机械设计基础----凸轮机构设计(第三章)

3.1凸轮机构的应用和分类3.2从动件的运动规律3.3盘状凸轮轮廓的设计3.4设计凸轮机构应注意的问题思考题凸轮的应用和分类一、凸轮机构的应用实例：内燃机配气凸轮机构自动机床进刀机构自动车床凸轮机构二、凸轮机构的分类1.按凸轮的形状分：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。盘形凸轮圆柱凸轮移动凸轮2.按从动件形状分：尖顶滚子平底根据从动件相对于机架的运动形式不同分：往复直动（偏置与对心）和摆动两种摆动尖顶摆动滚子摆动平底凸轮的应用和分类3.按保持接触方法分(1)几何封闭的凸轮机构(2)力封闭的凸轮机构从动件常用运动规律一、凸轮机构的基本名词术语基圆：r0为基圆半径。推程：从动件的移动距离AB’，δt称为推程运动角。远休：当凸轮继续转过δS角时，推杆处于最高位置而静止不动，δS称为远休止角。回程：当凸轮继续转过δh角时，推杆由最高位置回到最低位置，δh称为回程运动角。近休：当凸轮继续转过δh’角时，推杆将处于最低位置静止不动，δh’称为近休止角。otδsr0hB’ωAδsδsδtδtδhδhδ’sδ’SDBC从动件一个循环运动过程：升—停—降—停sδ从动件常用运动规律等速运动规律在开始和终止的瞬间时，有刚性冲击。二、从动件等速运动规律δtvδaδh+∞－∞推程或回程中，从动件等速运动，即v=常数。在推程起始点：δ=0，s2=0在推程终止点：δ=δt，s2=h运动线图：推程运动方程：s=hδ/δtv=hω/δta=0回程运动方程：s=h(1-δ/δh)v=-hω/δha=0由运动线图可知：∴等速运动规律只适用于低速轻载及从动件质量较小的场合。从动件常用运动规律三、等加速等减速运动规律推程或回程中：前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动，通常加速度的绝对值相等，为一常数。dv22hω/δt4hω2/δt2da21ds2235463h/2dth/2●位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。●从动件的加速度：a2=a0=常数●从动件前半行程速度：v2=a0t●从动件的位移：s2=a0t2/2由运动线图可知：在行程起点、中点和终点，存在加速度突变，但突变为有限值，引起的惯性力为有限值，在机构中产生有限冲击，称为柔性冲击。∴等加速等减速运动规律可用于中、低速轻载场合。从动件常用运动规律位移线图的几何作图法：由s2与t2的关系作图。1494101423560s1235463h/2dth/2dsO3’2’1’从动件常用运动规律四、余弦加速度运动规律又称简谐运动规律,从动件加速度按余弦规律变化。δsδa123456δv123456Vmax=1.57hω/2δ1hδ1推程中从动件位移：s2=h[1-cos(πδ/δt)]/2加速度曲线为一余弦曲线。由其运动线图可知：在行程的起始和终止处加速度有突变，但突变为有限值，故产生柔性冲击。∴余弦加速度运动规律适用于中速中载场合。在升—降—升时可用于高速。从动件常用运动规律位移线图作法：δs123456123456hδ1其他从动件运动规律：◆正弦加速度（摆线）运动规律◆五次多项式运动规律无冲击，适用于高速凸轮。工作中无冲击，用于高速轻载。位移方程：s=10h(δ/δt)3－15h(δ/δt)4+6h(δ/δt)5凸轮轮廓曲线的设计一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理反转原理：即在设计时，假设凸轮静止不动而推杆相对于凸轮作反转运动，同时又沿导轨作预期的运动，推杆尖顶在此复合运动中的轨迹就是所要求的凸轮廓线。直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓形成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：直动滚子从动件盘形凸轮轮廓形成凸轮轮廓曲线的设计二、对心直动尖顶从动件盘形凸轮ds’ωO1)选适当比例μl，作位移线图，将其等分，得11’、22’、……2)用相同比例，以O为圆心、r0为半径作基圆，C15135789111315dtdsdhds’1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’任取基圆上B0为起点，按（-ω）方向作δt、δS、δh、δS’，分别将δt、δh等分，得C1、C2、C3、……3)连OC1、OC2、OC3、…，得反转后从动件导路的各位置；4)在各导路上取相应位移：C1B1=11’、C2B2=22’得反转后从动件尖底的各位置：B1、B2、…；5)用光滑曲线连B0、B1、B2、…，即得所求凸轮轮廓曲线。-ω凸轮轮廓曲线的设计三、滚子直动从动件盘形凸轮ω步骤:1)—5)同上1357891113151’3’5’7’8’9’11’13’12’14’理论轮廓实际轮廓6)以理论轮廓曲线上各点为圆心，滚子半径rs为半径作一系列滚子圆，过滚子圆作一内包络线，即为滚子从动件凸轮的实际轮廓曲线。O注意：凸轮基圆仍为理论轮廓的基圆。-ω滚子直动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，滚子半径rs，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。凸轮轮廓曲线的设计四、摆动从动件盘形凸轮机构1’2’3’4’5’6’7’8’56781234摆动从动件凸轮机构中，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。B1B2B3B4B5B6B7B8120°60°90°ωdABlB’1YrminB’2Y2B’7Y7B’6Y6B’5Y5B’4Y4B’3Y3A1A2A3A4A5A6A7A8-ω设计凸轮机构应注意的问题定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角αOBωαnnFF’F”FQ一、凸轮机构的压力角和自锁不考虑摩擦时，作用力F沿法线方向。→F″↑，若α大到一定程度时，会有：→机构发生自锁。F′：有用分力,沿导路方向,推动从动件运动F″：有害分力，垂直于导路，引起摩擦力FQF′=Fcosα；F″=FsinαF一定时，α↑FQF′α[α]因此，要求：直动从动件：[α]=30˚～35°摆动从动件：[α]=35°～45°回程：[α]=70°～80°设计凸轮机构应注意的问题二、压力角与凸轮基圆半径的关系当运动规律确定时，即ds/dδ、S一定，应在αmax≤[α]下尽量使r0↓。022ddtanrss若r0↑tanα↓→α↓传力有利，但机构尺寸↑若r0↓机构尺寸↓紧凑，但α↑，有可能αmax＞[α],传力性能变坏。对对心直动从动件凸轮机构有：nnPeαds/dds0sDCvvr0OBw若设计结果发现αmax＞[α]，应增大r0，重新设计凸轮廓线。设计凸轮机构应注意的问题三、滚子半径与凸轮轮廓曲线形状的关系有ρ’=ρ+rs0若ρrs有ρ′=ρ-rs0凸轮轮廓正常凸轮轮廓正常ρ内凹外凸ρ′rsrsρ′ρρ’－工作轮廓的曲率半径，rs－滚子半径ρ－理论轮廓的曲率半径，设计凸轮机构应注意的问题若ρ＝rs有ρ’=ρ-rs=0若ρrs有ρ’=ρ－rs0凸轮轮廓变尖∴对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：ρminrs轮廓失真rSρrSρ凸轮轮廓失真一般选用rs≤0.8rmin。当ρmin太小导致rs太小时，可加大r0，重新设计凸轮轮廓。思考题C1AC1.试作出下列凸轮机构在图示位置的压力角。ttnnαnnα=0nnα2.关于凸轮机构的描述，以下正确的是。①为了减小凸轮机构的压力角，可适当减小基圆半径。②凸轮机构的压力角越大，则其传动性能越好。③凸轮的基圆半径取得越大，其压力角将越小。③ROABr思考题3.图示凸轮机构，已知：凸轮的实际廓线为一圆，圆心在A点，其半径R=40mm，绕偏心O逆时针转动，LOA=15mm，滚子半径r=10mm，试求：1.从动件的推程为。2.凸轮的基圆半径为。3.作图表示当凸轮由图示位置逆时针转过300时，从动件将从图示位置上升多少。4.作图表示当凸轮由图示位置逆时针转过300时，从动件在B点的压力角。h=2LOA==2×15=30mmr0=R-L0A+r=40-15+10=35mm300hnnα30mm35mm思考题4.在凸轮机构中，基圆半径越大，则凸轮的尺寸，其压力角；在设计凸轮廓线时，应使凸轮的最大压力角（大于，小于等于）许用压力角；凸轮的压力角，对传动有利。5.凸轮机构常用运动规律中，等速运动规律会在机构中产生冲击；等加等减速运动规律会产生冲击。6.试标出凸轮从左图所示位置转过900后推杆的位移；并标出右图所示位置升高位移S时，凸轮的转角和此时的压力角。大小小于等于越小刚性柔性