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1、“,”,精品PPT实用可编辑,第三章 凸轮机构及其设计,第一节概述,内燃机配气凸轮机构,自动机床进刀凸轮机构,2,精品PPT值得借鉴,冲床凸轮机构,绕线机凸轮机构,3,精品PPT值得借鉴,自动车床凸轮机构,圆柱凸轮输送机,4,精品PPT值得借鉴,凸轮机构的组成 凸轮、从动件和机架。 凸轮机构的适用场合 广泛用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线。 凸轮机构的优点 结构简单、紧凑、工作可靠，可以使从动件准确实现各种预期的运动规律，还易于实现多个运动的相互协调配合。 凸轮机构的缺点 凸轮轮廓与从动件之间是高副接触，易于磨损。,5,精品PPT值得借鉴,二凸轮机构的分类 (一) 按凸轮
2、的形状分,盘形凸轮 Plate cam,移动凸轮 Wedge cam,6,精品PPT值得借鉴,圆柱凸轮 Cylindrical cam,7,精品PPT值得借鉴,(二) 按从动件运动副元素的形状分,尖顶从动件 Knife-edge follower,滚子从动件 Roller follower,8,精品PPT值得借鉴,平底从动件 Flat-face follower,9,精品PPT值得借鉴,(三) 按从动件的运动形式分,摆动从动件 Oscillating follower,移动从动件 Reciprocating follower,10,精品PPT值得借鉴,(四)按凸轮与从动件维持高副接触(封闭)的
3、方式分,力封闭型凸轮机构 Force-closed cams,弹簧力封闭 Force-closed by preloaded spring,重力封闭 Force-closed by gravity,11,精品PPT值得借鉴,形封闭型凸轮机构 Form-closed cams,凹槽凸轮机构 Plate-groove cam mechanism,等宽凸轮机构 Constant-breadth cam mechanism,12,精品PPT值得借鉴,形封闭型凸轮机构 Form-closed cam mechanism,等径凸轮机构 Conjugate yoke radial cam mechanism
4、,共轭凸轮机构 Conjugate cam mechanism,13,精品PPT值得借鉴,三凸轮机构的工作循环与运动学设计参数,基圆,基圆半径rb,推程,推程角,升距h,远停,远停角s,回程,回程角 ,近停,近停角s,位移曲线,14,精品PPT值得借鉴,从动件的运动线图(Diagram of motion) 位移线图(Displacement diagram)反映了从动件的位移s 随时间t 或凸轮转角 变化的规律。 速度线图(Velocity diagram)反映了从动件的速度v 随时间t 或凸轮转角 变化的规律。 加速度线图(Acceleration diagram)反映了从动件的加速度a
5、随时间t 或凸轮转角 变化的规律。 跃度线图线(Jerk diagram)反映了从动件的跃度j 随时间t 或凸轮转角 变化的规律。 结论 凸轮轮廓曲线的形状决定了从动件的运动规律。要使从动件实现某种运动规律，就要设计出与其相应的凸轮轮廓曲线。,15,精品PPT值得借鉴,凸轮机构的运动学设计参数 推程角(Cam angle for rise) 远停角(Cam angle for outer dwell)S 回程角(Cam angle for return) 近停角(Cam angle for inner dwell)S 从动件的位移s、速度v、加速度a、跃度j 凸轮机构的基本尺寸 基圆(Base
6、 circle)半径rb 移动从动件凸轮机构的偏距(Offset distance)e 摆动从动件的杆长(Follower arm)l 中心距(Center distance)L,16,精品PPT值得借鉴,第二节 凸轮机构的传力特性,传力特性分析目的 确定构件之间相互的作用力，为解决磨损及强度尺寸设计提供可靠的数据。,压力角不计摩擦时，凸轮对从动件作用力方向线nn与从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角。,17,精品PPT值得借鉴,传力特性分析,载荷G 不变时，压力角 增大，使上式分母变小，作用力F 将增大。 压力角 增大到时分母为零，则F，机构发生自锁。,18,精品PPT值得借鉴,凸轮机构
7、的瞬时效率,机构刚好发生自锁时的压力角为临界压力角c,凸轮机构能正常工作的重要条件 max c 推程 移动从动件 3040；摆动从动件 4045 。 回程 7080。,19,精品PPT值得借鉴,第三节 凸轮机构的设计过程,凸轮机构的设计内容,机构运动 分配设计,凸轮机构 选型,凸轮机构的动力学分析与设计,凸轮机构结构设计,刀具中心轨迹坐标计算,20,精品PPT值得借鉴,第四节 凸轮机构运动学参数和基本尺寸的设计,一、工作循环图与凸轮工作转角的确定 凸轮的工作转角应当根据机器中各个执行机构动作之间的配合关系，由工作循环图(Working cycle diagram)来确定。,21,精品PPT值得
8、借鉴,工艺过程,电阻体上料,电阻体夹紧,送帽,压帽,送帽压帽机构凸轮,电阻坯件,电阻送料机构凸轮,电阻帽,夹紧机构凸轮,送帽压帽机构凸轮,22,精品PPT值得借鉴,23,精品PPT值得借鉴,二、从动件运动规律设计 从动件的运动规律(Law of motion)，由凸轮轮廓曲线(Cam profile)形状决定。从动件不同的运动规律，要求凸轮具有不同形状的轮廓曲线。 正确选择和设计从动件的运动规律，是凸轮机构设计的重要环节。 常用运动规律工程实际中经常用到的运动规律。,数学方程式 位移方程s=f(),从动件运动规律的表示 运动线图,24,精品PPT值得借鉴,从动件的常用运动规律 (一)基本运动规
9、律 基本运动规律(Fundamental law)包括多项式类运动规律(Law of polynomial motion)和三角函数类运动规律。 1. 多项式类运动规律,基本运动规律中，n3。 2. 三角函数类运动规律(Law of trigonometric function) 主要有余弦加速度运动规律(Law of cosine acceleration motion)和正弦加速度运动规律(Law of sine acceleration motion),s c0c1 c2 2 c3 3cn n,25,精品PPT值得借鉴,余弦加速度运动规律, 正弦加速度运动规律,或,或,26,精品PPT值
10、得借鉴,3. 几种常用运动规律的特点 等速运动规律(Law of constant velocity),推程,速度曲线不连续，机构将产生刚性冲击(Rigid impulse)。等速运动规律适用于低速轻载场合。,位移线图,加速度线图,速度线图,27,精品PPT值得借鉴, 等加速等减速运动规律(Law of constant acceleration and deceleration),加速度曲线不连续，机构将产生柔性冲击(Soft impulse)。等加速等减速运动规律适用于中速轻载场合。,推程,后半程,前半程,28,精品PPT值得借鉴, 余弦加速度运动规律,推程,加速度曲线不连续，存在柔性冲击
11、。余弦加速度运动规律适用于中速中载场合。,29,精品PPT值得借鉴, 正弦加速度运动规律,速度曲线和加速度曲线连续，无刚性冲击和柔性冲击。正弦加速度运动规律适用于高速轻载场合。,推程,30,精品PPT值得借鉴, 345次多项式运动规律(Law of polynomial motion),推程,s,v,a,速度曲线和加速度曲线连续，无刚性冲击和柔性冲击。3-4-5次运动规律适用于高速中载场合。,31,精品PPT值得借鉴,(二) 组合运动规律 为了克服单一运动规律的某些缺陷，获得更好的运动和动力特性，可以把几种运动规律拼接起来，构成组合运动规律(Law of combined motion)。 组
12、合原则 位移曲线、速度曲线必须连续，高速凸轮机构加速度曲线也必须连续。 各段运动规律的位移、速度和加速度曲线在连接点处其值应分别相等。,正弦加速度曲线与直线组合,32,精品PPT值得借鉴,(三) 选择或设计从动件运动规律时应考虑的问题 当机器的工作过程对从动件的运动规律有特殊要求，而凸轮的转速不太高时，应首先从满足工作需要出发来选择或设计从动件的运动规律，其次考虑动力特性和便于加工。,刀架进给凸轮机构,33,精品PPT值得借鉴, 当机器的工作过程只要求从动件实现一定的工作行程，而对其运动规律无特殊要求时，对于低速凸轮机构，主要考虑便于加工；对于高速凸轮机构，首先考虑动力特性。,夹紧凸轮机构,3
13、4,精品PPT值得借鉴, 当机器对从动件的运动特性有特殊要求，而凸轮的转速又较高，并且只用一种基本运动规律又难于满足这些要求时，可以考虑采用满足要求的组合运动规律。 在设计从动件运动规律时，除了要考虑其冲击特性之外，还要考虑从动件的最大速度vmax、最大加速度amax以及最大跃度jmax，这一点对于高速凸轮机构尤其重要。,35,精品PPT值得借鉴,dsd,三、盘形凸轮机构基本尺寸的设计 (一) 移动从动件盘形凸轮机构基本尺寸的设计 1. 压力角与凸轮基圆的关系 压力角对凸轮机构的受力状况有直接影响，在运动规律选定之后，它主要取决于凸轮机构的基本结构尺寸。,P为相对瞬心,由BCP得,对心移动从动
14、件盘形凸轮机构e0。 结论移动从动件盘形凸轮机构的压力角与基圆半径rb、从动件偏置方位和偏距e有关。,36,精品PPT值得借鉴,2. 偏置方位和偏距e的确定 偏置方位的选择应有利于减小凸轮机构推程时的压力角。 应当使从动件偏置在推程时瞬心P 的位置的同一侧,正确偏置,错误偏置,需要注意的是，若推程压力角减小，则回程压力角将增大。 确定e可用图解法或解析法。,37,精品PPT值得借鉴,3. 凸轮基圆半径的确定 限制基圆半径的条件 凸轮的基圆半径rb应大于凸轮轴的半径rS ； 最大压力角max许用压力角 ； 凸轮轮廓曲线的最小曲率半径min0。,当要求机构具有紧凑的尺寸时，应当按许用压力角来确定凸
15、轮的基圆半径rb。 步骤 确定凸轮转动轴心的位置 确定从动件的正确偏置方位以及偏距e 将代入前式, 确定ss()，求出dsd，代入上式求出一系列rb值，选取其中的最大值作为凸轮的基圆半径,38,精品PPT值得借鉴,工程上常常借助于诺模图(Nomogram)来确定凸轮的最小基圆半径。借助于诺模图既可以近似确定凸轮的最大压力角，也可以根据所选择的基圆半径来校核最大压力角。,39,精品PPT值得借鉴,确定凸轮基圆半径的通常做法 根据结构和强度的需要，按经验公式rb(1.62)rS初步选定凸轮基圆半径rb，然后校核压力角，以满足max的条件。 注意 凸轮机构的效率不仅与压力角有关，还与从动件支承的悬臂
16、长b及两支承的距离l 有关，在设计时要注意选择。 压力角还与dsd有关，在工作升距(Lift)h确定后， dsd则与推程角 有关。若推程角没有因多个运动协调关系而受到严格限制，也可以通过适当增大 来获得较好的动力特性。,40,精品PPT值得借鉴,(二) 摆动从动件盘形凸轮机构基本尺寸的设计,凸轮逆时针转动取“”号；顺时针转动取“”号。 摆杆初始摆角0为,41,精品PPT值得借鉴,设计步骤 按具体结构所允许的条件，选定基圆半径rb和中心距L 设摆杆在起始位置时与基圆半径垂直, 选定运动规律，计算凸轮廓线上各点压力角，校核max 如果max，调整l值，重新计算；若l超过某一规定值，则增大rb，重新计算l和0，直至满足要求为止。,及,42,精品PPT值得借鉴,第五节 平面凸轮轮廓曲线的设计 一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理 (一) 凸轮轮廓曲线的设计方法 作图法 解析法 基本原理 反转法原理 凸
