《凸轮机构讲义》PPT课件.ppt

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1、Chapter 4.Cams and Its Design SunZhihongSunZhihongZZ6779258067792580TodaystopicsnCharacteristicsofcammechanisms凸轮机构的特点凸轮机构的特点nClassificationandapplicationofcammechanisms凸轮机构的分类及应用凸轮机构的分类及应用nThefollowersmotiontype从动件的运动形式从动件的运动形式Whatisacammechanism?Asystem/mechanismthatusesacam(凸轮凸轮)andafollower(从动件从

2、动件)tocreateaspecificmotion.Inmostcases,thecamismerelyaflatpieceofmetalthathasanunusualshapeorprofile(轮廓轮廓).Thecamisattachedtoashaft(轴轴)whichenableittobeturnedbyapplyingaturningactiontotheshaft.Asthecamrotates,itistheprofileorshapeofthecamthatcausesthefollowertomoveinaparticularway.Themovementofthefo

3、lloweristhentransmitted(传递传递)toanothermechanismoranotherpartofthemechanism.AdvantagesofcammechanismsSimpleandcompact(简单、紧凑简单、紧凑)thereonlythreelinks,cam(凸轮凸轮),follower(从动件从动件),frame(机架机架).Sometimes,thereisaroller(滚子滚子).Thefollowercanpreciselyrealizeanytypemotion.ExampleDisadvantagesofcammechanismsHig

4、herpair(高副高副),linecontactorpointcontact(线或点接触线或点接触)Canttransfer(传递传递)largepower.FunctionContinuousturningmotiontranslating(往往复移动复移动)oroscillating(摆动摆动)motion.ExampleApplicationofcammechanismCamshaft（凸轮轴）（凸轮轴）ofanEngineincorporatingaRockerArm（摆（摆臂）臂）:The diagram shown right is a typicalcamandfollower

5、systemthatcouldbeusedinanengine.Thissystemincorporatesarockerarm.Inthiscasethemotionthatthecamimpartsonthefollower is translated to the valvethroughapushrodandtherockerarm.Dobby多臂提花机多臂提花机作者：潘存云教授绕线机构绕线机构3作者：潘存云教授12Ayarn线线Yarnwindingmachine(绕线机绕线机)作者：潘存云教授132送料机构送料机构Feedingmechanism送料机构送料机构FeederofAu

6、tomaticMachineTools自动机床的进刀机构自动机床的进刀机构n n园柱凸轮回转园柱凸轮回转滚子带动推杆往复摆动滚子带动推杆往复摆动刀架的进刀和退刀刀架的进刀和退刀12刀架刀架o机床进给机构机床进给机构13245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4录音机卷带机构录音机卷带机构织机开口机构织机开口机构Classification of cam mechanismClassification of cam mechanism凸轮机构的分类凸轮机构的分类1.1.B

7、ythecamshape(按凸轮形状分按凸轮形状分)2.2.Bythefollowershape(按从动件类型分按从动件类型分)3.3.Bythefollowersmotiontype(按从动件按从动件运动形式分运动形式分)4.4.Bythemannerofkeepingthecamandthefollowerincontact(按从动件与凸轮按从动件与凸轮的锁合方式分的锁合方式分)Edge,plateorfacecamsEdge,plateorfacecams盘状凸轮盘状凸轮盘状凸轮盘状凸轮 Translatingcams移动凸轮移动凸轮Cylindricalordrumcams圆柱凸轮圆柱

8、凸轮2.BythefollowerendsshapeKnife-edgefollower尖顶从动件lTheendofthefollowerisverysharp(nearlyapoint)lThecontactbetweenthecamandthefollowerisapointlThefolloweriseasytobeworn.lItsrarelyused.作者：潘存云教授2.BythefollowerendsshapeDiskcamwithrollerfollower滚子从动件lThe end of the follower is a roller)lLine contactlThe f

9、riction coefficient is very small(sliding friction).lThis type of roller is widely used.作者：潘存云教授2.BythefollowerendsshapeDiskcamwithflatfollower平底从动件lThe follower end shape is a flat planlThe pressure angle of the mechanism always is 0,so it can transmit large power.lBut it is difficult to design and

10、 manufacture.3.BythefollowersmotiontypeBythefollowersmotiontypeOscillatingfollowerOscillatingfollower摆动从动件摆动从动件3.BythefollowersmotiontypeTranslatingfollower移动从动件4.By the manner of keeping the cam and follower in contactForce-closed cam mechanism(Force-closed cam mechanism(力锁合力锁合)Withanexternaldownwa

11、rdforceVsWithoutanexternaldownwardforce弹簧力锁合弹簧力锁合(springforceclosed)凹凹槽槽凸凸轮轮优点：优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：缺点：线接触，容易磨损。线接触，容易磨损。槽道凸槽道凸轮 Grooved camGrooved cam等径凸轮等径凸轮Constant radius camr1r2r1+r2=const等等径径凸凸轮轮优点：优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得只需要设

12、计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：缺点：线接触，容易磨损。线接触，容易磨损。等宽凸轮等宽凸轮(constantwidthcam)W等等宽宽凸凸轮轮优点：优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：缺点：线接触，容易磨损。线接触，容易磨损。共轭凸轮共轭凸轮(Conjugate cam)主主回回凸凸轮轮优点：优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得只需要设计适当的轮廓

13、曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：缺点：线接触，容易磨损。线接触，容易磨损。设计凸轮机构时的主要任务设计凸轮机构时的主要任务:1)Selectionofthecamtype选择凸轮类型选择凸轮类型而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。2)Selectionofthefollowersmotiontype选择从动件形式选择从动件形式3)Decisionofthestructuredimension设计结构尺寸设计结构尺寸4)Designingthecamprofile设计凸轮轮廓设计凸轮轮廓The

14、 followerThe follower s motion type s motion type 从从动件的件的运运动规律律00ot s凸轮机构设计的基本任务凸轮机构设计的基本任务: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;名词术语：名词术语：一、推杆的常用运动规律一、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、行程。行程。一个循环r0hA而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。2)推杆运动规律推杆运动规律;3)合理确定结构尺寸合理确

15、定结构尺寸;4)设计轮廓曲线。设计轮廓曲线。01010202DBCB00The followerThe follower s motion type s motion type 从从动件的件的运运动规律律00otsr0hA01010202DBCB00Flowersmotion:the flowers displacement(位位移移)S,velocity v and acceleration a during rise(升升程程)andreturn(回程回程):S=S()v=v()a=a()位移曲线位移曲线The followerThe follower s motion type s mo

16、tion type 从从动件的件的运运动规律律Uniformvelocity(等速运动规律等速运动规律)ConstantAccelerationMotion(等等加加速速等等减减速运动规律速运动规律)SimpleHarmonicMotion(简简谐谐运运动动规规律律/余余弦加速度运动规律弦加速度运动规律)Combinedmotion(组合运动规律组合运动规律)The followerThe follower s motion type s motion type 从从动件的件的运运动规律律s Uniform velocity(Uniform velocity(等速等速运运动规律律)0vah+R

17、igidshock刚性冲击刚性冲击推程运动方程：推程运动方程：s h/0 v h/0v-h/0a0a 0回程运动方程：回程运动方程：sh(1-/0)从动件作等速运动时，其位移线图为一过从动件作等速运动时，其位移线图为一过原点的倾斜直线。速度线图为一条水平直原点的倾斜直线。速度线图为一条水平直线，线，V0的大小为位移线图中倾斜直线的斜的大小为位移线图中倾斜直线的斜率。加速度为零。率。加速度为零。此种运动规律只适用于低速运动的场合此种运动规律只适用于低速运动的场合.3Constantacceleration/decelerationmotion(Constantacceleration/decel

18、erationmotion(等加速等加速等加速等加速等等等等减减减减速速速速运运运运动动)减速段推程运动方程为：减速段推程运动方程为：s h-2h(0)2/20v -4h(0-)/20a -4h2/20ah/20 0h/21s2 35462 2hh/0 04 4hh2 2/2 20 0v加速段推程运动方程为：加速段推程运动方程为：s 2h2/20v 4h/20a 4h2/20柔性冲击柔性冲击这种运动规律只适用于中速运动场合这种运动规律只适用于中速运动场合.SimpleHarmonicMotion(SimpleHarmonicMotion(余弦加速度余弦加速度余弦加速度余弦加速度)推程：推程：s

19、h1-cos(/0)/2v hsin(/0)/20a 2h2 cos(/0)/220 回程：回程：sh1cos(/0)/2 v-hsin(/0)/20a-2h2cos(/0)/220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，产生柔性冲击。产生柔性冲击。h0 s sa123 456v vvmax=1.57h/20123456Selectionoffollowermotion1.机器的工作过程只要求凸轮转过一角度机器的工作过程只要求凸轮转过一角度0时，推杆完时，推杆完成一行程成一行程h(直动推杆直动推杆)或或(摆动推杆摆动推杆)，对运动规律并无，对运动规律并无严格要求。则应选

20、择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸轮。的轮廓曲线。如夹紧凸轮。工件工件工件工件 0 02.2.机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工作要求的运动规律来设计凸轮廓线。作要求的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮。如刀架进给凸轮。h 0 0Selectionoffollowermotion理由：理由：amax动量动量mv,若机构突然被卡住，则冲击力将很大若机构突然被卡住，则冲击力将很大(F=mv/t)。对重载凸轮，则适合选用对重载凸轮，则适合选用vmax较小的运动规律。较小的运动规

21、律。惯性力惯性力F=-ma对强度和耐磨性要求对强度和耐磨性要求。对高速凸轮，希望对高速凸轮，希望amax愈小愈好。愈小愈好。vmax,PnSelectionoffollowermotion3.对高速凸轮，要求有较好的动力特性，除了避免对高速凸轮，要求有较好的动力特性，除了避免出现刚性或柔性冲击外，还应当考虑出现刚性或柔性冲击外，还应当考虑vmax和和amax。从动件常用运动规律特性比较从动件常用运动规律特性比较从动件常用运动规律特性比较从动件常用运动规律特性比较运动规律运动规律vmax(h/0)amax(h2/02)冲击冲击应用应用等速运动规等速运动规律律1.00刚性刚性低速轻负荷低速轻负荷等加速等减等加速等减速速2.004.00柔性柔性中速轻负荷中速轻负荷余弦加速度余弦加速度1.574.93柔性柔性中低速中负中低速中负荷荷Have You Finished Your Have You Finished Your Homework?Homework?Page 171:9-1Page 171:9-1，9-39-3