第九章-凸轮机构及其设计课件.ppt
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- 第九 凸轮 机构 及其 设计 课件
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1、第九章 凸轮机构及其设计91 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类92 推杆的运动规律推杆的运动规律93 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计94 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定第九章第九章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计基本要求(avi)一、凸轮机构的一、凸轮机构的应用应用9-1 凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类机架机架从动件从动件滚子滚子凸轮凸轮凸轮机构的优缺点:凸轮机构的优缺点:优点:优点:只要设计出适当的凸轮轮廓,即可使只要设计出适当的凸轮轮廓,即可使从动件实现预期的运动规律;结构简单、从动件实现预期的运动规律;结构简单、紧凑、工作可靠。紧凑、工作可靠。缺点
2、:缺点:凸轮为高副接触(点或线),压强较凸轮为高副接触(点或线),压强较大,容易磨损,凸轮轮廓加工比较困难,大,容易磨损,凸轮轮廓加工比较困难,费用较高。费用较高。二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类凸轮机构分类凸轮机构分类1.1.按凸轮形状分按凸轮形状分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.按凸轮高副的锁按凸轮高副的锁合方式分类合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 尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件力锁合力锁合形锁合形锁合1.按凸轮形状分类按凸轮形状分类(1 1)平面凸轮机构)平面凸
3、轮机构 1 1)盘形凸轮)盘形凸轮(avi)2)移动凸轮)移动凸轮(avi)(3)空间凸轮机构)空间凸轮机构(avi)(avi)2.按推杆运动副元素形状分类按推杆运动副元素形状分类(1)直动尖顶推杆直动尖顶推杆对心直动尖顶推杆对心直动尖顶推杆偏置直动尖顶推杆偏置直动尖顶推杆(avi)(avi)尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触,从而使从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。适用于低速场合。(2)直动滚子从动件)直动滚子从动件(avi)凸轮与从动件之间为滚动摩擦,因此凸轮与从动件之间为滚
4、动摩擦,因此摩擦磨损较小,可用于传递较大的动摩擦磨损较小,可用于传递较大的动力。力。(3)直动平底从动件)直动平底从动件(avi)从动件与凸轮之间易形成油膜,润滑状况从动件与凸轮之间易形成油膜,润滑状况好,受力平稳,传动效率高,常用于高速场合。好,受力平稳,传动效率高,常用于高速场合。但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸。但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸。3)根据运动形式的不同,以上三种从动件还可分为根据运动形式的不同,以上三种从动件还可分为直动从动件,摆动从动件,平面复杂运动从动件。直动从动件,摆动从动件,平面复杂运动从动件。摆动滚子从动件摆动滚子从动件摆动尖顶从动件摆动尖顶从动件(avi)(a
5、vi)直动从动件:从动件作往复移动,其运动轨迹为一段从动件作往复移动,其运动轨迹为一段直线;直线;摆动从动件:从动件作往复摆动,其运动轨迹为一段从动件作往复摆动,其运动轨迹为一段圆弧。圆弧。摆动平底从动件摆动平底从动件平面复杂运动从动件平面复杂运动从动件(avi)4.按凸轮与推杆维持高副接触的方法分类按凸轮与推杆维持高副接触的方法分类(1)力锁合力锁合弹簧力弹簧力、从动件重力从动件重力或其它外力或其它外力(2)形锁合形锁合利用高副元素本身的几何形状利用高副元素本身的几何形状凹槽凸轮凹槽凸轮槽两侧面的距离等于滚子直径。槽两侧面的距离等于滚子直径。优点优点:锁合方式结构简单:锁合方式结构简单缺点缺
6、点:加大了凸轮的尺寸和重量:加大了凸轮的尺寸和重量等宽凸轮等宽凸轮凸轮廓线上任意两条平行切线间的凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架内侧的宽度。距离都等于框架内侧的宽度。缺点缺点:从动件的运动规律的选择受从动件的运动规律的选择受到一定的限制到一定的限制等径凸轮等径凸轮两滚子中心间的距离保持不变。两滚子中心间的距离保持不变。缺点缺点:从动件运动规律的选择受从动件运动规律的选择受 到一定的限制到一定的限制主回凸轮主回凸轮 (共轭凸轮共轭凸轮)一个凸轮推动从动件完成正行一个凸轮推动从动件完成正行程运动,另一个凸轮推动从动件程运动,另一个凸轮推动从动件完成反行程的运动完成反行程的运动.优点优点
7、:克服了等宽、等径凸轮的克服了等宽、等径凸轮的缺点缺点.缺点缺点:结构复杂,制造精度要求结构复杂,制造精度要求高高.凸轮机构的命名凸轮机构的命名:推杆的运动形式推杆的运动形式+推杆的形式推杆的形式+凸轮的形式凸轮的形式如右图如右图:偏置直动尖顶推杆盘偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构形凸轮机构(avi)运动规律运动规律:otsr0hBA010100000202DBC从动件的从动件的s s、v v、a a随凸轮转角随凸轮转角变化的变化的规律,规律,s=s(s=s(),v=v(v=v(),a=a(a=a()基圆:基圆:盘形凸轮机构盘形凸轮机构理论廓线最小向径理论廓线最小向径所在的圆。所在的圆。r r0
8、0360 从动件的四个运动过程:从动件的四个运动过程:推程、远休、推程、远休、回程、近休回程、近休行程行程h h:从动件的最大位移从动件的最大位移 一、一、基本概念基本概念9-2 推杆的运动规律推杆的运动规律边界条件:边界条件:凸轮转过推程运动角凸轮转过推程运动角0 0从动件上升从动件上升h(一一)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+Cnn n (9-1)(9-1)求一阶导数得速度方程:求一阶导数得速度方程:v=ds/dt求二阶导数得加速度方程:求二阶导数得加速度方程:a=dv/dt=2=2 C22 2+6C32 2+n(n-1)Cn2 2n-2n-
9、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0 0从动件下降从动件下降h 二、常用推杆运动规律二、常用推杆运动规律在推程起始点:在推程起始点:=0=0,s=0代入得:代入得:C00,C1h/h/0 0(1)(1)推程运动方程:推程运动方程:(0(0 0)s h/0 v h/0在推程终止点:在推程终止点:=0 0,s=h(2)(2)同理得回程运动方程:同理得回程运动方程:(0(0 0)sh(1-/0)v-h/0a0a 01.1.一次多项式(等速运动)运动规律一次多项式
10、(等速运动)运动规律约定:约定:凸轮转角凸轮转角从各段运动规律的起始位置计量起;推杆的从各段运动规律的起始位置计量起;推杆的位移位移S 总是从最低位置算起。总是从最低位置算起。等速运动规律等速运动规律s0vah+以以推程推程为例:为例:otshBADBC360(从动件匀速上下移动)(从动件匀速上下移动)等速运动规律等速运动规律特点:推杆在运动开始和终特点:推杆在运动开始和终止的瞬时,因止的瞬时,因速度有突变,速度有突变,加速度理论上由零至无穷大,加速度理论上由零至无穷大,从而使从动件产生巨大的惯从而使从动件产生巨大的惯性力,机构受到强烈冲击性力,机构受到强烈冲击刚性冲击刚性冲击适应场合适应场合
11、:低速轻载:低速轻载s0vah+以以推程推程为例:为例:2.二次多项式(等加等减速)运动规律二次多项式(等加等减速)运动规律位移曲线为一抛物线。在推程或回程中加、减速位移曲线为一抛物线。在推程或回程中加、减速各占一半各占一半。推程加速上升段边界条件:推程加速上升段边界条件:起始点:起始点:=0=0,s=0,v0中间点:中间点:=0 0/2 2,s=h/2 求得:求得:C00,C10,C22h/20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(1)推程运动方程)推程运动方程ah/20 0h/2减速段推程运动方程为:减速段推程运动方程为:s h-2h(
12、0)2/201sv 4h(0-)/20a-4h2/202 35462h/2h/0 0柔性冲击柔性冲击4h4h2 2/2 20 03重写加速段推程运动方程为:重写加速段推程运动方程为:s 2h2 /20v 4h/20a 4h2/20v61 2 3543以以推程推程为例:为例:h/2h/2av0 0sha a0 0特点:特点:加速度曲线有加速度曲线有突变,在起始和终止突变,在起始和终止处理论上处理论上a为有限值,为有限值,因 而 引 起 的 冲 击 较因 而 引 起 的 冲 击 较小小称为柔性冲称为柔性冲击击适应场合:适应场合:中速轻载中速轻载3.五次多项式运动规律五次多项式运动规律svah023
13、45012345scccccc2232345(261220)adv dtcccc v=ds/dt=C1+2C2+3C32 2+4C43 3+5C54 4 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。边界条件:边界条件:起始点起始点:=0=0,s=0,v0,a0终止点终止点:=0 0,s=h,v0,a0求得:求得:C0C1C20,0,C310h/10h/0 03 3,C4-15h/-15h/0 04 4,C56h/6h/0 05 5位移方程:位移方程:h0 s sa(二二)三角函数运动规律三角函数运动
14、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(1)(1)推程:推程:sh1-cos(/0)/2 v hsin(/0)/(20)a 2h2 cos(/0)/(220)(2)(2)回程:回程:sh1cos(/0)/2 v-hsin(/0)/(20)a-2h2 cos(/0)/220123 456v vV Vmaxmax=1.57h/=1.57h/0 0123456当质点在圆周上作匀速运动时,它在该圆直径上的投影所构成的运当质点在圆周上作匀速运动时,它在该圆直径上的投影所构成的运动规律动规律简谐运动简谐运动v vmax1.572hva 特点:特点:在起始和终在起始和终止处理论上止处理
15、论上a a为有限为有限值值柔性冲击柔性冲击适用场合:适用场合:中速轻中速轻载载(当从动件作连续当从动件作连续运动时,可用于高运动时,可用于高速速)s sh123 456123456 savh0 02.2.正弦加速度(摆线)运动规律正弦加速度(摆线)运动规律(1)(1)推程:推程:sh/h/0 0-sin(2/-sin(2/0 0)/(2)/(2)vh1-cos(2/h1-cos(2/0 0)/)/0 0a2h2h2 2 sin(2/(2/0 0)/)/2 20 0(2)(2)回程:回程:sh1-/h1-/0 0+sin(2/+sin(2/0 0)/(2)/(2)vhcos(2/hcos(2/0
16、 0)-1/)-1/0 0a-2h-2h2 2 sin(2/(2/0 0)/)/2 20 0vmax=2h/0 0amax=6.28=6.28hh2 2/0 02 2123456r=h/(2)=2/=2/0 0半径半径R=h/2的滚圆沿纵座标作纯的滚圆沿纵座标作纯滚动,圆上最初位于坐标原点的滚动,圆上最初位于坐标原点的点其位移随时间变化的规律点其位移随时间变化的规律摆摆线运动线运动savh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:适于高速适于高速三、改进型运动规律三、改进型运动规律 将几种运动规律组合,将几种运动规律组合,以改善运动特性。以改善运动特性。vsahooo+-
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