第八章凸轮机构及其设计教案课件.ppt
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1、8-1 凸轮机构的应用和分类8-2 推杆的运动规律8-3 凸轮轮廓曲线的设计8-4 凸轮机构基本尺寸的确定重点第八章凸轮机构及其设计1、凸轮机构的应用、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径凸轮机构等径凸轮机构在机械加工中的应用在机械加工中的应用8-1 8-1 凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类工程中用以实现机械化和自动化的一种常用机构。工程中用以实现机械化和自动化的一种常用机构。第八章凸轮机构及其设计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第八章凸轮机构及其设计应用及分类1
2、-圆柱凸轮 2-直动从动件 3-毛坯 1)1)实现预期的位置要求实现预期的位置要求这种这种自动送料凸自动送料凸轮机构轮机构,能够完,能够完成输送毛坯到达成输送毛坯到达预期位置的功能,预期位置的功能,但对毛坯在移动但对毛坯在移动过程中的运动没过程中的运动没有特殊的要求有特殊的要求第八章凸轮机构及其设计应用及分类绕线机构绕线机构312A线线2)2)实现预期的运动规律要求实现预期的运动规律要求这种凸轮这种凸轮在运动中在运动中能推动摆能推动摆动从动件动从动件2 2实现实现均匀均匀缠绕线绳缠绕线绳的运动学的运动学要求。要求。第八章凸轮机构及其设计应用及分类内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构3)3)实现
3、运动和动力特性要求实现运动和动力特性要求这种凸轮机构能够实现这种凸轮机构能够实现气阀气阀的运动学的运动学要求,并且具有要求,并且具有良良好的动力学特性好的动力学特性。第八章凸轮机构及其设计应用及分类靠模车削机构靠模车削机构第八章凸轮机构及其设计应用及分类3皮带轮皮带轮5卷带轮卷带轮录音机卷带机构录音机卷带机构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录音机卷带机构录音机卷带机构第八章凸轮机构及其设计应用及分类自动车床凸轮机构自动车床凸轮机构 此此自自动动车车床床在在加加工工有有台台阶阶的的销销套套时时,其其送送料料、夹夹紧紧、车车外外圆圆与与钻钻孔
4、孔及及切切断断四四道道工工序序的的运运动动及及其其时时序序配合要求,均由凸轮机构来实现。配合要求,均由凸轮机构来实现。第八章凸轮机构及其设计应用及分类凸凸轮机构机构凸凸轮1从从动件件2机架机架3三个基本构件组成的高副机构三个基本构件组成的高副机构具有曲线轮廓或凹槽的构件。具有曲线轮廓或凹槽的构件。由由凸轮凸轮直接推动的构件。直接推动的构件。又称推杆。又称推杆。当凸轮运动时,通过其上的曲线当凸轮运动时,通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触。轮廓与从动件的高副接触。若凸轮轮若凸轮轮廓曲线或廓曲线或凹槽曲线按从动件的预期运凹槽曲线按从动件的预期运动规律设计而成,动规律设计而成,可获得预期的运动。可获
5、得预期的运动。组成:组成:第八章凸轮机构及其设计应用及分类 特点:特点:(与连杆机构相比)(与连杆机构相比)1 1)结构简单紧凑、工作可靠且易于设计。)结构简单紧凑、工作可靠且易于设计。2 2)多用性、灵活性。使从动件精确地实现各种)多用性、灵活性。使从动件精确地实现各种预期的运动规律,易于实现多个运动的相互协调配合。预期的运动规律,易于实现多个运动的相互协调配合。3 3)高副机构)高副机构摩擦、磨损摩擦、磨损 轻载、高速。轻载、高速。应用:应用:各种机械,特别是自动机械、自动控制装各种机械,特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线中。置和装配生产线中。第八章凸轮机构及其设计应用及分类2凸轮机
6、构的分类凸轮机构的分类盘形凸轮盘形凸轮Plate cam移动凸轮移动凸轮Wedge cam(1)按凸轮的形状分按凸轮的形状分可视为盘形凸轮的回可视为盘形凸轮的回转轴心处于无穷远处转轴心处于无穷远处时演化而成的时演化而成的结构简单,易于加工。结构简单,易于加工。应用最为广泛应用最为广泛第八章凸轮机构及其设计应用及分类圆柱凸轮圆柱凸轮Cylindrical cam空间凸轮机构空间凸轮机构,可使从动件获得大的工作行程又不可使从动件获得大的工作行程又不致过于庞大。致过于庞大。第八章凸轮机构及其设计应用及分类(2)(2)按推杆的形状分按推杆的形状分尖顶从动件尖顶从动件Knife-edge followe
7、r滚子从动件滚子从动件Roller follower构造简单、易磨损、用于仪表机构。构造简单、易磨损、用于仪表机构。磨损小,应用广。磨损小,应用广。第八章凸轮机构及其设计应用及分类平底从动件平底从动件Flat-face follower受力好、润滑好,用于高速传动。受力好、润滑好,用于高速传动。第八章凸轮机构及其设计应用及分类()按推杆的运动形式分按推杆的运动形式分摆动从动件摆动从动件Oscillating follower移动从动件移动从动件Reciprocating follower第八章凸轮机构及其设计应用及分类据导路与回转中心据导路与回转中心的相对位置的相对位置对心式对心式偏置式偏置式
8、移动从动件移动从动件第八章凸轮机构及其设计应用及分类(4)(4)按凸轮与从动件维持高副接触按凸轮与从动件维持高副接触(封闭封闭)的方式分的方式分力封闭型凸轮机构力封闭型凸轮机构Force-closed cams弹簧力封闭弹簧力封闭Force-closed by preloaded spring重力封闭重力封闭 Force-closed by gravity从动件与凸轮保持从动件与凸轮保持接触的方式,保持接触的方式,保持运动不失真。运动不失真。第八章凸轮机构及其设计应用及分类形封闭型凸轮机构形封闭型凸轮机构Form-closed cams凹槽凸轮机构凹槽凸轮机构Plate-groove cam
9、mechanism等宽凸轮机构等宽凸轮机构Constant-breadth cam mechanism利用凸轮与从动件的特利用凸轮与从动件的特殊几何形状和尺寸殊几何形状和尺寸W第八章凸轮机构及其设计应用及分类等径凸轮机构等径凸轮机构Conjugate yoke radial cam mechanismr1r2r1+r2=const过凸轮轴心过凸轮轴心O O所作任一径向线上与凸轮相接触的两滚所作任一径向线上与凸轮相接触的两滚子中心间的距离处处相等。子中心间的距离处处相等。第八章凸轮机构及其设计应用及分类共轭凸轮机构(主回)共轭凸轮机构(主回)Conjugate cam mechanism 主主凸
10、凸轮轮1 1推推动动从从动动件件完完成成沿沿逆逆时时针针方方向向正正行行程程的的摆摆动动,另另一一个个凸凸轮轮1 1/推推动动完完成成沿沿顺顺时时针针方方向向的的反反行行程程的的摆摆动动。这这种种凸凸轮轮机机构构又又称称为为主主回回凸凸轮轮机机构构第八章凸轮机构及其设计应用及分类不同类型的凸轮与从动件组合:不同类型的凸轮与从动件组合:尖顶直动从动件对心盘状凸轮机构尖顶直动从动件对心盘状凸轮机构滚子直动从动件偏置盘状凸轮机构等滚子直动从动件偏置盘状凸轮机构等(最基本类型)(最基本类型)本章重点:本章重点:以基本类型为重点研究,找出凸轮设计以基本类型为重点研究,找出凸轮设计 的基本方法。的基本方法
11、。第八章凸轮机构及其设计应用及分类凸轮机构设计的基本任务凸轮机构设计的基本任务:2)2)从动件运动规律从动件运动规律;3)3)合理确定结构尺寸合理确定结构尺寸;4)4)设计轮廓曲线。设计轮廓曲线。1)1)根据工作要求选定凸轮机构的形式根据工作要求选定凸轮机构的形式;第八章凸轮机构及其设计应用及分类基本概念基本概念 从动件的运动规律从动件的运动规律 在凸轮廓线的推动下,从动件的在凸轮廓线的推动下,从动件的位移、速度、位移、速度、加速度、跃度加速度、跃度(加速度对时间的导数)随时间变化(加速度对时间的导数)随时间变化的规律,常以图线表示,又称为从动件运动曲线。的规律,常以图线表示,又称为从动件运动
12、曲线。一般假定凸轮轴作等速运转,故凸轮转角与时一般假定凸轮轴作等速运转,故凸轮转角与时间成正比,因此间成正比,因此凸轮机构从动件的运动规律凸轮机构从动件的运动规律通常又通常又可以表示为可以表示为凸轮转角的函数。凸轮转角的函数。第八章凸轮机构及其设计应用及分类ots名词术语:名词术语:一、一、推杆的常用运动规律推杆的常用运动规律基圆、基圆、推程运动角、推程运动角、基圆半径、基圆半径、推程、推程、远休止角、远休止角、回程运动角、回程运动角、回程、回程、近休止角、近休止角、一个循环一个循环r0hBA而根据工作要求选而根据工作要求选定推杆运动规律,定推杆运动规律,是设计凸轮轮廓曲是设计凸轮轮廓曲线的前
13、提。线的前提。bbaaccddDBC行程、行程、远休止远休止近休止近休止第八章凸轮机构及其设计推杆的常用运动规律推推杆杆运运动动规规律律:推推杆杆在在推推程程或或回回程程时时,其其位位移移S S、速速度度V V和加速度和加速度a a 随时间随时间t t 的变化规律。的变化规律。形式:形式:多项式、三角函数。多项式、三角函数。S=S(t)S=S(t)V=V(t)(t)a=a(t)(t)第八章凸轮机构及其设计推杆的常用运动规律边界条件:边界条件:凸轮转过推程运动角凸轮转过推程运动角a a从动件上升从动件上升h1 1、多项式运动规律、多项式运动规律一般表达式:一般表达式:s=C0+C1+C22 2+
14、Cnn n (1)(1)求一阶导数得求一阶导数得速度方程速度方程:v=ds/dt求二阶导数得求二阶导数得加速度方程加速度方程:a=dv/dt=2=2 C22 2+6C32 2+n(n-1)Cn2 2n-2n-2其中:其中:凸轮转角凸轮转角,d/dt=d/dt=凸轮角速度凸轮角速度,C Ci i待定系数待定系数。=C1+2C2+nCnn-1n-1凸轮转过回程运动角凸轮转过回程运动角b b从动件下降从动件下降h第八章凸轮机构及其设计推杆的常用运动规律1 1)等速运动运动规律(一次多项式)等速运动运动规律(一次多项式)推程起始点:推程起始点:=0=0,s=0代入得:代入得:C00,C1h/h/a a
15、推程:推程:s h/h/a a v h/h/a asavah推程终止点:推程终止点:=a a,s=h+刚性冲击刚性冲击s =C0+C1+C22 2+Cnn nv=C1+2C2+nCnn-1n-1a=2=2 C22 2+6C32 2+n(n-1)Cn2 2n-2n-2回程:回程:sh(1-/h(1-/c c)v-h/-h/c ca0a 0第八章凸轮机构及其设计推杆的常用运动规律减速段推程:减速段推程:s h-2h(-h-2h(-a a)2 2/a a2 21svv-4h(-4h(-a a)/)/a a2 2 a-4h-4h2 2/a a2 22 354632h/2h/0 0柔性冲击柔性冲击4h4
16、h2 2/0 02 2a加速段推程:加速段推程:s 2h2h2 2/a a2 2 v 4h/4h/a a2 2a 4h4h2 2/a a2 2h/2a ah/22 2)等加等减速(二次多项式)运动规律等加等减速(二次多项式)运动规律位移曲线为一抛物线。位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半加、减速各占一半。推杆的常用运动规律第八章凸轮机构及其设计3)五次多项式运动规律五次多项式运动规律位移方程:位移方程:s=10h(/0 0)3 315h(/0 0)4 4+6h(/0 0)5 5s svah0 0无冲击,适用于高速凸轮。无冲击,适用于高速凸轮。第八章凸轮机构及其设计推杆的常用运动规律s sa2
17、2、三角函数运动规律、三角函数运动规律1 1)余余弦弦加加速速度度(简简谐谐)运动规律运动规律123 456v v123456V Vmaxmax=1.57h/2=1.57h/20 0在在起起始始和和终终止止处处理理论论上上a a为为有有限限值值,产产生柔性冲击。生柔性冲击。ha推杆的常用运动规律第八章凸轮机构及其设计2 2)正正弦弦加加速速度度(摆摆线线)运动规律运动规律无冲击无冲击savha a推杆的常用运动规律第八章凸轮机构及其设计vsahoooa a+-vsahoooa a正弦改进等速正弦改进等速3 3、改进型运动规律、改进型运动规律 为满足工程实际的为满足工程实际的需要,综合几种不同运
18、需要,综合几种不同运动规律的优点,设计出动规律的优点,设计出一种具有良好综合特性一种具有良好综合特性的运动规律。这种的运动规律。这种通过通过几种不同函数组合在一几种不同函数组合在一起而设计出的从动件运起而设计出的从动件运动规律,动规律,称为组合型运称为组合型运动规律。动规律。推杆的常用运动规律第八章凸轮机构及其设计二、运动规律特性分析二、运动规律特性分析衡量运动特性的主要指标:衡量运动特性的主要指标:1 1、最大速度、最大速度 最大速度值越大,则从动件系统的动量也大。最大速度值越大,则从动件系统的动量也大。若机构在工作中遇到需要紧急停车的情况,由于若机构在工作中遇到需要紧急停车的情况,由于从动
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- 第八 凸轮 机构 及其 设计 教案 课件
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