机械设计原理-凸轮机构

第五章凸轮机构见视频应用配气机构绕线机构靠模机构进刀机构凸轮机构由凸轮1、从动件2、机架3三个基本构件及锁合装置组成。是一种高副机构。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作连续等速转动，从动件则在凸轮轮廓的控制下按预定的运动规律作往复移动或摆动。组成优点:只要正确地设计和制造出凸轮的轮廓曲线，就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所预期的复杂运动规律的运动，而且设计简单;凸轮机构结构简单、紧凑、运动可靠。缺点:凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保持良好的润滑，容易磨损。凸轮机构通常适用于传力不大的机械中。尤其广泛应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。特点连杆机构和凸轮机构对比：平面连杆机构虽然应用广泛，但它只能近似地实现给定的运动规律，且设计比较复杂。当从动件须精确地按预定运动规律尤其是复杂运动规律工作时，则常采用凸轮机构。分类1.按凸轮的形状分：2.按从动杆运动形式分:3.按从动杆形状分：盘形、移动、圆柱移动（直动）、摆动尖顶、滚子、平底凸轮机构1\2.avi移动凸轮圆柱凸轮2、推程及推程运动角dt，尖底偏置直动推杆盘形凸轮机构1、基圆：凸轮轮廓上最小向径r0为半径的圆轮廓及从动件运动规律基本术语6、偏距e，偏距圆4、回程及回程运动角dh3、远休止角ds5、近休止角ds’行程：h(最大位移)BC1s1eB'ths'hO0rDCAB推杆位移s=f(t)特别，当凸轮匀速转动时：s=s(d)；v=v(d)；a=a(d)一般规律：上升——停——降——停htAsCBhsDs',tABDCs1B'AtBs'h0°tsh推杆位移线图推杆的运动分析刚性冲击：由于加速度发生无穷大突度而引起的冲击称为刚性冲击,适用于低速凸轮机构。1、一次多项式运动规律（匀速运动规律）00hshvva等加速等减速柔性冲击：加速度发生有限值的突变适用于中、低速凸轮机构222202244hshvhaa222222()4()4hshhvha2、二次多项式运动规律（等加速等减速运动规律）3、五次多项式运动规律505404303δδ6δδ15δδ10hhhs+=3-4-5多项式：既无刚性冲击亦无柔性冲击应用于高速凸轮在运动始末点（A、E点），加速度有变化－柔性冲击，只适于中速；当从动件作连续升-降循环运动时，加速度曲线连续，无冲击，可用于高速凸轮机构。2221(1cos)2sin2cos2shvha4、余弦加速度运动规律（简谐运动规律）asBvAA01234sr56ht,t,t运动特征：没有冲击6、组合运动规律为了获得更好的运动特征，可以把上述几种运动规律组合起来应用，组合时，两条曲线在拼接处必须保持连续。5、正弦加速度运动规律（摆线运动规律）设计方法：作图法，解析法已知转向。作图法设计凸轮轮廓ω,,,γ0Se反转法原理：设想凸轮固定不动，从动件一方面随导路绕凸轮轴心反方向转动，同时又按给定的运动规律在导路中作相对运动，从动件尖底的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。5876r0O1234凸轮廓线设计4.3.2图解法1.尖底对心移动推杆盘形凸轮轮廓设计如图所示，已知凸轮基圆半径rb、从动件运动规律及角速度ω，凸轮顺时针转动。则凸轮轮廓曲线设计步骤如下：1）选定适当的比例尺，作出从动件的位移曲线图。2）以rb为半径作基圆。3）在基圆上，依次取推程角、回程运动角及近程休止角。4）量取从动件在各位置的位移量5)将A0、A1、A2、A3、…连成光滑曲线，即得到所求的凸轮轮廓。60°CB81C180°180°2'O121'sC3B3C2B2r030°60°90°7'436598708'h3'6'4'5'6BB4B154C5C30°C690°OKeC787B(C)BB100C9B9232.尖底移动推杆盘形凸轮轮廓设计从动件导路与凸轮回转中心的偏距e凸轮基圆半径rb凸轮以等角速度逆时针方向转动从动件的位移线图转向步骤：以o为圆心作基圆和偏距圆确定从动件起始位置C。使从动件中心线与偏距圆切于A点，并与基圆交于C点。将运动线图分成若干等分，并将偏距圆自A点沿顺时针方向分成对应的等分A1、A2……。erbCAO过分点A1、A2……作偏距圆切线，交基圆于B1、B2……等点。从动件尖底从B1点沿切线方向移动S1到C1点，从B2移动S2到C2点……，用光滑曲线连接C-C1-C2……，此曲线为凸轮轮廓曲线。（3）在理论轮廓上画出一系列滚子，画出滚子的内包络线——实际轮廓曲线。BB45B3B67BBB20r'Oe91B0B''B8注意：设计滚子推杆凸轮机构时，凸轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的基圆半径。（1）去掉滚子，以滚子中心为尖底。（2）按照上述方法作出轮廓曲线——理论轮廓曲线3、滚子推杆r0B0B1B2B3B45BB6B7B80rOb'b''（1）取平底与导路的交点B0为参考点（2）把B0看作尖底，运用上述方法找到B1、B2…（3）过B1、B2…点作出一系列平底，得到一直线族。作出直线族的包络线，便得到凸轮实际轮廓曲线。4、平底推杆已知：凸轮轴心与从动件的回转中心距a凸轮基圆半径rb，从动件长L凸轮以等角速度逆时针方向转动从动件的位移线图5、摆动推杆盘形凸轮机构7'8'max6'1'2'3'4'5'60°08956430°21180°390°7O8A0D119A00BCB112C2D2B2CO60°3C3BaAA1D37B99CB8C830°r0C45C7C64BC390°6A7BA56BB54AAA3A2180°步骤：以凸轮中心o为圆心，以rb、a为半径作基圆及中心圆。在中心圆上取一点o1为从动件转动中心的起始位置，以o1为圆心以l为半径画弧交基圆于Ao，则o1Ao为摆动从动件的起始位置。将运动线图的横坐标分成若干等分（如图）。以o1为起点沿顺时针方向把中心圆分成与运动线图对应的等分o1′、o2′……。以o1′为圆心，以L为半径画弧，交基圆于C1，作∠C1o1’A1=1，交弧于A1点，A1为凸轮廓线上一点。同理可求出A2、A3……等点。平滑联结A0、A1、A2……成曲线，此曲线为所求凸轮的轮廓曲线。一、凸轮机构压力角的确定压力角：不考虑摩擦时，凸轮对从动件的正压力（沿n－n方向）与从动件上力作用点的速度方向所夹的锐角。压力角越小，推动从动件的有效分力越大，机构受力情况越好，效率越高。凸轮机构基本尺寸确定为改善凸轮受力情况，在结构允许条件下，尽可能导轨长度lb和悬臂尺寸la。若其它条件不变，，则推力F。lim机构自锁，许用压力角[]lim工作行程：移动从动件[]30，摆动从动件[]45回程：[]70～802cos()(1)sin()0ablfl2cos()(1)sin()QabFFlfl二、基圆半径的确定知：rb↑→↓rb↓→↑2tan()()KKKbKbKbKdsdsvdtddrsrsrsdt21tan()tankkbkvvrs三、滚子半径的确定滚子半径rr、实际廓线曲率半径c、理论廓线曲率半径对于内凹的理论轮廓曲线不论滚子半径多大，实际轮廓曲线总可以作出来。rcr对于外凸的理论轮廓曲线1.rr、c0，实际轮廓曲线可以作出。rcr2.rr=、c=0，实际轮廓曲线出现一尖点，易磨损。c）图3.rr、c0，产生交叉的实际轮廓曲线，得不到完整的轮廓曲线，从动件运动将会失真。d）图结论滚子半径rr必须小于凸轮理论轮廓线外凸部分的最小曲率半径可根据经验公式选取：minbrrrrr4.08.0min及作业一、设计尖底对心移动顶杆盘形凸轮轮廓已知：凸轮基圆半径rb=20mm凸轮以等角速度逆时针方向转动从动件（顶杆）的位移线图如下90O90O90O90O8mmSφ二、设计滚子底移动顶杆盘形凸轮轮廓已知：凸轮理论廓线基圆半径rb=25mm凸轮以等角速度顺时针方向转动从动件（顶杆）导路与凸轮回转中心的偏距e=5mm从动件（顶杆）的位移线图如下90O90O90O90O8mmSφ作业