凸轮机构

第三章凸轮机构CamMechanisms3.1凸轮机构的组成和类型二、凸轮机构的分类凸轮机构分类1、按两活动构件之间相对运动特性分类2、按从动件运动副元素形状分类3、按凸轮高副的锁合方式分类平面凸轮机构空间凸轮机构盘形凸轮移动凸轮尖顶从动件滚子从动件平底从动件力锁合形锁合1、按照凸轮形状分类盘形凸轮PlatecamordisccamωV移动凸轮TranslatingcamωV圆柱凸轮Three-dimensionalcamωV盘形凸轮机构在印刷机中的应用圆柱凸轮机构在机械加工中的应用利用分度凸轮构实现转位2、按照从动件形状分类尖端从动件Knife-edgefollower(a)(b)(c)(d)(e)(f)曲面从动件滚子从动件Rollerfollower平底从动件Flat-facedfollower(a)(b)(c)(d)(e)(f)(a)(b)(c)(d)(e)(f)尖端从动件Knife-edgefollower滚子从动件Rollerfollower平底从动件Flat-facedfollower3、按照从动件运动形式分类(a)移动从动件Translatingfollowere(b)摆动从动件Oscillatingfollower4、按照凸轮与从动件维持高副接触方法分类(1)力封闭形凸轮机构Force-closedcammechanism213(2)形封闭型凸轮机构Form-closedcammechanism(a)plategroovecam巧克力输送凸轮机构绕线机构(b)translatingpositive-returnwithconstant-widthcamfollower(b)等宽凸轮机构Constant-widthcammechanism等径凸轮机构在机械加工中的应用(c)共轭凸轮机构Double-lobedcammechanism(c)translatingdouble-rolleranddouble-lobedcamanddouble-lobedcam(d)oscillatingdouble-roller凸轮机构的优缺点：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、紧凑、工作可靠。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，费用较高。优点：缺点：基本概念基本概念升程基圆推程运动角远休止角回程运动角近休止角对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构行程S升程H实际廓线基圆压力角基本概念基圆理论廓线实际廓线对心直动滚子从动件盘形凸轮机构行程S升程H理论廓线实际廓线基圆压力角摆动动滚子从动件盘形凸轮机构基圆理论廓线实际廓线压力角角位移已知对心尖顶推杆盘形凸轮机构，凸轮逆时针旋转，基圆尺寸如图，试作出凸轮廓线。Sδ1290°180°34270°360°1290°270°180°34一、对心尖顶移动从动杆例:已知R0、H、w的方向、从动杆运动规律和凸轮相应转角:凸轮转角从动杆运动规律0～180等速上升H180～300等速下降H300～360下停程解:1.以mS=¨¨作位移曲线.Sd0360018003000H123456789102.以同样的mS作凸轮廓线w012345678910凸轮廓线曲线的设计二、偏置尖顶移动从动杆例.已知:R0、H、e、w的方向、凸轮转角从动杆运动规律0～180等速上升H180～210上停程210～300等速下降H300～360下停程解:1.以mS=¨¨作位移曲线.2.以同样的mS作凸轮廓线w012345678910从动杆运动规律和凸轮相应转角:Sd03600180021003000H12345678910三.滚子移动从动杆已知:R0、H、RT、w的方向、从动杆运动规律和凸轮相应转角.nn理论廓线工作廓线从动杆运动规律和凸轮相应转角:例.已知:R0、L2、L3、w1的方向、四、尖顶摆动从动杆凸轮转角f从动杆运动规律0～1800等速上升ymw1L2ymR0L311800～2100上停程2100～3000等速下降ym3000～3600下停程解:1.以my=¨¨作位移曲线.2.以mL=¨¨作凸轮廓线012345w1y1y2y3L223yd03600180021003000ym12345678910一、等速运动规律(直线位移运动规律、一次多项式运动规律)Sdd0HVdd0adHwd0∞∞d0特点：设计简单、匀速进给、max最小。始点、末点有刚性冲击。适于低速、轻载、从动杆质量不大，以及要求匀速的情况二、等加速等减速运动规律(抛物线位移运动规律、二次多项式运动规律)Sdd0HVdd0ad2Hwd0d04Hw2d0d0H特点:amax最小→惯性力小。起、中、末点有柔性冲击.适于中低速、中轻载.Sdad三、余弦加速度运动规律(简谐运动位移运动规律)d0H01234567812345678SdVd012345678d0pHw2d0012345678p2Hw22d020123456特点:加速度变化连续平缓.始、末点有柔性冲击.适于中低速、中轻载.012345678d078add0pHw2d0201246780123456783四、正弦加速度运动规律Vd2Hwd00123468d0012345678557Hp特点：加速度变化连续.max最大.对加工误差敏感.适于高中速、轻载(摆线投影位移运动规律)d012345678dH123456S700ad五、几种常用运动规律的比较H等速余弦d0等加正弦等速的max最小,省力.正弦的max最大.等速的Vmax最小,安全.d0等加的amax最小，惯性小.等速的a→∞.正弦的a连续.(动量mVmax最小,SdVd即冲力F=mV/t最小.)6.多项式运动规律S=C0+C1d+C2d2+C3d3+¨¨+Cndn.六、常用运动规律的选择1.没有任何要求、轻载、2.低速、轻载，要求等速、adad小行程、手动,可用圆弧或偏心圆.等位移,3.中低速、中轻载,可用等加减速或余弦加速度运动规律.可用等速运动规律.4.较高速、轻载,可用正弦加速度运动规律.5.组合型.解析法设计凸轮轮廓曲线（一）移动从动件盘型凸轮机构已知:w的转向，rb,e，s=s()，求：凸轮轮廓曲线上点的坐标值或作出凸轮的轮廓曲线。1.尖顶从动件解：取坐标系XOY，如图所示。分析：开始推杆的尖顶处于B0，当凸轮转过角时，推杆产生相应的位移S，由反转法作图可看出，此时从动件尖顶处于B点。xyOB1-w-eB0rbwB其直角坐标为：cossin)(0essxsincos)(0essy220ersb其中：2.滚子从动件按上述方法求出滚子中心在坐标系oxy中的轨迹（称为理论轮廓）；实际轮廓与理论轮廓在法线方向处处相等且相距一个滚子半径。分析：理论轮廓曲线上点B处的法线n-n的斜率：ddyddxdydxtgBBBB//式中dx/dφ，dy/dφ可由上式求得：dx/dφ=(ds/dφ–e)sinφ+(s0+s)cosφdy/dφ=(ds/dφ–e)cosφ–(s0+s)sinφnnBCxyrbB0'实际轮廓曲线rr理论轮廓曲线xC=xBrrcosyC=yBrrsin则实际轮廓曲线上对应点C点的坐标：（二）摆动从动件盘型凸轮机构1.尖顶从动件已知：w的转向，rb,lOA=a，摆杆长度L，)(yy（1）取坐标XOY，（2）写出点B的坐标；求凸轮轮廓曲线上点的坐标值或作出凸轮的轮廓曲线。)sin(sin0yylax)cos(cos0yylayalrlab2arccos2220y其中：xyy-wO2A2.滚子从动件若为滚子摆动从动件，则上式为理论廓线方程式，而实际廓线为理论廓线的等距曲线，其方程式可用前述相同方法求得。xC=xBrrcosyC=yBrrsin（三）平底从动件盘型凸轮机构（1）选定坐标XOY如图；（2）写出点B的坐标；由图知：cossin)(posrxbsincos)(posrybP为构件1、2的瞬心则：v=vP=op.wop=v/ω=ds/dφxyBP-1rb2B0O一、压力角与驱动力P↑→P↑当大于一定值,将自锁.一般,推程[]=30(移动)35—45(摆动)回程[']=70—80二、压力角与效率↑→↓'过大将造成滑脱QQ§3.5凸轮机构参数设计1.凸轮副的瞬心(同速点)运动平面平行的三个构件的三个速度瞬心（同速点），必在同一条直线上。②高副接触,速度瞬心在接触点公法线上.③据此,接触点公法线与连心线的交点PVP1=VP2AB123P13P23P12三、压力角与基圆半径r0即为凸轮副1、2的瞬心.①三心定理O123PCVC1VC2O2.压力角与基圆半径r0tg=——CPBC=OP-OCBC其中：①据三心定理VP1=VP2②OC=e③BC=即:OP·w=V得:OP=V/wS+S0=S+r02-e2从而tg=V/w-eS+r02-e2CBP123S0显然,r0↑→↓SwVer0若压力角超过了许用值，可以采取以下措施：1、增大凸轮的基圆半径r02、选择合适的从动件偏置方向凸轮逆时针转动,从动杆应右偏置;凸轮顺时针转动,从动杆应左偏置.wtg=V/w±eS+r02-e2需要指出的是：若推程压力角减小，则回程压力角将增大，上述方法是以增大回程压力角为代价来减小推程压力角四、凸轮基圆半径的确定诺模图2.经验法确定Rbr0r孔rTr毂3～51)结构要求r0=r毂+rT+(3～5)mm其中,轮毂半径2)验算maxH等速余弦dL等加正弦等速运动规律,max在起点处;其余运动规律,max在中点附近.Sdr毂=1.75r孔+(5～7)mmrT过大,外凸时可能造成凸轮工作廓线变尖或失真;rT过小,滚子销及滚子的强度会不够.一般,rT0.4r0,且rT0.8rmin.并使外凸时的r工3～5mm.3.五、滚子半径rT1.外凸r工=r-rT2.内凹r工=r+rTrr工rT失真rr工rT变尖4.曲率中心的求取