凸轮机构课件

第9章凸轮机构9-1凸轮机构的应用和类型一.凸轮机构的应用在自动化和半自动化机械中应用非常广泛。不过，由于凸轮与从动件是高副接触，比压大，易于磨损，故该机构多用于传递动力不大的场合。1132e在设计机械时，常要求其中某些从动件的位移、速度、加速度按照预定的规律变化。此时，通常多采用凸轮机构。1132e1132e1132e1132e132e132e132e132e132e132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh3机架2从动件eh1凸轮高副eh凸轮机构——由凸轮，从动件和机架构成的三杆高副机构。eh弹簧力锁合——力封闭的凸轮机构eh凸轮机构的优点：只要适当地设计凸轮的轮廓曲线，便可使从动件获得任意预定的运动规律，且机构简单紧凑。凸轮机构的缺点：凸轮与从动件是高副接触，比压较大，易于磨损，故这种机构一般仅用于传递动力不大的场合。eh摆动从动件凹槽凸轮滚子直动从动件按从动件的运动分类滚子从动件凸轮机构eee尖顶从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构按从动件的形状分类按凸轮的形状分类移动（板状）凸轮机构圆柱凸轮机构圆锥凸轮机构盘形凸轮机构1132e按凸轮的形状分类移动（板状）凸轮机构圆柱凸轮机构圆锥凸轮机构盘形凸轮机构1132e形封闭的凸轮机构的几种型式等宽等宽凸轮机构dd等径等径凸轮机构主回凸轮机构槽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮机构主回凸轮机构槽凸轮机构形封闭凸轮机构的型式摆动从动件凹槽凸轮机构直动从动件凸轮机构按从动件的运动分类滚子从动件凸轮机构尖顶从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构按从动件的形状分类按凸轮的形状分类盘形凸轮机构圆锥凸轮机构圆柱凸轮机构移动（板状）凸轮机构按高副维持接触的方法分类形封闭的凸轮机构力封闭的凸轮机构凸轮机构的分类三.凸轮机构的设计只需设计适当的凸轮轮廓,便可使从动件得到所需的运动规律。为此，需要研究以下内容：9－2从动件的常用运动规律9－3凸轮机构的压力角9－4图解法设计凸轮轮廓。9－2从动件的常用运动规律一.凸轮机构的运动及其从动件的位移线图对主动件凸轮而言对从动件而言推程运动角t推程S升程h远休止角s远程休息回程运动角h回程S近休止角s’近程休息圆弧段圆弧段圆弧段1200120060060012001200600600rmin基圆（rmin）——以最短向径所作的圆12001200600600rminFEBD12001200600600rminFEBDS211200120006001800120060036003000S211200120006001800120060036003000S211200120006001800120060036003000h升程h——推杆的最大位移。其对应的凸轮转角t——推程角tS211200120006001800120060036003000htEF段从动件在远处停止，其对应的转角s——远休止角。s远休止角推程角S211200120006001800120060036003000htEF段从动件在远处停止，其对应的转角s——远休止角。s远休止角推程角S211200120006001800120060036003000hS211200120006001800120060036003000htshs't——推程角；s——远休止角h——回程角；s’——近休止角二.几种常用的从动件运动规律及其应用场合1.等速运动规律2.等加速等减速运动规律3.简谐运动规律(余弦加速度运动规律)s2h1.等速运动规律位移方程S2=h1/t1tv2速度方程v2=hω1/t位移方程S2=h1/t10ta2a2a2加速度方程a2=0（在运动开始与升程处其加速度达到）速度方程v2=h1/t位移方程S2=h1/t11v2ha2aas2等速运动规律的运动线图tv01tv2ha2aas2在始点a，在末点a，即始末点的理论加速度值为无穷大，它所引起的惯性力亦应为无穷大而产生强烈的冲击，这种冲击称为刚性冲击或称为硬冲。因此这种运动规律只适用于凸轮转速很低的场合。v01a2t/2t/2+a1s2t/2t/2h/2h2.等加速等减速运动规律分两段：等加速段等减速段a2+a1s2h/2hv2等加速段11t/2t/2t/2t/2t/2t/2画出运动线图1s2t/2h/2h-a+aa2v2等减速段11t/2t/2t/2t/2t/2绘出运动线图-a+av21s2t/2h/2h11t/2t/2t/2t/2t/2a2合成图a-a+av1st/2h/2h推程的始末点及前后半段交接处加速度也有突变。有限惯性力的突变也会产生有限冲击，称为柔性冲击。而且在高速下仍将导致相当严重的振动、噪声和磨损。因此，这种运动规律只适用于中、低速的场合。t/2h1s2余弦加速度运动规律又称简谐运动规律。当一点在圆周上等速运动时，其在直径上投影的运动即简谐运动3.简谐运动规律h1s2tt/2v21tt/2a21tt/2S2,v2,a21S,v,a在推程的始末点加速度产生有限数值的突变，即有柔性冲击，故用于中低速场合。10/201s2h12345633014941012三.位移曲线的绘制1.等加速等减速运动S2--1曲线h1s22.简谐运动S2--1曲线的绘制h1s2h1s29-3凸轮机构的压力角一.压力角及其与作用力的关系1.压力角:作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角。2.压力角与作用力的关系rminoB0eK01rminoB0eK01s22min0erSrminABeK1ss0nnPB点的法线rminABeK1ss0nnPF凸轮对推杆的力沿法线传递rminABeK1ss0nnPFV2力F的方向线与从动件受力点速度V2方向线间所夹的锐角——压力角rminABeK1ss0nnPFFrFt将F分解为两个分力,其中Fr为有用力，Ft为有害力。故愈小传力愈好。所以应使max＜[对于直动从动件凸轮机构：]=300摆动从动件凸轮机构：]=450rminABeK1ss0nnPF若从动件左偏置，受力情况如何？rminAeK1ss0nP若从动件为左偏置，受力情况如何？BBBBBrminABeK1ss0nnPFrminABeK1nnPFV2V2二.压力角与凸轮机构尺寸的关系由上文可知,凸轮廓线上各点的压力角是变化的,而且小好,所以应使max[]。由图可知，欲使机构紧凑,就应使基圆半径rmin小。由公式可知:在其它条件不变的情况下,基圆半径rmin越小,压力角越大。rmin过小，就会使[]。因此实际设计中，只能在保证max＜[]的前提下,缩小凸轮的尺寸。22min212erseddstg注意!作者：潘存云教授设计：潘存云-ωω已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆r0。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮1’3’5’7’8’二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制1357891113159’11’13’12’14’10’作者：潘存云教授2)对心直动滚子推杆盘形凸轮设计：潘存云911131513578-ω设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆r0。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’理论轮廓实际轮廓⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线。已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。ω作者：潘存云教授3)对心直动平底推杆盘形凸轮设计：潘存云911131513578已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺μl作基圆r0。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。④作平底直线族的内包络线。8’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’-ωω1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’123456781514131211109作者：潘存云教授设计：潘存云911131513578OeA已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’-ωω15’14’13’12’11’10’9’设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆r0;②反向等分各运动角;③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置;④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1514131211109k9k10k11k12k13k14k15k1k2k3k5k4k6k7k8作者：潘存云教授5)摆动尖顶推杆盘形凸轮机构设计：潘存云120°B’1φ1r0已知凸轮的基圆半径r0，角速度ω，摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。1’2’3’4’56785’6’7’8’B1B2B3B4B5B6B7B860°90°ω-ωdABl1234B’2φ2B’3φ3B’4φ4B’5φ5B’6φ6B’7φ7A1A2A3A4A5A6A7A8外凸的凸轮理论廓线rrminminrraa=min-rr0a=min-rr=0出现尖点rr=minminrrrrminminrr包络线交叉，制造时被切去