凸轮机构及其设计课件.ppt

1、第九章第九章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计9-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类9-2 推杆的运动规律推杆的运动规律9-3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计9-4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定1凸轮机构的应用（1）实例内燃机配气凸轮机构自动机床进刀机构自动机床凸轮机构（2）特点 适当的设计凸轮廓线可实现各种运动规律，结构简单，紧凑；但易磨损，传力不大。9-1 9-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类2凸轮机构的分类（1）按凸轮的形状分1）盘形凸轮（移动凸轮）2）圆柱凸轮（2）按推杆形状及运动形式分1）尖顶推杆、滚子推杆和平底推杆2）对心直动推杆、偏置直

2、动推杆和摆动推杆（3）按保持高副接触方法分1）力封闭的凸轮机构2）几何封闭的凸轮机构9-1 9-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类第九章第九章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计9-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类9-2 推杆的运动规律推杆的运动规律9-3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计9-4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定otsr0hBA010100000202DBC360 1 1名词术语及符号名词术语及符号基圆 基圆半径 r0推程 推程运动角 0远休 远休止角 01回程 回程运动角 0近休 近休止角 02行程 h推杆运动规律：s s(t)s()v v

3、(t)v()a a(t)a()位移方程：求一阶导数得速度方程：求一阶导数得速度方程：求二阶导数得加速度方程：求二阶导数得加速度方程：2012nnscccc21123(23)nnvds dtcccnc222234(2612(1)nnadv dtcccn nc（1 1）多项式运动规律）多项式运动规律2 2推杆常用的运动规律推杆常用的运动规律1)1)一次多项式运动规律（等速运动规律）一次多项式运动规律（等速运动规律）011/0sCCvds dtCadv dt始点处始点处=0=0，s=0s=0终点处终点处=0，s=hs=hC C0 0=0,C=0,C1 1=h/=h/000/0shvha 推程推程00

4、(1/)/0shvha 回程回程00特点：特点：速度有突变，加速度理论上由速度有突变，加速度理论上由零至无穷大，从而使从动件产生巨大零至无穷大，从而使从动件产生巨大的惯性力，机构受到强烈冲击的惯性力，机构受到强烈冲击刚刚性冲击性冲击适应场合适应场合：低速轻载：低速轻载002 2）二次多项式运动规律（等加等减速）二次多项式运动规律（等加等减速）2012122222scccvccac（）22020220244hshvha 00,0,0/2,/2svsh000/2,/2,2/,0shvhsh v 20200202202()4()4hshhvha 等加速阶段等加速阶段边界条件边界条件等减速阶段等减速阶

5、段边界条件边界条件推推 程程22020220244hshhvha 等减速阶段等减速阶段 2020020220244hshvha （）（）等加速阶段等加速阶段 回回 程程2 2）二次多项式运动规律（等加等减速）二次多项式运动规律（等加等减速）00/22 2）二次多项式运动规律（等加等减速）二次多项式运动规律（等加等减速）特点：特点：加速度曲线有突变，加速加速度曲线有突变，加速度的变化率度的变化率(即跃度即跃度j)j)在这些位在这些位置为无穷大置为无穷大柔性冲击柔性冲击适应场合：适应场合：中速轻载中速轻载分析若满足：分析若满足：=0 时，时，s=0，v=0，a=0 =0时，时，s=h，v=0，a=

6、0 则无冲击。则无冲击。00/22345012345scccccc24512345(2345)vds dtccccc2232345(261220)adv dtcccc3 3）五次多项式运动规律）五次多项式运动规律34534500023434500022334500010156()306030()60180120()shvhah00,0,0,0,0,0svash vasvah03 3）五次多项式运动规律）五次多项式运动规律满足：满足：=0 =0 时，时，s=0s=0，v=0v=0，a=0a=0 =0 0时，时，s=hs=h，v=0v=0，a=0a=0特点：无冲击特点：无冲击适用场合：高速、中载适

7、用场合：高速、中载34534500023434500022334500010156()306030()60180120()shhvhah 回回 程程00（2 2）三角函数运动规律）三角函数运动规律1.1.余弦加速度余弦加速度(简谐简谐)运动规律运动规律推程阶段运动方程：推程阶段运动方程：0cos()22hhs00sin()2hv 22200cos()2ha000特点：特点：在起始和终止处理论上在起始和终止处理论上a为为有限值有限值柔性冲击柔性冲击适用场合：适用场合：中速轻载中速轻载(当从动件作当从动件作连续运动时，可用于高速连续运动时，可用于高速)回程阶段运动方程：回程阶段运动方程：00022

8、200cos()22 sin()2 cos()2 hhshvha 002.2.正弦加速度（摆线）运动规律正弦加速度（摆线）运动规律半径半径R=h/2R=h/2的滚圆沿纵座标的滚圆沿纵座标作纯滚动，圆上最初位于座作纯滚动，圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变标原点的点其位移随时间变化的规律化的规律摆线运动摆线运动推程阶段运动方程：推程阶段运动方程：002sin()2hhs0002cos()hhv220022sin()ha 特点：特点：无刚性、柔性冲击无刚性、柔性冲击适用场合：适用场合：适于高速适于高速0000022002sin()22(cos()22sin()hhshhhvha 回程阶段运动方

9、程：回程阶段运动方程：00（3 3）组合型运动规律）组合型运动规律vsahooo+-vsahooo组合原则：要保证在衔接点上运动参数保持连续；在运动的始末处满足边界条件。等速运动规律：等速运动规律：有刚性冲击有刚性冲击 低速轻载低速轻载等加速等减速运动：等加速等减速运动：柔性冲击柔性冲击 中速轻载中速轻载余弦加速度运动规律：余弦加速度运动规律：柔性冲击柔性冲击 中低速重载中低速重载正弦加速度运动规律：正弦加速度运动规律：无冲击无冲击 中高速轻载中高速轻载五次多项式运动规律：五次多项式运动规律：无冲击无冲击 高速中载高速中载运动规律运动规律 运动特性运动特性 适用场合适用场合小结：小结：第九章第

10、九章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计9-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类9-2 推杆的运动规律推杆的运动规律9-3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计9-4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定1 1凸轮廓线设计的基本原理凸轮廓线设计的基本原理（1）凸轮的轮廓曲线与推杆的相对运动关系 当给整个凸轮机构加一个公共角速度，使其绕凸轮轴心转动时，凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其导轨作反转运动，另一方面又沿导轨作预期的往复运动。推杆在这种复合运动中，其尖顶的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线。（2 2）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法原理：反转法原理：在设

11、计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而其推杆相对凸轮作反转运动，同时又在其导轨内作预期运动，作出推杆在这种复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线。120-1已知：凸轮的基圆半径已知：凸轮的基圆半径r rminmin，角速度，角速度 和从动件的运动规律和从动件的运动规律设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺l l作基圆作基圆r rminmin。在位移线图上等分各运动角。原则是：陡密缓疏。在位移线图上等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，确定从动件尖底在各等份点的位置。确定反转后，确定从动件尖底在各等份点的位置。将各尖底点连接成一条光滑曲线：即凸轮轮廓曲线。将各尖底点

12、连接成一条光滑曲线：即凸轮轮廓曲线。（1 1）对心直动尖底从动件盘形凸轮）对心直动尖底从动件盘形凸轮11335577881 1 3 3 5 5 7 78 89 911111313 1515991111131312121414s s 2345 67 891011121314609090rminA1876543214131211109 60 60120120909090902 2用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线 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、偏心距偏心距e和从动件的运动规律和从动件的运动规律（2）偏置直动尖底从动件盘形凸轮）偏置直动尖底从动件盘形凸轮 6

13、01209090135781 3 5 7 8911 13 15911131214s-612345781514131211109k9k10k11k12k13k14k15151413121110912345678k1k2k3k5k4k6k7k8eAormin120906090注意：注意：从动件导路方向与偏矩圆相从动件导路方向与偏矩圆相切，不通过回转中心切，不通过回转中心O。rminA120-1设计步骤小结：设计步骤小结：1.将滚子中心视为尖底，按尖底从动件将滚子中心视为尖底，按尖底从动件盘形凸轮机构设计。得盘形凸轮机构设计。得理论廓线理论廓线；601209090135781 3 5 7 8911

14、13 15911131214s2345 67 8910111213146090901876543214131211109理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓2.作各位置滚子圆的内作各位置滚子圆的内(外外)包络线，得包络线，得实际廓线实际廓线。（3）对心直动滚子从动件盘形凸）对心直动滚子从动件盘形凸轮轮已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rmin，滚子半径，滚子半径rt，角速度，角速度和从动件的运动规律。和从动件的运动规律。rmin已知凸轮的基圆半径已知凸轮的基圆半径rmin，角速，角速度度和从动件的运动规律和从动件的运动规律（4）对心直动平底从动件盘形凸轮）对心直动平底从动件盘形凸轮8765432

15、191011121314-A 60 6012012090909090135781 3 5 7891113 15911131214s 123456781514131211109设计步骤小结：设计步骤小结：1.将平底交叉点视为尖底，按尖底从动件将平底交叉点视为尖底，按尖底从动件盘形凸轮机构设计。盘形凸轮机构设计。得各得各平底位置平底位置；2.作平底直线族的内包络线，得作平底直线族的内包络线，得实际廓线实际廓线。120609090 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，摆杆长度，摆杆长度l以及摆杆回以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的转中心与凸轮回转中心的距离距离d，摆杆角位移方

16、程，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。（5 5）摆动从动件盘形凸轮机构）摆动从动件盘形凸轮机构 60 601201209090909012345 6 7 85678 B1B2B3B4B5B6B7B812060 90-dABlB11rminB22B77B66B55B44B33A1A2A3A4A5A6A7A81 2 3 4第九章第九章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计9-1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类9-2 推杆的运动规律推杆的运动规律9-3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计9-4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定1 1凸轮机构的压力角凸轮机构的

17、压力角（1）凸轮机构中的作用力F G/cos(+1)(1+2b/l)sin(+1)tan2（2）凸轮机构的压力角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，常以表示。愈大，F愈大临界压力角carctan1/(12b/l)tan21max (c)推程时：直动推杆30摆动推杆35 45回程时：70 80OBP点为速度瞬心，点为速度瞬心，于是有：于是有：v=lOPnnP lOP=v/eds/d=ds/ds0sD lCP=ds/d-e tg=S+r20-e2ds/d-eCvvr r0 0 基圆半径越大，压力角越小，基圆半径越大，压力角越小，但结构尺寸较大但结构尺寸较

18、大2凸轮基圆半径的确定（1）凸轮机构的压力角与基圆半径的关系（2）凸轮基圆半径的确定 凸轮基圆半径的确定的原则是：应在满足max的条件下，合理地确定凸轮的基圆半径，使凸轮机构的尺寸不至过大。先按满足推程压力角的条件来确定基圆半径r0，即r0(ds/d e)/tan s2+e21/2 用上式计算得 r0随凸轮廓线上各点的ds/d、s值的不同而不同，故需确定 r0 的极大值，即为凸轮基圆半径的最小半径值。还要考虑满足凸轮的结构及强度的要求：当凸轮和轴做成一体时，凸轮工作廓线的最小半径应略大于轴的半径。当凸轮和轴单独制作时，凸轮上要作出轮毂，此时凸轮工作廓线的最小半径应略大于轮毂的外径。可取凸轮工作

19、廓线的最小直径等于或大于轴径的（1.62）倍。当导路和瞬心位于回转中心异侧时，有：当导路和瞬心位于回转中心异侧时，有：于是：于是：tg=S+r20-e2ds/d e结论：结论：导路和瞬心位于回转中心同导路和瞬心位于回转中心同侧时，推程压力角将减小。侧时，推程压力角将减小。注意：用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，注意：用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，适用于力锁合式凸轮机构。适用于力锁合式凸轮机构。tg=S+r20-e2ds/d+e ds/dOBnnePCs0sDr r0 0凸轮逆时针回转，从动件右偏置凸轮顺时针回转，从动件左偏置3.3.从动件偏置位置的选择从动件偏置位置的选择4滚子推杆滚子半径的选择arr无论滚子半径大小如何，凸轮的工作廓线总是可以平滑地作出来arr。凸轮理论廓线内凹凸轮理论廓线外凸rr工作廓线出现变尖现象 rr工作廓线出现交叉，推杆运动规律出现失真现象考虑运动失真：考虑运动失真：min8.0rr考虑强度要求：考虑强度要求：0)5.01.0(rrr