机械设计基础 第三章凸轮机构

本章目录教学要求基本内容重点难点问题思考总目录退出凸轮机构是机械中的一种常用机构。它是由凸轮、从动件和机架通过一定的锁合方式组合而成的一种高副机构。凸轮机构广泛应用于各种机械，特别是在自动化和半自动化机械中得到了广泛的应用。音乐欣赏分目录退出§1、凸轮机构的类型和应用§2、从动件的常用运动规律§3、凸轮轮郭曲线的设计§4、凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定本章目录分目录退出教学要求1、掌握等速运动、等加速等减速运动、及简谐运动线图的绘制方法；2、能根据上述运动规律的运动线图分析何时出现刚性冲击或柔性冲击；3、熟练掌握利用反转法按给定从动件运动规律设计盘形凸轮轮廓；4、定性了解选择滚子半径的原则、压力角与自锁的关系以及基圆半径对压力角的影响。分目录退出§1凸轮机构的应用和类型一、凸轮机构的组成及应用凸轮+从动件+机架组成应用传力不大的控制机构从动件可实现任意的运动规律凸轮与从动件高副接触，传力小特点：1234内燃机配气机构印刷机转位设备用于机加工分目录退出§1凸轮机构的应用和类型凸轮机构用于印刷机中分目录退出§1凸轮机构的应用和类型凸轮机构用于转位设备返回分目录退出§1凸轮机构的应用和类型凸轮机构用于机加工分目录退出凸轮盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮二：凸轮机构的分类锁合方式力锁合形状锁合凸轮机构的命名：从动件末端型式＋从动件的运动＋凸轮的形状从动件尖顶滚子平底直动摆动运动形式未端形状§1凸轮机构的应用和类型分目录退出各种类型的凸轮机构偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构对心滚子直动从动件盘形凸轮机构对心平底直动从动件盘形凸轮机构尖顶摆动从动件盘形凸轮机构滚子摆动从动件盘形凸轮机构平底摆动从动件盘形凸轮机构分目录退出滚子直动从动件移动凸轮机构空间凸轮机构形锁合凸轮机构各种类型的凸轮机构分目录退出h§2从动件的常用运动规律一：从动件位移与凸轮转角间对应关系推程运动分析凸轮机构的一个运动循环从动件凸轮转角近休程4-------近休止角回程运动----回程运动角δ3------远休止角δ2远休程----推程运动角δ1其它术语：240r13ω1A0BCD升程h:推程中从动件的最大位移从动件位移线图基圆：以凸轮转动中心为圆心,以其轮廓最小向径r0为半径的圆；δ0s1243分目录退出§2从动件的常用运动规律二：从动件常用运动规律特点：在行程的开始和终止有刚性冲击，适应于低速轻载.δδδsvaV0δ1δ1h＋∞-∞010Vvvdts0dtdva位移：速度：加速度：1h1h1、等速运动规律（以推程为例分析）分目录退出推程中（等加速段）：2000021tavdtstadtavaa21210211221442haahvhs2、等加速等减速运动规律0aaa特点：在行程的起始、中间和终止位置有柔性冲击.适用于中速§2从动件的常用运动规律δδδsvaδ1a0-a0δ1δ1h分目录退出§2从动件的常用运动规律3、简谐运动规律简谐运动：点在圆周上作匀速运动时，其在该圆直径上的投影所构成的运动特点：在行程的起始、终止位置有柔性冲击,适应于中速)]cos(1[21hs)cos(212221ha位移：速度：·加速度：)sin(211hvδδδsvaδ1δ1δ1h分目录退出三、从动件运动规律的选择考虑因素：冲击、速度幅值Vmax、加速度幅值amax重载凸轮机构：应选择Vmax值较小的运动规律；高速凸轮机构：应选择amax值较小的运动规律。分目录退出课堂小结：1.凸轮机构的组成、分类及特点2.凸轮机构中从动杆位移与凸轮转角的对应关系3.从动杆常用运动规律：等速等加速等减速余弦加速度预习：凸轮机构设计作业：3-1位移线图、运动特点分目录退出§3.凸轮轮廓曲线的设计一、凸轮轮廓设计基本原理设想给整个凸轮机构加上一个绕转动轴心转动的公共角速度-ω，此时，凸轮相对静止，从动杆一边随导路以-ω转动，一边沿导路做往复运动。反转法：分目录退出二、图解法凸轮轮廓设计1、对心尖顶直动从动件盘形凸轮单击进入动态演示…分目录退出1.直动尖顶从动件盘形凸轮已知：凸轮逆时针ω回转，其基圆半径r0及从动杆运动规律为：凸轮转角从动杆运动0°～120°等速上升h120°～180°远休180°～270°等加速等减速下降h270°～360°近休（1）作从动件位移线图二、图解法凸轮轮廓设计sδ0120609090h(mm)(°)分目录退出1、对心尖端直动从动件盘形凸轮设计步骤：1、作从动件的位移线图4、定反转后从动件导路的各个位置5、量取从动杆在各反转位置上的位移,定从动杆尖顶位置6、将从动件各尖点连成光滑的曲线6090900A1202、作从动件尖顶的起始位置A056748123'1'2'3'4'5'6'7hsδ01206090903、定s和δ的对应关系0'1A'2A'3A'4A'5A'6A'7A71234568分目录退出2、对心滚子直动从动件盘形凸轮滚子从动件的运动特点：1）凸轮郭线与滚子的接触点到滚子中心的距离恒等于滚子的半径；2）滚子是转动的，只有滚子中心的运动与尖端从动件的运动完全相同。设计步骤：1）将滚子中心视为尖端从动件的尖端，按尖端从动件的作图法得到的轮廓曲线——理论廓线2）以理论轮廓上各点为圆心，滚子半径为半径，作一系列滚子圆，并作滚子圆族的包络线——工作轮廓O分目录退出单击进入动态演示……理论轮廓工作轮廓2、对心滚子直动从动件盘形凸轮单击鼠标…分目录退出2、对心滚子直动从动件盘形凸轮nn设计时应注意两点：1）r0是作理论廓线的基圆半径；工作轮廓理论轮廓o2）实际廓线和理论廓线是两条法向的等距曲线。r0分目录退出3、对心平底直动从动件盘形凸轮单击进入动态演示……（1）将从动杆导路中心线与平底的交点视为尖顶，按尖顶从动杆设计方法找到从动杆末端的一系列点的位置。（2）过从动杆末端各点作一系列平底直线，并作平底直线族的包络线——工作轮廓分目录退出4、偏置从动件盘形凸轮0'0123456789'1'2'3'4r0ωAe与对置从动件不同点：1）需画辅助圆；2）反转中从动件导路位置与辅助圆相切。δSδ0'0'1'2'3'4从动件位移线图s's分目录退出5、摆动从动件盘形凸轮单击进入动态演示…分目录退出三、解析法：滚子中心B：sincos)(cossin)(00essyessx——理论轮廓方程工作轮廓上B’：sin'cos'rrryyrxx——工作轮廓方程注意：e的正负：凸轮顺时针，e偏在右侧时——为负；e偏在左侧——为正；凸轮逆时针，e偏在右侧时——为正；e偏在左侧——为负；分目录退出§4.凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定一、凸轮机构的压力角及其许用值sincos'''FFFFF有效分力有害分力α''FfF''机构自锁'FfF''＞时当机构传力性能压力角α：从动件在接触点B处所受力的方向与其速度方向之间所夹的锐角。它是反映凸轮机构受力情况的一个重要参数。αFF”F’ttB0δAωPr0nnn分目录退出通常规定：αmax≤[α]许用压力角[α]的推荐值为：推程：直动从动件[α]=30º—40º摆动从动件[α]=35º—45º回程：[α]’=70º—80º一、凸轮机构的压力角ααFF”F’ttB0δAωPr0nnn§4.凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定分目录退出0δABωnntter0sFnαoδABωrbFnαnn§4.凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定分目录退出§4.凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系ddsvOPOPvvPsereddssseOPtg2200)/(v↘的措施r0↗采用正偏位凸轮机构可根据许用压力角计算基圆半径分目录退出§4.凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定诺模图:可根据推杆运动规律和许用压力角确定基圆半径.分目录退出§4.凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定平底直动从动件盘形凸轮机构，为了保证从动件运动不“失真”，要求凸轮轮廓全部外凸且平底要足够长。正偏位凸轮机构对于直动从动件盘形凸轮机构，为了改善其传力性能或减小凸轮尺寸，经常采用下图中的偏置凸轮机构。三、滚子半径的选择tartar2、凸轮理论轮廓为外凸时：当ρrt时,ρa0当ρ≤rt时,ρa≤01、凸轮理论轮廓为内凹时：分目录退出分目录退出§4.凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定不失真的条件：滚子半径rTmin对于外凸的凸轮轮廓曲线,应使滚子半径小于理论廓线的最小曲率半径.滚子尺寸的确定：保证不失真同时保证具有一定的强度常取：rT=(0.1~0.15)r0运动失真:当凸轮的实际轮廓推动从动杆运动时，不能准确实现预期的运动规律。(2)当ρ≤rr时,ρa≤0，出现“失真”分目录退出1.凸轮机构的特点、类型及应用2.从动杆位移与凸轮转角的关系3.从动件常用运动规律4.凸轮机构反转设计原理及方法5.凸轮设计中注意问题：推程角、远休止角、回程角、近休止角等速、等加速等减速、余弦加速度：运动线图及特性反转设计原理的理解和应用压力角、失真、基圆大小的影响作业：3-3学习指南3.3分目录退出重点与难点1、凸轮机构的类型；2、从动件推杆常用的运动规律；3、凸轮廓线设计方法的基本原理；4、用图解法设计盘形凸轮轮郭；5、压力角的概念；6、本章的难点是凸轮廓线设计时反转法的理解与运用。分目录退出问题思考2、何谓理论轮廓？何谓实际轮郭？实际轮郭与理论轮郭是否相似？3、滚子半径的选择与理论轮郭曲率半径有何关系？作图时如出现实际轮郭变尖或自交，可采取哪些措施来加以解决？1.试从冲击的观点来分析等速、等加速等减速、简谐运动三种运动规律，并说明它们适用的场合？分目录退出5、当设计直动推杆盘形凸轮机构的凸轮郭线时，若机构的最大压力角超过了许用值，试问可采用哪几种措施来减小最大压力角？6、在直动推杆盘形凸轮机构中，试问同一凸轮采用不同端部形状的推杆时，其推杆运动规律是否相同？为什么？问题思考4、何谓凸轮机构的压力角？压力角的大小与凸轮的尺寸有何关系？压力角的大小对凸轮机构的作用力和传动有何影响？分目录退出问题思考讨论题:用作图法求出图示凸轮机构从图示位置转过45°时的压力角。αα