凸轮机构

第3章凸轮机构凸轮：具有曲线轮廓的构件通过高副带动从动件实现预期运动3.1凸轮机构的组成和类型3.2凸轮机构的特点和功能3.3从动件运动规律设计3.4凸轮轮廓的设计3.5凸轮机构基本参数设计3.6凸轮机构的计算机辅助设计第3章凸轮机构3.1凸轮机构的组成与类型3.1.1凸轮机构的组成3.1.2凸轮机构的类型3.1.1凸轮机构的组成高副机构3.1凸轮机构的组成和类型从动件凸轮机架3.1.2凸轮机构的类型盘形凸轮：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按凸轮的形状分类移动凸轮圆柱凸轮3.1凸轮机构的组成和类型按从动件的形状分类尖端从动件曲面从动件能与任意形状的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。尖端处极易磨损，只适用于低速场合。磨损比尖端从动件小3.1凸轮机构的组成和类型滚子从动件平底从动件滚动摩擦，磨损小用于传递较大的动力从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑好，受力平稳，传动效率高高速场合；但凸轮轮廓须全部外凸按从动件的形状分类3.1凸轮机构的组成和类型按从动件的运动形式分类移动从动件移动从动件：从动件往复移动，运动轨迹为一段直线；摆动从动件：从动件往复摆动，运动轨迹为一段圆弧。摆动从动件3.1凸轮机构的组成和类型按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类力封闭：弹簧力、从动件重力或其它外力形封闭─利用高副元素本身的几何形状槽两侧面的距离等于滚子直径；优点：封闭方式结构简单缺点：加大了凸轮的尺寸和重量槽凸轮机构3.1凸轮机构的组成和类型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形封闭凸轮等宽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3.1凸轮机构的组成和类型主回凸轮机构(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形封闭凸轮3.1凸轮机构的组成和类型形封闭凸轮摆杆为主动件，凸轮为从动件反凸轮机构3.1凸轮机构的组成和类型3.1凸轮机构的组成和类型3.1.2凸轮机构的类型按凸轮的形状分类按从动件的形状分类按从动件的形状分类按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类凸轮机构的特点优点：构件少；结构简单、紧凑可方便地设计出任意要求的从动件运动规律缺点：高副接触，易磨损，用于受力不大的场合3.2凸轮机构的特点和功能凸轮机构的功能实现无特定运动规律要求的工作行程实现有特定运动规律要求的工作行程实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程实现复杂的运动轨迹3.2凸轮机构的特点和功能3.3从动件运动规律设计3.3.1基础知识：凸轮机构的工作情况3.3.2从动件常用运动规律3.3.3从动件运动规律的选择3.3.4从动件运动规律的组合3.3.1凸轮机构的工作情况回程运动角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Φ'1.等速运动2.等加速等减速(抛物线)运动3.简谐运动(余弦加速度运动)4.摆线运动5.3-4-5多项式运动3.3.2从动件常用运动规律3.3.2从动件常用运动规律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1.等速运动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3.3.2从动件常用运动规律22222442hahvhs等加速阶段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)3.3.2从动件常用运动规律4.摆线运动规律半径R=h/2π的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3.3.2从动件常用运动规律5.3-4-5次多项式运动规律543Φφ6Φφ15Φφ10hs特点：无刚性冲击、柔性冲击适用场合：高速、中载3.3.2从动件常用运动规律3.3.3从动件运动规律的选择1.从动件常用运动规律性能比较2.从动件运动规律的选择原则对运动规律的要求凸轮的转速和荷载（动力特性和便于加工）3.3.3从动件运动规律的选择3.3.4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。3.4凸轮轮廓的设计3.4.1基本原理（反转法）3.4.2图解法设计凸轮廓线1.移动从动件盘形凸轮尖底从动件滚子从动件平底从动件2.摆动从动件盘形凸轮设计总结3.4.3解析法设计凸轮廓线3.4.1基本原理（反转法）3.4凸轮轮廓的设计反转法某一时刻反转后从动件尖端的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线s1思考：如果从动件有偏置，反转后其位置？注意：凸轮转角凸轮转角3.4.2图解法设计凸轮轮廓旋转。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1.移动从动件盘形凸轮(1)尖底从动件3.4凸轮轮廓的设计1.切分偏心圆2.找反转后从动件所在的位置线3.截取相应位移，求凸轮廓线凸轮转角？1.移动从动件盘形凸轮（2）滚子从动件曲线。，滚子半径，已知：-sr,e,rrb滚子中心将描绘-条与凸轮廓线法向等距的曲线--理论廓线。反转法rb指的是理论廓线的基圆。作内包络线，得到凸轮的实际廓线；若同时作外包络线，形成槽凸轮廓线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。1.移动从动件盘形凸轮（3）平底从动件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。2.摆动从动件盘形凸轮凸轮轮廓设计总结：基本概念：从动件位移、凸轮转角、理论轮廓和实际轮廓找反转后从动件所在的位置线关键：3.4.3解析法设计凸轮廓线1移动滚子从动件盘形凸轮机构Ifin-line,e=0，s0=rbPositionofpointBPositionofpointB’22000sincoscossinerses)(sMNBNyes)(sKHKNxbcos)(sin)(srysrxbbcos'cos'rrryyrxx3.4.3解析法设计凸轮廓线刀具中心轨迹：3.5凸轮机构基本参数设计3.5.1移动滚子从动件盘形凸轮：基圆半径偏置方向滚子半径1、压力角及其许用值sincos'''FFFFF80][)(45][)(30][回程：摆动，移动推程：22tanerseddsancb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方法1：根据满足最大压力角a的要求确定方法2：令基圆半径大于1.6～2倍的凸轮轴径，校验压力角a2、凸轮基圆半径的确定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，取－凸轮顺时针回转，从动件左偏置，取－其他情况取+ΔBDP中3、从动件偏置方向的选择22bersedφdstgα合理选择偏置方向偏置的目的是为了减小从动件在推程阶段所受的压力角。4、滚子半径的选择4、滚子半径的选择外凸凸轮廓线0rρρrρ0minmin0min0rρρrρ0minmin0min实际廓线出现尖点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运动失真原因：避免方法：rmin0min0min0)8.0(减小滚子半径增大增大brρrr设计要求：ararminmin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。滚子半径的选择：考虑结构、强度等因素ararminmin3.5.2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？减小升程h或：增大相应的凸轮转角Φ增大基圆rb增大偏心e？运动失真基圆半径与哪些参数相关？如何确定合理的基圆半径避免运动失真基圆半径过小从动件升程过大min22min22mindsdsrdsdsrbb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。凸轮上某点的坐标：sincos)(cossin)(ddssryddssrxbb平地宽度的确定minmaxBddsdds3.6凸轮机构的计算机辅助设计设计过程:1.根据使用场合和工作要求,选择凸轮类型2.根据工作要求,选择和设计从动件运动规律3.根据机构的结构条件,初选基圆半径4.对凸轮机构进行计算机辅助设计0br例题设计一凸轮,工作要求凸轮顺时针转过1800时,从动件上升50mm;当凸轮接着转过900时,从动件停歇不动;当凸轮再转过900时从动件返回原处,已知凸轮的转速为10rad/s,工作机要求既无刚性冲击,又无柔性冲击,试设计该凸轮机构.解:1.根据使用场合和工作要求,选择凸轮类型:对心滚子移动从动件盘形凸轮2.根据工作要求,选择和设计从动件运动规律:摆线运动规律3.根据机构的结构条件,初选基圆半径:8mm4.凸轮的计算机辅助设计:推程压力角380;回程压力角7005.编程框图:软件设计本章总结根据设计要求选择凸轮类型、从动件运动规律掌握反转法原理，设计凸轮的轮廓掌握凸轮各参数与凸轮运动学和动力学特性间的关系清楚凸轮的计算机辅助设计思路