动尖端从动件 滚子从动件滚子从动件 平底从动件平底从动件凸凸轮轮与与从从动动件件之之间间为为滚滚动动摩摩擦擦，因因此此摩摩擦擦磨磨损损较较小小，可用于传递较大的动力。可用于传递较大的动力。从从动动件件与与凸凸轮轮之之间间易易形形成成油油膜膜，润润滑滑状状况况好好，受受力力平平稳稳，传传动动效效率率高高，常

4、常用用于于高高速速场场合合。但但与与之之相相配配合合的的凸凸轮轮轮轮廓廓须须全部外凸。全部外凸。（3）按从动件的运动形式分类 直动推杆直动推杆 摆动推杆摆动推杆直动推杆：从动件作往复移动，其运动轨迹从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线；为一段直线；摆动推杆：从动件作往复摆动，其运动轨迹从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。为一段圆弧。(4)按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类1)力封闭弹簧力、从动件重力或其它外力2)几何封闭利用高副元素本身的几何形状槽凸轮机构 槽两侧面的距离等于滚子直径。优点：锁和方式结构简单缺点：加大了凸轮的尺寸和重量等宽凸轮机构 凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等

5、于框架内侧的宽度。缺点：从从动动件件的的运运动动规规律律的的选选择择受受到到一一定定的的限限制制，当当180180 范范围围内内的的凸凸轮轮廓廓线线根根据据从从动动件件运运动动规规律律确确定定后后，其余其余180180 内的凸轮廓线必须符合等宽原则内的凸轮廓线必须符合等宽原则等径凸轮机构 两滚子中心间的距离始终保持不变。缺点：缺点：从动件运动规律的选择受到一定的限制从动件运动规律的选择受到一定的限制主回凸轮机构(共轭凸轮机构)优点：克服了等宽、等径凸轮的缺点克服了等宽、等径凸轮的缺点缺点：结构复杂，制造精度要求高结构复杂，制造精度要求高 一一个个凸凸轮轮推推动动从从动动件件完完成成正正行行程程

6、运运动动，另另一一个个凸凸轮轮推推动动从从动动件完成反行程的运动件完成反行程的运动小结凸凸轮轮机机构构分分类类1 1、按两活动构件之间、按两活动构件之间相对运动特性分类相对运动特性分类2 2、按从动件运动副、按从动件运动副元素形状分类元素形状分类3 3、按凸轮高副的锁合、按凸轮高副的锁合方式分类方式分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 尖顶从动件滚子从动件平底从动件力锁合力锁合形锁合形锁合（1 1）按凸轮的形状分：按凸轮的形状分：（2 2）按推杆运动形式分按推杆运动形式分:（3 3）按从动杆形状分：按从动杆形状分：盘形、移动、圆柱盘形、移动、圆柱

7、直动、摆动直动、摆动尖顶、滚子、平底尖顶、滚子、平底对心直动滚子推杆盘形凸轮机构对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构摆动滚子推杆盘形凸轮机构基圆基圆r0d01d0d02SHd0推程、推程运动角、远休止角（远休）近休止角(近休)回程、回程运动角转角、位移、行程9-2 推杆的运动规律d0从动件的运动规律的数学方程式为从动件的运动规律的数学方程式为位移位移速度速度加速度加速度1.推杆常用的运动规律推杆常用的运动规律a=2(2c2+6c3+12c42+n(n-1)cnn-2)式中，式中，为凸轮的转角（为凸轮的转角（rad）；）；c0，c1，c2，为，为n+1个待个待定系数。定系数。1.1 多项式运动规律多项式

8、运动规律s=c0+c1 +c22+c33+cnnv=(c1+2c2+3c32+ncnn-1)Sdd0hVdd0adhwd0d0特点：特点：设计简单、匀速进给、amax 最小。始点、末点有刚性冲击。适于低速、轻载、从动杆质量不大，以及要求匀速的情况。（1）n=1的运动规律的运动规律(等速运动规律)=0,s=0;=0 0,s=h.s=c0+c1v=c1 a=0（2）n=2的运动规律的运动规律 (等加速等减速运动规律)Sdd0hVdd0ad2hwd0d04hw2d0d0h特点特点:amax 最小最小 惯性力小。惯性力小。起、中、末点有柔性冲击起、中、末点有柔性冲击.适于中低速、中轻载适于中低速、中轻

9、载.Sd（3 3）五次多项式（）五次多项式（3-4-53-4-5多项式运动）多项式运动）特点：无刚性冲击、柔性冲击适用场合：高速、中载0 01.2三角函数运动规律三角函数运动规律（1）余弦加速度规律（简谐运动）规律）余弦加速度规律（简谐运动）规律 add0h0 1 2 3 4 5 6 7 812345678SdVd0 1 2 3 4 5 6 7 8d0phw2d0012345678p2hw22d020123456特点:加速度变化连续平缓.始、末点有柔性冲击.适于中低速、中轻载.0 1 2 3 4 5 6 7 8d078（2）正弦加速度规律（摆线运动规律）正弦加速度规律（摆线运动规律）add0p

10、hw2d0201246780 1 2 3 4 5 6 7 83Vd2hwd00123468d00 1 2 3 4 5 6 7 8557hp特点：特点：加速度变化连续加速度变化连续.max 最大最大.对加工误差敏感对加工误差敏感.适于高中速、轻载适于高中速、轻载.d01 2 3 4 5 6 7 8dh123456S700 a O ABCDEFO梯形加速度运动规律梯形加速度运动规律a 改进型等速运动规律改进型等速运动规律 0 0aa=0v 0shad2.几种常用运动规律的比较h等速等速余弦余弦d0等加等加正弦正弦等速的等速的 max 最小最小,省力省力.正弦的正弦的 max 最大最大.等速的等速的

11、 Vmax 最小最小,安全安全.d0等加的等加的 amax 最小，惯性小最小，惯性小.等速的等速的 a.正弦的正弦的 a 连续连续.(动量动量 mVmax 最小最小,SdVd即冲力即冲力 F=mV/t 最小最小.)最大速度vmax(h/0)最大加速度amax(h2/02)最大跃度jmax(h2/02)运动规律等速运动等加速运动余弦加速度正弦加速度5次多项式1.002.001.572.001.88适用场合39.560.04.004.936.285.77中速轻载低速轻载中低速重载中高速轻载高速中载表 9-16.多项式运动规律多项式运动规律 S=C0+C1d d+C2d d2 2+C3d d3 3+

12、Cnd dn .3.常用运动规律的选择 1.没有任何要求、轻载、没有任何要求、轻载、2.低速、轻载，要求等速、低速、轻载，要求等速、adad小行程、手动小行程、手动,可用圆弧或偏心圆可用圆弧或偏心圆.等位移等位移,3.中低速、中轻载中低速、中轻载,可用等加减速或余弦加速度运动规律可用等加减速或余弦加速度运动规律.可用等速运动规律可用等速运动规律.4.较高速、轻载较高速、轻载,可用正弦加速度运动规律可用正弦加速度运动规律.5.组合型组合型.9-3 9-3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计 图解法图解法（1）尖顶移动从动件盘形凸轮机构尖顶移动从动件盘形凸轮机构（2）滚子移动从动件盘形凸轮机构）

13、滚子移动从动件盘形凸轮机构（3）尖顶摆动从动件盘形凸轮机构）尖顶摆动从动件盘形凸轮机构1.凸轮轮廓曲线设计的基本原理凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）（反转法）2 S1123s1s2hOr0-11s122s233h11s1偏置、偏距偏置、偏距 e、偏距圆偏距圆偏置凸轮的转角、推杆的相对位置偏置凸轮的转角、推杆的相对位置理论廓线、工作廓线理论廓线、工作廓线基圆半径指的是理论廓基圆半径指的是理论廓线上的最小向径线上的最小向径.工理d01d0d0ewddw1偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）（反转法）2 S1123s1s2h-1111s1Or0 es22h3Fv

14、 s11已知：已知：S=S（），），r0，e，偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）（反转法）2 S1123s1s2h-1111s1Or0 es22h3已知：已知：S=S（），），r0，e，rr理论廓线、工作廓线理论廓线、工作廓线基圆半径指的是理论廓基圆半径指的是理论廓线上的最小向径线上的最小向径.(1)对心直动尖顶推杆例:已知 r0、h、w 的方向、从动杆运动规律和凸轮相应转角:凸轮转角凸轮转角从动杆运动规律从动杆运动规律 0180 等速上升 h180 210 上停程210 300 等速下降 h300 360 下停程解解:1.以以 m mS=、m m =作位移

15、曲线作位移曲线.Sd03600180021003000h1 2 3 4 5 6 7 8 9 102.以同样的以同样的 m m l =m mS 作凸轮廓线作凸轮廓线w012345678910(2)对心直动滚子推杆 已知:r0、h、rT、w 的方向、从动杆运动规律和凸轮相应转角.nn理论廓线工作廓线(3)偏置尖顶移动从动杆 例.已知:R0、h、e、w 的方向、凸轮转角凸轮转角从动杆运动规律从动杆运动规律 0180 等速上升 h180 210 上停程210 300 等速下降 h300 360 下停程解:1.以 m m s=、m m =作位移曲线.2.以同样的m m l=mS 作凸轮廓线w012345

16、678910(4)偏置直动滚子推杆从动杆运动规律和凸轮相应转角:Sd03600180021003000h1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 从动杆运动规律和凸轮相应转角:例.已知:r0、L2、L3、w1 的方向、(5)尖顶摆动从动杆凸轮转角凸轮转角d从动杆运动规律从动杆运动规律 01800 等速上升 mw1L2 mr0L311800 2100 上停程2100 3000 等速下降 m3000 3600 下停程解:1.以 m =作位移曲线.2.以 mL=作凸轮廓线012345w1 1 2 3L223 d03600180021003000 m1 2 3 4 5 6 7 8 9 10摆动从动件盘

17、形凸轮机构摆动从动件盘形凸轮机构 dd01 d0d02d091122334455667788 2-B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C7d 1 0已知：已知：=（d），），r0，L，a，A0B0 0Od02d01 d01d0A1A2A3A4A5A9A8A7A6B1 1C9B99-4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定一凸轮机构的压力角FG/cos(+1)(1+2b/l)sin(+1)tan2（1）凸轮机构的作用力aQ（2）凸轮机构的压力角 若 大至使F增至无穷大时，机构将发生自锁。凸轮机构的压力角是指推杆所受正压力的方向与推杆上点 B的速度方向之间所夹的锐角

18、，它是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。常以表示。在其他情况不变的情况下，愈大，F愈大，此时机构的压力角称为临界压力角c，即 carctan1/(12b/l)tan21 为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角max小于临界压力角c，增大l，减小b，可以使c值提高。通常规定：凸轮机构的最大压力角max应小于某一许用压力角，生产实际中，为了提高机构的效率，改善其受力情况，即max (c)许用压力角的一般取值为推程时：直动推杆30摆动推杆3545回程时：70801.凸轮副的瞬心凸轮副的瞬心(同速点同速点)运动平面平行的三个构件的运动平面平行的三个构件的三个速度瞬心（同速点），必在三个速度瞬心（

19、同速点），必在同一条直线上。同一条直线上。高副接触高副接触,速度瞬心在接触点速度瞬心在接触点公法线上公法线上.据此据此,接触点公法线与连心线的接触点公法线与连心线的交点交点 PVP1=VP2AB123P13P23P12二、压力角二、压力角 与基圆半径与基圆半径 r0即为凸轮付即为凸轮付 1、2 的瞬心的瞬心.三心定理三心定理O123PCVC1VC2O2.压力角压力角 与基圆半径与基圆半径 r0tg =CPBC=OP-OCBC其中：其中：据三心定理据三心定理 VP1=VP2 OC=e BC=即即:OP =V 得得:OP=V/S+S0=S+r02-e2从而从而 tg =V/-eS+r02-e2 C

20、BPa123S0显然显然,r0 3.偏置方向与压力角偏置方向与压力角凸轮逆时针转动凸轮逆时针转动,推杆应右偏置推杆应右偏置;凸凸轮顺时针转动轮顺时针转动,推杆应左偏置推杆应左偏置.SwwVer03.3.经验法确定 r0 r0 r孔 rT r毂351)结构要求 r0=r毂+rT+(35)mm其中,轮毂半径2)验算 amaxH等速余弦dL等加正弦等速运动规律,amax 在起点处;其余运动规律,amax 在中点附近.Sd r毂=1.75 r孔+(57)mm rT 过大,外凸时可能 造成凸轮工作廓线变尖或失真;rT 过小,滚子销及滚子的强度会不够.一般,rT 0.4r0 ,且 rT 35 mm .3.三、滚子半径 rT 1.外凸r工=r-rT2.内凹r工=r+rTrr工rT失真rr工rT变尖4.曲率中心的求取四、平底推杆底尺寸的确定l2lmax(57)mm （a）1）用作图法确定2）用计算公式确定：l2|ds/d|max(57)mm （b）当平底推杆凸轮机构出现失真现象时，可适当增大凸轮的基圆半径r0来消除失真现象。（1）平底长度的确定（2）平底推杆凸轮机构的失真现象