机械原理第6章 凸轮机构

《机械原理第6章 凸轮机构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械原理第6章 凸轮机构（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第6章 凸轮机构 基本要求:了解凸轮机构的分类及应用；了解从动件常用的运动规律及从动件运动规律的选择原则；掌握对心直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制方法。掌握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。重 点: 掌握盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计；掌握凸轮基圆半径与压力角的关系。难 点: 凸轮轮廓曲线的设计中所应用的“反转法”原理； 压力角的概念等。 下一页6-1 凸轮机构的应用和分类 1凸轮机构的应用1.1 组成：凸轮机构是一种常用的高副机构凸轮个具有曲线轮廓或凹槽的构件。 从动件被凸轮直 接推动的构件。 机架相对于支撑物体固定不动的构件。1.2工作原理：当凸轮转动或移动

2、时，借助凸轮轮廓曲线的向径 r(盘状凸轮）或高度h(移动凸轮）的变化而使从动杆得到预期的 运动规律。下一页优点：1、可使从动件得到各种预期的运动规律。2、结构紧凑。 缺点：1、高副接触，易于磨损，多用于传递力不太大的场合。2、加工比较困难。3、从动件行程不宜过大，否则会使凸轮变得笨重。 1.3 特点：2. 凸轮机构的分类 下一页1、按凸轮的形状分 2、按从动件端部型式分3、按从动件的运动方式分4、按凸轮与从动保持接触的方式分6-2 从动件的运动规律 基本概念1、基圆2、推程，推程运动角t； 以凸轮的最小向径 为半径所作的圆称 为基圆，基圆半径 用rmin表示。3、远休止，远休止角s；4、回程，

3、回程运动角h；5、近休止，近休止角s ；6、行程从动件在推程或回程中移动的距离，用 h 表示。 下一页升停回停型 (RDRD)升回停型 (RRD)升停回型 (RDR)升回型 (RR)运动循环的类型S()S()S()S()从运动件的规律 w从动件在推程或回程时，其 位移、速度和加速度随时间 变化的规律.从动件的运动规律的数学方程式为位移速度加速度类速度类加速度一、基本运动规律a=2(2c2 + 6c3 +12c42 + +n(n-1)cnn-2) 式中，为凸轮的转角（rad）； c0，c1，c2， ，为 n+1个待定系数。1、n=1的运动规律=0, s=0; =, s=h.s = c0+c1 v

4、= c1 a=0（一） 多项式运动规律 s=c0 + c1 + c22 + c33 + + cnn v=( c1 + 2c2 + 3c32 + +ncnn-1)1 等速运动规律0sh0vv 0aa=0刚性冲击由图可知 ，在起始点和 终了点处速度 发生突变，有 刚性冲击。适 用于低速轻载 场合.2、 n=2的运动规律 等加速等减速运动规律0j0vvmax0shamax 0a-amax增加多项式的幂次，可获得性 能良好的运动规律由图知，起始点、中点和终了点加 速度出现有限 值的突变，结 果产生有限惯 性力的突变， 柔性冲击适用于中、低 速场合。 svaj00001、余弦加速度规律 柔性冲击如图：始

5、末两点加速度有突 变，柔性冲击，适用于中、 低速场合（二） 三角函数运动规律2、正弦加速度规律v0aj00s0h加速度没有突变，可以避免柔 性冲击和刚性冲击，适用于高 速传动。从动件常用基本运动规律特性等速 1.0刚性低速轻载等加速等减速 2.04.00柔性中速轻载余弦加速度 1.57 4.93柔性中速中载正弦加速度 2.006.28 无高速轻载运动规律vmax(h/)amax冲击特性 适用范围(h2/2)运动规律组合应遵循的原则： 1、对于中、低速运动的 凸轮机构，要 求从动件的 位移曲线在衔接处相切，以保证 速度曲线的连续。即要求在衔接处位移和速 度应分别相等。 2、对于中、高速运动的凸轮

6、机构，则 还要求从动件的 速度曲线在衔接处相切，以 保证加速度曲线的连续。即要求在衔接处位 移、速度和加速度应分别相等。从动件运动规律设计应考虑的问题6-3 作图法设计凸轮廓线一、对心式凸轮机构凸轮廓线的设计 1. 尖顶从动件1)凸轮机构相对运动分析凸轮上的观察个结果机架上的观察结果 2) 反转法设计原理(avi)(avi)rb rb A1A2A3A4S2rb A2A3A1A4S3S4rb A2A3A1A4rb A1A2A3A4rb A1A2A3A4- rb A1A2A3A4- - - A1A2A3A43)设计步骤rb 1 2 3 4 5 6 7 8 910- 1 21034567894758

7、1 3269 101 230S47896510S0S0 S 0h已知条件：从动件运动规律、 凸轮转向基圆半径设计步骤： a. 标出方向，并按此方向分割出 、 、 0 S 0S和 ；c. 过位移线图中等分点作y轴平行线交位 移线图于i 点，过基圆上等分点作射线；反转中导路线d. 在射线上度量出相应推杆的位移 ，得尖顶轨迹点i ；f. 光滑连接i 得凸轮廓线。b. 在基圆与位移线图共同将 和 进行n 等分，并标注等分点；oo 2. 滚子从动件 1) 分析rb- 0794 581 326101 23 47895106rb- 0794 581 326101 23 47895106实际廓线理论廓线2)

8、设计注意：1. 基圆半径为理论廓线最小向径；2. 先求理论廓线，后作包络线，得实际廓线。包络线2. 平底从动件1) 分析 尖顶轨迹线1 23 478951062) 设计理论廓线794 581 32610rb- 00 0a.将基圆沿-方向将 和 与位移 线图进行对应等分；c. 光滑连接i 得凸轮理论廓线；b.过等分点作射线；在射线上 度量出相应推杆的位移，得尖 顶轨迹点i ；设计步骤： d. 作平底线的其包络线实际廓线。 112 3 3 2 rb- 结论：a. 偏置式凸轮机构中从动件导路线始终切于偏距圆；b. 导路线与基圆交点为推杆尖顶最低点其始点。e二、偏置式凸轮廓线的设计1. 尖顶从动件1)

9、 相对运动分析偏 距 圆 22) 设计 已知条件：凸轮转向、基圆半径偏置圆半径。 rbe- 1o2 3导路线 30 0a. 连接回转中心与推杆其始点， 将基圆沿-方向将 和 与位移线 图进行对应等分；c. 光滑连接i 得凸轮廓线。b.过等分点作偏置圆切线；并 在其上度量出相应推杆的位移 ，得尖顶轨迹点i ；设计步骤： 注意：也可在偏置圆上进行运动角 等分，通过其等分点作偏置圆切线 以获得导路线。123一、凸轮作用力及压力角压力角：从动件的运动方向与接触点轮廓线的法线方向之间所 夹锐角，用表示。是凸轮受力状况的重要参数。受力分析：越大，F2越小，F1越大，效率越低，当F1大于F2时 ，出现自锁现

10、象，则越小越好。许用值有效分力 摩擦阻力6-4 设计凸轮机构应注意的问题 自锁：无论凸轮给从动 件的力F有多大，都不 能使从动件运动，这种 现象称为自锁。在工程实际中，为保证较高的机械效率，改善受力状况，通常规定凸轮机构的最大压力角 应小于或等于 某一许用压力角 。maxaa a maxa即：根据实践经验，推荐的许用压力角取值为:推程：直动从动件取 a = 30 40 ；摆动从动件取 a = 35 45 ；回程：直动和摆动从动件荐取a = 70 80 。二、按许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸在点P (升程)12 V2 = 1* OP12OP12=V2 1tan= =ds/dj - e S0+S

11、S0+SOP12- eS0 =r0 - e22式中：v2P12F12SO e rb12v2P12v2F12在点P(回程)12 tan= =ds/dj + e S0+SS0+SOP12+ e同理可推得：综合可得： tan= =ds/dj e S0+SS0+SOP12 e+-+-P12与导路线同侧取“-”；异侧取 “+”。S0= ds/djnn影响凸轮压力角的因素：tan= =dS/dj e S0+S+SOP12 e+-+- r0 -e22在设计凸轮时，如何选取凸轮基本尺寸(ro，e )保证凸轮机构的最大压力角amax小于或等于许用压力角a是工作中一个应注意的问题。dS/dj ， S从动件运动规律

12、 ro ，e 凸轮基本尺寸基圆半径对凸轮机构的影响下一页rmin越小越好，结构紧凑，但rmin 过小，会引起压力角的增大。一般地： rmin （0.8-1）ds, ds为 凸轮轴的直径.三、滚子半径的选择 1. 凸轮轮廓的内凹部分理论轮廓实际轮廓滚子设：实际轮廓曲率半径a 理论轮廓曲率半径 滚子半径rra = + rr显然：a 结论：实际廓线始终存在2. 凸轮轮廓的外凸部分a = - rra 0a = 0a 0理论轮廓实际轮廓理论轮廓实际轮廓这里 = rr习题 如图 所示的对心直动滚子从动件盘形 凸轮机构中，凸轮的 实际轮廓线为一圆， 其圆心在A点，半径 R=40mm，凸轮转动方向如图所示，

13、lOA=25mm，滚子半 径rr=10mm，试分析 :1. 作出凸轮的理论轮廓线； 2. 作出凸轮的基圆，并标出其基圆半 径rb； 3. 求从动件的升程h； 4. 标出图示位置的压力角； 5. 若凸轮的实际轮廓线不变而将滚子 半径改为15mm ，从动件的运动规律有 无变化？解： 1、滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮理论廓线与实际廓线是两条法向等距的曲线，该法向距离等 于滚子半径rr ，故理论廓线为半径为 40+10=50mm的圆，如图所示。 2、凸轮理论轮廓线的最小向径称为凸轮的基圆半 径rb，因此，连接偏心圆的圆心A和凸轮转动中心 O，并延长使其与理论廓线相交于C点，则OC即 为凸轮的基圆半径rb。由图可知：rb=lAC- lOA =40+10-25=25mm 3、图示，h=(lOA+R+rr)-rb=25+40+10-25= 50 mm图3-14、凸轮机构的压力角是指理论廓线上滚子从动 件接触点的法线AB 与从动件上对应点速度方向 OB之间所夹的锐角，如图所示。5、当凸轮的实际廓线保持不变而将滚子半径rr 由 10mm 增大至15mm后，lAB将随之由50mm 增至 55mm ，因此从动件3 的运动将随之变化；若希 望从动件3 的运动规律保持不变，则应让理论廓线保持不变，作该理论廓线的法向等距曲线并使 之距离等于15mm 得到新的实际廓线。