机械设计基础(第五版)讲义

§3-1凸轮机构的应用和类型§3-2从动件的常用规律§3-3凸轮机构的压力角§3-4图解法设计凸轮轮廓第3章凸轮机构内燃机配气机构3-1凸轮机构的应用和类型靠模车削机构3-1凸轮机构的应用和类型绕线机构312A线3-1凸轮机构的应用和类型3皮带轮5卷带轮录音机卷带机构1放音键摩擦轮413245放音键卷带轮皮带轮摩擦轮录音机卷带机构3-1凸轮机构的应用和类型132送料机构3-1凸轮机构的应用和类型凸轮机构组成：凸轮、从动件、机架。凸轮机构的优点:只需设计适当的凸轮轮廓结构简单、紧凑，设计方便凸轮机构的缺点:高副机构，易磨损3-1凸轮机构的应用和类型凸轮机构的分类按照凸轮的形状：盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮按照从动件的型式：尖顶从动件滚子从动件平底从动件3-1凸轮机构的应用和类型二、基本概念与名称•基圆•推程运动角•远休止角•回程运动角•近休止角•升程3-2从动件的常用运动规律一、凸轮机构设计的基本任务1)根据工作要求选定凸轮机构的形式；2)从动件运动规律；3)合理确定结构尺寸；4)设计轮廓曲线。otsrminhB’ωA010100’0’00202DBC位移速度加速度fsfvfa线图。从动件运动规律通常表示成的函数：3-2从动件的常用运动规律三、常用运动规律1.等速运动1CvtCCvdts100dtdva00ahvvhs3-2从动件的常用运动规律刚性冲击：由于加速度发生无穷大突度而引起的冲击称为刚性冲击。2.简谐运动cos12hssin2hvcos2222ha3-2从动件的常用运动规律φsφa123456φv123456hФ柔性冲击：在起始和终止处理论上a为有限值，产生柔性冲击。3.正弦加速度运动（了解）2sin21hs2cos1hv2sin222ha3-2从动件的常用运动规律运动特征：没有冲击3-2从动件的常用运动规律正弦改进等速+∞-∞vsaφφφhoooФ4.改进型运动规律将几种运动规律组合，以改善运动特性。四、运动规律的特性比较运动规律vmax/ms-1h/×amax/ms-1h/2×冲击推荐应用范围等速1.00∞刚性低速轻载等加速等减速2.004.00柔性中速轻载余弦加速度1.574.93柔性中速中载正弦加速度2.006.28——高速轻载五次多项式1.885.77——高速中载变形梯形加速度2.004.89——高速轻载3-2从动件的常用运动规律3-3凸轮机构的压力角OBω定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角α。F″↑若α大到一定程度时，会有：机构发生自锁αnn一、压力角与作用力的关系不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。FF′F″----有用分力，沿导路方向----有害分力，垂直于导路F′一定时，α↑FfF′Ff为了保证凸轮机构正常工作，要求：αmax[α]FFtanFF[α]=30˚---直动从动件；[α]=35°～45°---摆动从动件；[α]=70°～80°---回程。OBω二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系P点为速度瞬心，于是有：v=lOPωrmin↑nnP→lOP=v/ωeαds/dφ=ds/dφs0sD=lOC+lCPlCP=lOC=elCP=ds/dφ-etanα=S+r2min-e2ds/dφ-e→α↓C(S+S0)tanαS0=r2min-e2若发现设计结果α〉[α]，可增大rminvvrmin3-3凸轮机构的压力角3-3凸轮机构的压力角αds/dφOBω得：tanα=S+r2min-e2ds/dφ+enn同理，当导路位于中心左侧时，有：lOP=lCP-lOC→lCP=ds/dφ+e于是：tanα=S+r2min-e2ds/dφ±ee“+”用于导路和瞬心位于中心两侧；“-”用于导路和瞬心位于中心同侧；显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小。PCs0sDlCP=(S+S0)tanαS0=rmin2-e2rmin注意：用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，故偏距e不能太大。一、凸轮廓线设计方法的基本原理反转原理：依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线。给整个凸轮机构施以-ω时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。O-ωω3’1’2’3311223-4图解法设计凸轮轮廓1、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制3-4图解法设计凸轮轮廓设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rmin;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。2、滚子直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制3-4图解法设计凸轮轮廓设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rmin;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。⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线3-4图解法设计凸轮轮廓滚子半径的确定ρa－工作轮廓的曲率半径；rT－滚子半径；ρ－理论轮廓的曲率半径。ρa＝ρ＋rTρrTρa＝ρ－rTρ＝rTρa＝ρ－rT＝0ρrTρa＝ρ－rT0轮廓正常轮廓正常轮廓变尖ρ内凹外凸轮廓失真ρarTrTρarTρrTρρ对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：ρminrT3-4图解法设计凸轮轮廓对心直动平底从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，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rmin。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。3、对心直动平底从动件盘形凸轮8’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’-ωω1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’123456781514131211109对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。Ormin可通过增大rmin解决此问题。rmin摆动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，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。4、摆动从动件盘形凸轮机构1’2’3’4’56785’6’7’8’B1B2B3B4B5B6B7B8120°60°90°ω-ωdABlB’1φ1rminB’2φ2B’7φ7B’6φ6B’5φ5B’4φ4B’3φ3A1A2A3A4A5A6A7A812343-4图解法设计凸轮轮廓盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮曲面凸轮力锁合形锁合