清华大学机械原理 (5)

机械原理—凸轮机构第3章凸轮机构凸轮机构的组成与类型从动件运动规律设计凸轮轮廓的设计凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构的计算机辅助设计机械原理—凸轮机构3.1凸轮机构的组成与类型3.1.1凸轮机构的组成1─凸轮2─从动件3─机架高副机构机械原理—凸轮机构3.1.2凸轮机构的类型1.按凸轮的形状分类盘形凸轮：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：空间凸轮机构盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮机械原理—凸轮机构2.按从动件的形状分类尖端从动件曲面从动件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。磨损比尖端从动件小。机械原理—凸轮机构滚子从动件平底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。机械原理—凸轮机构3.按从动件的运动形式分类移动从动件摆动从动件移动从动件：从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线；摆动从动件：从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。机械原理—凸轮机构4.按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类(1)力锁合─弹簧力、从动件重力或其它外力(2)型锁合─利用高副元素本身的几何形状机械原理—凸轮机构槽凸轮机构槽两侧面的距离等于滚子直径。优点：锁和方式结构简单缺点：加大了凸轮的尺寸和重量机械原理—凸轮机构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机械原理—凸轮机构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机械原理—凸轮机构主回凸轮机构(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机械原理—凸轮机构5.反凸轮机构摆杆为主动件，凸轮为从动件机械原理—凸轮机构3.1.3凸轮机构的应用例1：实现变速操纵机械原理—凸轮机构例2：实现自动进刀、退刀机械原理—凸轮机构例3：控制阀门的启闭机械原理—凸轮机构例4：印刷机的吸纸吸头机械原理—凸轮机构3.2从动件运动规律设计3.2.1凸轮机构的工作情况机械原理—凸轮机构回程运动角近休止角从动件运动规律（从动件位移线图）基圆─以凸轮轮廓的最小向径rb所作的圆升程─从动件上升的最大距离h推程运动角Φ0远休止角Φs'0's机械原理—凸轮机构3.2.2从动件常用运动规律1.等速运动特点：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的惯性力，机构受到强烈冲击——刚性冲击适应场合：低速轻载机械原理—凸轮机构2.等加速等减速(抛物线)运动特点：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：中速轻载机械原理—凸轮机构3.简谐运动(余弦加速度运动)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)机械原理—凸轮机构4.摆线运动(简介)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：适于高速机械原理—凸轮机构5.3-4-5多项式运动(简介)543Φφ6Φφ15Φφ10hs特点：无刚性冲击、柔性冲击适用场合：高速、中载机械原理—凸轮机构3.2.3从动件运动规律的选择1.常用运动规律性能比较机械原理—凸轮机构2.从动件运动规律的选择原则考虑因素：对运动规律的要求凸轮的转速（动力特性和便于加工）3.2.4从动件运动规律的组合1.满足工作对运动规律的特殊要求；2.为避免刚性冲击，位移曲线和速度曲线必须连续；而为避免柔性冲击，加速度曲线也必须连续。3.尽量减小速度和加速度的最大值。机械原理—凸轮机构3.3凸轮轮廓的设计3.3.1基本原理（反转法）反转法反转后，从动件尖端的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。机械原理—凸轮机构3.3.2图解法设计凸轮轮廓1.移动从动件盘形凸轮(1)尖底从动件旋转。逆时针，等角速度偏距为置于凸轮轴心右侧，曲线，从动件偏，已知：基圆半径)(e-srb机械原理—凸轮机构机械原理—凸轮机构（2）滚子从动件曲线。，滚子半径，已知：-sr,e,rrb滚子中心将描绘一条与凸轮廓线法向等距的曲线—理论廓线。Rb指的是理论廓线的基圆。反转法机械原理—凸轮机构作内包络线，得到凸轮的实际廓线；若同时作外包络线，可形成槽凸轮廓线。机械原理—凸轮机构（3）平底从动件取平底从动件表面上的点B0作为假想的尖端从动件的尖端。机械原理—凸轮机构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。机械原理—凸轮机构2.摆动从动件盘形凸轮机械原理—凸轮机构3.3.3解析法(略)3.4凸轮机构基本尺寸的确定3.4.1移动滚子从动件盘形凸轮机械原理—凸轮机构(1)压力角与许用值sincos'''FFFFF][1max1'''ftgfFF即：自锁80][)(45][)(30][回程：摆动，移动推程：机械原理—凸轮机构(2)凸轮基圆半径的确定基圆半径越大，压力角越小，但结构尺寸较大22bersedφdstgα机械原理—凸轮机构(3)从动件偏置方向的选择22bersedφdstgα凸轮逆时针回转，从动件右偏置凸轮顺时针回转，从动件左偏置机械原理—凸轮机构(4)凸轮轮廓形状与滚子半径的关系外凸凸轮廓线0rρρrρ0minmin0min机械原理—凸轮机构0rρρrρ0minmin0min实际廓线出现尖点机械原理—凸轮机构0rρρrρ0minmin0min实际廓线出现交叉，从动件不能准确地实现预期的运动规律—运动失真机械原理—凸轮机构内凹凸轮廓线无论滚子半径多大，总能由理论轮廓求出实际轮廓。机械原理—凸轮机构运动失真原因：避免方法：滚子半径的选择考虑结构、强度与运动规律等因素rmin0min0min0增大增大)8.0(减小滚子半径brρrr机械原理—凸轮机构3.4.2移动平底从动件盘形凸轮凸轮出现过度切割的现象，从动件无法完全实现预期的运动规律。原因？？？机械原理—凸轮机构减小升程h增大基圆rb增大偏心e机械原理—凸轮机构运动失真基圆半径的确定避免运动失真基圆半径过小从动件升程过大机械原理—凸轮机构从动件偏置方向的选择从动件偏置并不影响凸轮廓线的形状，选择偏置的主要目的是为了减小从动件在推程阶段所受的弯曲应力。机械原理—凸轮机构平地宽度的确定3.5凸轮机构的计算机辅助设计(略)