第4章凸轮机构及简谐运动机构.课件.ppt

1、4-1 4-1 的应用和分类的应用和分类4-2 4-2 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律4-3 4-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计盘形凸轮轮廓曲线的设计4-4 4-4 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题4-5 4-5 间歇运动机构间歇运动机构凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构 一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用 内燃机内燃机 凸轮配气机构凸轮配气机构 靠模车削机构靠模车削机构 凸轮机构组成：凸轮机构组成：凸轮、从动件、机架。凸轮、从动件、机架。凸轮机构的优点凸轮机构的优点: 1 1）只需设计适当的凸轮轮廓）只需设计适当的凸轮轮廓

2、 2 2）结构简单、紧凑，设计方便）结构简单、紧凑，设计方便 凸轮机构的缺点凸轮机构的缺点: 高副机构，易磨损高副机构，易磨损 圆柱凸轮圆柱凸轮： a.a.在圆柱面上开有曲线凹槽在圆柱面上开有曲线凹槽 b.b.圆柱体端面上做出圆柱体端面上做出曲线轮廓曲线轮廓1.按凸轮形状分类：按凸轮形状分类： 移动凸轮移动凸轮：回转中心无穷远：回转中心无穷远盘状凸轮盘状凸轮：（：（简单，简单，广泛，行程较小）广泛，行程较小）二、分类：二、分类：机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构(4)(4)其他其他凸轮凸轮：（：（凹槽凸轮凹槽凸轮，等宽凸轮等宽凸轮，等径凸轮等径凸轮）滚子从动件滚子从动件： （移动移动，摆动摆

3、动） 滚动摩擦，磨损小，传力大，复杂。有噪音。滚动摩擦，磨损小，传力大，复杂。有噪音。平底从动件平底从动件：（：（移动移动，摆动摆动） 润滑好，磨损小，受力平稳，效率高。润滑好，磨损小，受力平稳，效率高。2.按从动件类型分按从动件类型分尖顶从动件尖顶从动件：（：（移动移动，摆动摆动） 简单、能实现复杂运动。易磨损，受力小低速简单、能实现复杂运动。易磨损，受力小低速机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构33ots2凸轮机构设计的基本任务凸轮机构设计的基本任务: : 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; ;名词术语：名词术语：基圆、基圆、推程运动角、推程运动角、基

4、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rminh 1A而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计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。凸轮轮廓曲线的前提。2)2)推杆运动规律推杆运动规律; ;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。2244DBCB11从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构33ots2rminh 1A2244DBCB11运动规律：运动规律：推杆在推程或回程时，其位移推杆在推程或回程时，其位移s2、

5、速度速度v2、 和加速度和加速度a2 随时间随时间t 的变化规律。的变化规律。s2=s2(t)v2=v2(t)a2=a2(t)机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构 s2 =h/1 v2 =h1 /1s2,t,t1 1v2,t,ta2,t,th+a2 0d/dt=1凸轮角速度凸轮角速度机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构刚性冲击：刚性冲击：由于加速度发生无穷大突由于加速度发生无穷大突度而引起的冲击称为刚性度而引起的冲击称为刚性冲击。冲击。位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。加速段推程运动方程为：加速段推程运动方程为：s2 2h(/1)2v2 4h1 /21a

6、2 4h(1 /1)2机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构减速段推程运动方程为：减速段推程运动方程为：s2 h-2h(t 1)2/2tv2 -4h1(t-1)/2ta2 -4h21 /2ta2h/21 1h/21s22 35462h2h1 1/1 1柔性冲击柔性冲击4h(4h(1 1/1 1) )2 23v2cos12hssin2hvcos2222ha s a123 456 v123456h柔性冲击：柔性冲击：在起始和终止处理论上在起始和终止处理论上a为为有限值，产生柔性冲击。有限值，产生柔性冲击。机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构盘形凸轮轮廓曲线设计盘形

7、凸轮轮廓曲线设计凸轮廓线设计方法的基本原理凸轮廓线设计方法的基本原理反转原理反转原理：依据此原理可以用几何作图的方法依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：设计凸轮的轮廓曲线，例如： 给整个凸轮机构施以给整个凸轮机构施以- -1时，不影响各构件之间时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。尖顶凸轮绘制动画尖顶凸轮绘制动画滚子凸轮绘制动画滚子凸轮绘制动画O O -13311223 33 31 11 12 22 21已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rmin

8、，角速度角速度1和从动件和从动件的运动规律，设计凸轮轮廓曲线。的运动规律，设计凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。一、一、对心对心直动尖顶直动尖顶从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮60rmin120-111135782345 8910111213149090A1876543214131211109 6012090901 3 5 7 89

9、11 13 15s2 191113121410 67机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构r0 =40mm,1=1500,2 =300,3 =1200,4 =600，123d d4 4机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构s2 1911 13 151 3 5 7 8rminA120-11设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1357891113121

10、42345 67 8910111213146090901876543214131211109理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓作各位置滚子圆的内作各位置滚子圆的内( (外外) )包络线。包络线。二、滚子直动从动件盘形凸轮二、滚子直动从动件盘形凸轮已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rmin，角速度角速度1和从动件和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 6012090901机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构s2 1911 13 151 3 5 7 8已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rmin，角速度角速度1和从动件和从动件运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。运动规律

11、，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：设计步骤：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rminmin。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。作平底直线族的内包络线。作平底直线族的内包络线。三、对心直动平底三、对心直动平底从动件从动件盘形凸轮盘形凸轮13578911131214 601209090rmin8765432191011121314-11A123456781514131211109机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构120B11 1rmin 601209090s2 1已知凸轮

12、的基圆半径已知凸轮的基圆半径rmin，角速度角速度1，摆杆长度摆杆长度l以以及摆杆回转中心与凸轮及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离回转中心的距离d，摆摆杆杆角位移方程角位移方程，设计该凸设计该凸轮轮轮廓曲线轮廓曲线。四、摆动四、摆动从动件从动件盘形凸轮机构盘形凸轮机构12345 6 7 85678B1B2B3B4B5B6B7B860 90 1-1dABl1 2 3 4B22 2B33 3B44 4B55 5B66 6B77 7A1A2A3A4A5A6A7A8机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构受力分析受力分析（不计凸轮与从动件的摩擦）：不计凸轮与从动件的摩擦）： ，F Fy y , , F F

13、x x 运转轻快运转轻快 ，F Fy y , , F Fx x 运转沉重运转沉重一、压力角与凸轮的基圆半径一、压力角与凸轮的基圆半径压力角压力角：从动件上受力方向与运动方向所夹的锐角。：从动件上受力方向与运动方向所夹的锐角。R R0 0S S r rt tt tn nn nF Fn nF Fx xF Fy y机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题许用压力角许用压力角：推推程程摆动从动件摆动从动件45移动从动件移动从动件30max 80回程回程:max的位置：的位置：凸轮廓线较陡的地方。凸轮廓线较陡的地方。等加、等减、简谐运动规律：等加、等减、简

14、谐运动规律：0/2 处。处。等速运动规律：推程起始位置。等速运动规律：推程起始位置。机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构压力角与凸轮尺寸的关系：压力角与凸轮尺寸的关系： ，r ro o ，结构尺寸大，结构尺寸大va a= =ve etan = =( (r ro o+s+s2 2) )tanve e= =rr= =(r(ro o+s+s2 2) )srtanb（欲使凸轮结构紧凑，欲使凸轮结构紧凑， 就得大，传力性能不好。就得大，传力性能不好。 如果如果maxmax ，应重新设计凸轮廓线，常用增，应重新设计凸轮廓线，常用增大大r ro o 使推程的使推程的maxmax减小。减小。r ro oS S

15、 r rt tt tn nn nave ev vr rv v机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构 ro与与有关，有关， 设计时通常是在满足设计时通常是在满足max的条件下，的条件下，来考虑来考虑ro的取值。的取值。1.ro的一般选取方法：的一般选取方法： 先定一个先定一个r ro o的初值，后检查的初值，后检查与与minmin的关系，再的关系，再调整调整r ro o。2.2.根据凸轮的结构确定（经验公式）：根据凸轮的结构确定（经验公式）：rs轴半径轴半径, rk滚子半径滚子半径凸轮与轴装配式的盘形凸轮：凸轮与轴装配式的盘形凸轮：r ro o1.61.6r rs s+ +r rk k+(2+(2

16、5)5)mm 凸轮与轴一体的盘形凸轮：凸轮与轴一体的盘形凸轮：r ro or rs s+ +r rk k+(2+(25)5)mm基圆半径的确定基圆半径的确定机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构a工作轮廓的曲率半径，工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径， rk滚子半径滚子半径rkark rT 轮廓失真轮廓失真ark rk ark0轮廓正常轮廓正常轮廓变尖轮廓变尖内凹内凹arkrkrk rk ark 轮廓正常轮廓正常外凸外凸rka机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构间歇运动机构间歇运动机构 在机器工作时，当主动件作连续运动时，常需要从动件产

17、生周期性的运动和停歇，实现这种运动的机构，称为间歇运动机构。最常见的间歇运动机构有棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构等，它们广泛应用于自动机床的进给机构、送料机构、刀架的转位机构、精纺机的成形机构等。 本章将扼要介绍几类间歇运动机构的组成及运动特点。一、棘轮机构一、棘轮机构 1. 棘轮棘轮（组成）（组成） 2.双棘爪棘轮双棘爪棘轮 3.双向棘轮双向棘轮 4.回转棘爪双向棘轮回转棘爪双向棘轮机械设计基础 凸轮机构及间歇运动机构二、槽轮机构二、槽轮机构 1.单圆销槽轮单圆销槽轮（电影卷片机构电影卷片机构） 2. 双圆销槽轮双圆销槽轮 3.空间槽轮空间槽轮 4.内啮合槽轮内啮合槽轮 5.外啮合槽轮外啮合槽轮