湖南大学机械原理课件.

目的：掌握凸轮机构设计的基础知识，并能根据生产实际需要的运动规律设计凸轮机构。要求：1、了解凸轮机构(cams)的分类及应用2、了解推杆(follower)常用的运动规律及推杆运动规律的选择原则3、能根据选定的凸轮类型和推杆的运动规律设计凸轮的轮廓曲线(camprofile)。4、掌握在确定凸轮机构的基本尺寸时应考虑的主要问题。重点：1、推杆常用运动规律的特点及其选择原则2、盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计3、凸轮基圆半径与压力角的关系难点：本章的难点是反转法.反转法不仅是凸轮设计的基本方法,而且是凸轮机构分析常用的方法。第九章凸轮机构及其设计（CamsandItsDesign)第九章凸轮机构及其设计（CamsandItsDesign)§9-1凸轮机构的应用和分类1、凸轮机构的应用凸轮机构是一种由凸轮、从动件（推杆）和机架三个基本构件所组成的高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作连续的等速转动；当凸轮运动时，通过其曲线轮廓与从动件的高副接触，使从动件获得任意预期的运动规律。凸轮机构的优点：只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实现从动件复杂的运动规律；结构简单，运动可靠。缺点：从动件与凸轮接触应力大,易磨损用途：载荷较小的运动控制盘形凸轮：最基本的形式，结构简单，应用最为广泛移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动圆柱凸轮：空间凸轮机构2、凸轮机构的分类(Classificationofcams)按凸轮的形状分盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮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，只适用于低速场合。按推杆（从动件）的端部形状分1、尖顶从动件凸轮与从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可用于传递较大的动力。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。但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸。2、滚子从动件3、平底从动件直动推杆：从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线；摆动推杆：从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。按推杆的运动形式分摆动推杆直动推杆按推杆轴线与凸轮回转轴心的相对位置分对心：在直动推杆中，若推杆轴线通过凸轮的回转轴线称为对心直动推杆。偏置：在直动推杆中，若推杆轴线不通过凸轮的回转轴线称为偏置直动推杆。按凸轮与推杆维持高副接触的方法分1、力封闭（力锁合）─弹簧力、从动件重力或其它外力2、型封闭（型锁合）─利用高副元素本身的几何形状槽凸轮机构槽两侧面的距离等于滚子直径。优点：锁合方式结构简单缺点：加大了凸轮的尺寸和重量等宽凸轮机构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。缺点：从动件的运动规律的选择受到一定的限制，当180º范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确定后，其余180º内的凸轮廓线必须符合等宽原则等径凸轮机构两滚子中心间的距离始终保持不变。缺点：从动件运动规律的选择受到一定的限制主回凸轮机构(共轭凸轮机构)优点：克服了等宽、等径凸轮的缺点缺点：结构复杂，制造精度要求高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完成反行程的运动§9-2推杆的运动规律1、推杆常用运动规律（1）多项式运动规律1）等速运动规律又称为一次多项式运动规律特点：速度有突变，加速度理论上由零至无穷大，从而使推杆产生巨大的惯性力，机构受到强烈冲击——刚性冲击适应场合：低速轻载000vdtdva2）等加速等减速运动规律又称为二次多项式运动规律特点：加速度曲线有突变，加速度的变化率(即跃度j)在这些位置为无穷大——柔性冲击适应场合：中速轻载由于加速度曲线无突变，凸轮机构既无柔性冲击也无刚性冲击。3）五次多项式运动规律增加多项式的幂次，可获得性能良好的运动规律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—简谐运动φΦπcos12hs特点：有柔性冲击适用场合：中速轻载(当从动件作连续运动时，可用于高速)（2）三角函数运动规律1）简谐运动规律又称为余弦加速度运动规律2）正弦加速度运动规律又成为摆线加速度运动规律半径R=h/2π的滚圆沿纵座标作纯滚动，圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律—摆线运动特点：无刚性、柔性冲击适用场合：适于高速组合运动规律简介运动规律组合应遵循的原则：1、对于中、低速运动的凸轮机构，要求从动件的位移曲线在衔接处相切，以保证速度曲线的连续。2、对于中、高速运动的凸轮机构，则还要求从动件的速度曲线在衔接处相切，以保证加速度曲线的连续。3.尽量减小速度和加速度的最大值。改进型等速运动规律00aa=0v0shaOABCDEFO梯形加速度运动规律1、凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）δ2Sδ1123s1s2hOr0-1δ1s122's23'3h1'δ1s1假设凸轮静止不动，推杆相对于凸轮作反转运动；同时又在其导轨内作预期的运动，作出推杆在复合运动中的一系列位置，其尖顶的轨迹即为所求凸轮廓线。§9-3凸轮轮廓曲线设计偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）δ2Sδ1123s1s2h-δ11δ11's1Or0es22h3Fvs1δ1已知：S=S（δ），r0，e，偏距圆：以凸轮的轴心为圆心，以偏距为半径所作圆。切射线从基圆开始向外量取各相应位置的位移量。偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）δ2Sδ1123s1s2h-δ11δ11's1Or0es22h3已知：S=S（δ），r0，e，，rr理论廓线实际廓线实际廓线是理论廓线的法向等距曲线。在滚子推杆凸轮机构的设计中，r0指理论廓线的基圆半径。包络线为了保证在所有位置从动件平底都能与凸轮轮廓曲线相切，凸轮廓线必须是外凸的。举例平底从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）凸轮廓线上不同点处的压力角是不同的。机构发生自锁时的压力角称为临界压力角。为保证凸轮机构正常运转，应使最大压力角小于临界压力角。推程时：对直动推杆：对摆动推杆：回程时：3045~3580~70凸轮机构在图示位置的压力角：推杆在与凸轮的接触点B处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。§9-4凸轮机构基本尺寸的确定1、凸轮机构中的作用力与凸轮机构的压力角2、凸轮基圆半径的确定s)ered/dssseOPtg2/12200（在偏距一定、推杆的运动规律已知的条件下，基圆半径越大，压力角越小，但结构尺寸较大凸轮的基圆半径应在α≤[α]的前提下选择。从动件偏置方位的选择原则应有利于减小从动件工作行程时的最大压力角。为此应使从动件在工作行程中，点C和点P位于凸轮回转中心O的同侧，此时凸轮上C点的线速度指向与从动件工作行程的线速度指向相同。22erseddstgα0正偏距：凸轮逆时针回转，从动件右偏置凸轮顺时针回转，从动件左偏置负偏距：凸轮逆时针回转，从动件左偏置凸轮顺时针回转，从动件右偏置ρa=ρ+rr3、滚子推杆滚子半径的选择和平底推杆平底尺寸的确定（1）滚子推杆滚子半径的确定内凹的凸轮轮廓曲线不存在失真。rar外凸的凸轮轮廓曲线：工作廓线为一光滑曲线。rr变尖现象：工作廓线将出现尖点，极易磨损，会引起运动失真。0rar失真现象：工作廓线出现交叉,会引起运动失真。rr对于外凸的凸轮廓线，应使滚子半径小于理论廓线的最小曲率半径。避免凸轮廓线失真的措施：1、减小滚子半径；2、增大基圆半径；3、修改推杆的运动规律。（2）平底推杆平底尺寸的确定mm)7~5(2maxll运动失真：基圆半径过小从动件升程过大措施：1、增大基圆半径2、修改推杆运动规律例题图示为一尖顶直动推杆盘形凸轮机构，已知推杆尖顶与凸轮廓线在B0点接触时为起始位置，试用图解法求出：1、当凸轮从图示位置转过90°时，推杆的位移量。2、当推杆尖顶与凸轮廓线在B点接触时，凸轮机构的压力角α。例题已知一滚子直动推杆盘形凸轮机构如图所示，滚子中心位于B0点时为该机构的起始位置。试用图解法求：1、滚子与凸轮廓线在B1′点接触时，所对应的凸轮转角δ1。2、当滚子中心位于B2点时，凸轮机构的压力角α2。