《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 李立机械设计基础PPT(5-8)第7章 凸轮机构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 李立机械设计基础PPT(5-8)第7章 凸轮机构（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、教学目标,重点难点,教学内容,小结作业,第七章 凸轮机构,教学目标,教学目标： 1熟悉凸轮机构的类型和应用； 2掌握凸轮机构从动件的常见运动特征曲线； 3具有绘制简单凸轮机构的能力。,7.1凸轮机构的类型及应用 7.2凸轮机构的特性分析 7.3凸轮轮廓曲线的设计,教学内容,重点：凸轮机构的运动特性。 难点：凸轮机构的设计。,重点难点,7.1凸轮机构的类型及应用,凸轮机构的类型及应用,7.1.1 凸轮机构的特点和应用,凸轮机构是一种常用的机构，它主要是由凸轮、从动件和机架三部分所组成。由于凸轮与从动件组成的是高副，所以它属于高副机构。凸轮机构能将凸轮的连续转动或移动转换为从动件的移动或摆动。 与
2、连杆机构相比，凸轮机构的主要优点是：只要正确地设计凸轮轮廓曲线，就能使从动件实现任意给定的运动规律，且结构简单、紧凑，工作可靠，易于设计。缺点是：由于凸轮机构属于高副机构，故凸轮与从动件之间为点或线接触，不便润滑，易于磨损。因此凸轮机构多用于传力不大的控制机构和调节机构。下面通过实例来说明。,1凸轮；2气阀 1圆柱凸轮；2从动件 图7-1 内燃机的配气机构 图7-2 送料机构,凸轮机构的类型及应用,7.1.2 凸轮机构的类型,1按凸轮的形状分类 （1）盘形凸轮。如图7-1所示。 （2）圆柱凸轮。如图7-2所示。 （3）移动凸轮。如图7-3所示。,1凸轮；2从动件 图7-3 自动进刀机构,凸轮机
3、构的类型及应用,2按从动件的端部结构分类 （1）尖顶从动件。如图7-4（a）、（d）所示的为尖顶从动件。 （2）滚子从动件。如图7-4（b）、（e）所示的为滚子从动件 （3）平底从动件。如图7-4（c）、（f）所示的为平底从动件。,图7-4 从动件类型,凸轮机构的类型及应用,3按从动件的运动方式分类 （1）移动从动件。从动件相对于导路作直线移动。若导路中心线恰好通过凸轮回转中心，则称为对心移动从动件，如图7-5（a）；若导路中心线与回转中心有一个偏心距e，则称为偏置移动从动件，如图7-5（b）。 （2）摆动从动件。从动件相对于机架作摆动，如图7-4（d）、（e）、（f）。 4按凸轮与从动件保持
4、接触的方式分类 （1）力锁合。依靠重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮保持接触称为力锁合。图7-1所示内燃机配气机构是靠弹簧力使从动件与凸轮保持接触的。 （2）形锁合。依靠一定几何形状使从动件与凸轮保持接触称为形锁合，如图7-6所示。,凸轮机构的类型及应用,图7-5 对心与偏置直动从动件盘形 图7-6形锁合 凸轮机构,返回,凸轮机构的类型及应用,7.2凸轮机构的特性分析,凸轮机构的特性分析,凸轮机构的从动件运动规律与凸轮轮廓曲线形状密切相关。进行凸轮机构的运动分析目的在于分析从动件的运动规律，即从动件的位移、速度和加速度。 1凸轮机构的运动过程,图7-7 凸轮机构运动过程,7.2.1凸轮机构的
5、运动分析,由此可知，凸轮转过一周，从动件的运动过程是：升-停-降-停，此运动过程称为一个运动循环。须注意的是：一个运动循环中不一定都有以上四个运动过程，但至少都有升程和回程两个运动过程,凸轮机构的特性分析,2从动件的运动规律 从动件的运动规律是指从动件位移、速度和加速度或角位移、角速度和角加速度随时间或凸轮转角的变化规律。如果是用数学函数方程来表示从动件的运动规律，这种方程称为从动件的运动方程。由于凸轮以等角速度作等速转动， 因此在凸轮运动的任意瞬时，凸轮的转角与转动时间t成线性关系，即=t。 对于直动从动件来说，存在着如下的函数关系： s =s() v=v() a=a(),凸轮机构的特性分析
6、,1. 等速运动规律 当凸轮作等速转动时，若从动件在推程（或回程）的速度为一常数，则这种运动规律称为等速运动规律。下面仅介绍从动件在推程中的运动方程，设推程角为0，升程为h，则从动件在推程中的运动方程为（推导从略） （7-1）,7.2.2 凸轮机构的常见运动分析,凸轮机构的特性分析,图7-8 等速运动规律,凸轮机构的特性分析,2. 等加速等减速运动规律 所谓等加速等减速运动规律，是指从动件在一个升程（或回程）h中，前半段作等加速运动，后半段作等减速运动。若加速段、减速段的时间相等，则两段加速度的绝对值也相等。,图7-9 等加速等减速运动规律,凸轮机构的特性分析,3简谐运动规律（又称余弦加速度运
7、动规律） 一个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称为简谐运动。,图7-10 简谐运动规律,返回,凸轮机构的特性分析,7.3凸轮轮廓曲线的设计,凸轮轮廓曲线的设计,根据凸轮机构工作要求和载荷情况等，合理地选择从动件运动规律后，就可按从动件的运动规律和其他附加条件绘制凸轮轮廓曲线。对于精度要求不高的凸轮，一般采用图解法，其特点是简便、直观。对于精度要求高的凸轮机构，应采用解析法。此处只介绍图解法。,图7-11（a）所示的对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构中，当凸轮以等速逆时针方向转动时，推动从动件在导路中作上下往返移动。当凸轮转过角时，从动件上升位移为S，如图7-11（b）。由
8、于凸轮作匀速转动，为了在图纸上画出静止的凸轮轮廓，常采用反转法。,7.3.1 反转法原理,图7-11 凸轮轮廓曲线绘制原理,凸轮轮廓曲线的设计,1对心移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制,7.3.2 作图法设计凸轮轮廓曲线,图7-12 对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,凸轮轮廓曲线的设计,1）选取适当的长度比例尺l（mm/mm）和角度比例尺（/mm），作出从动件的位移线图，如图7-12（b）。将横坐标上的推程角和回程角分成若干等份，过这些等分点，分别作轴的垂线，这些垂线与位移曲线相交得到线段11、22、33、等，这些线段分别表示从动件相应位置时的位移量。 2）取相同的长度比例尺l（mm/mm）
9、，以O为圆心，rb为半径作出基圆，并定出从动件的初始位置A0点如图7-12（a）。 3）从OA0开始，沿（-）方向在基圆上依次量取凸轮各转角0、s、0、s，再将推程角0、回程角0分成与位移线图相同的等份，得到A1、A2、A3、等各点，联接OA0、OA1、OA2、等线，其延长线即为各瞬时从动件相对凸轮的位置线。,凸轮轮廓曲线的设计,4）在OA1、OA2、OA3、等延长线上分别截取线段A1A1=11、A2A2=22、A3A3=33、等，得到A1、A2、A3、等各点，这些点就是机构反转后从动件尖顶的一系列位置点。 5）将A0、A1、A2、等各点用一条光滑曲线连接，此曲线就是所求的凸轮轮廓曲线（其中s
10、、s所对应的曲线是以O为圆心的圆弧线）。,凸轮轮廓曲线的设计,图7-13对心滚子移动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,凸轮轮廓曲线的设计,图7-14平底从动件盘形凸轮轮廓的绘制,凸轮轮廓曲线的设计,2偏置尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制,图7-15 偏置尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制,凸轮轮廓曲线的设计,1）选取适当的长度比例尺l（mm/mm），以凸轮回转中心O为圆心，以偏心距e为半径作出辅助圆。同理，以rb为半径作出基圆。 2）过辅助圆上B0点作该辅助圆的切线，该切线即为从动件导路中心线的位置线。该位置线与基圆相交于A0点，点A0即是从动件的初始位置，如图7-15（a）。 3）连接O A0
11、。从O A0开始，沿（-）方向在基圆上依次量取凸轮各转角0、s、0、s，再将推程角0、回程角0分成与位移线图相同的等份，得到A1、A2、A3、等各点。,凸轮轮廓曲线的设计,4）由以上A1、A2、A3、等各点分别作辅助圆的切线，这些切线分别是机构反转过程中从动件导路中心线的位置线。 5）在各位置线上分别截取从动件的位移量，如图7-15（b），即A1A1=11、A2A2=22、A3A3=33、等，得到A1、A2、A3、等各点。 6）将A0、A1、A2、 等各点连接成一条光滑曲线（图示粗实线），此曲线就是所求的凸轮轮廓曲线。,凸轮轮廓曲线的设计,3尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 已知凸轮转动中心O
12、到从动件摆动中心A的距离LOA、摆动从动件的长度L、凸轮等速顺时针转动、基圆半径rb、从动件摆角随凸轮转角变化的位移线图等，绘制其凸轮轮廓曲线。,图7-16 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,凸轮轮廓曲线的设计,设计凸轮机构时，不但要保证从动件准确地实现预定的运动规律，同时还要求凸轮机构结构紧凑，传力性能好等。为此，在设计时应注意以下几个问题。 1滚子半径的选择 通常取 rT0.8 （7-5） （a） r （b）= r （c） r 图7-17 滚子半径的选择,7.3.3 凸轮机构设计时应注意的问题,凸轮轮廓曲线的设计,2平底长度L的确定 为了保证在所有位置上平底都能与轮廓相切，故平底的长度L应为
13、L= 2Lmax+（57）mm （7-6） 3压力角与传力性能 在设计凸轮机构时，应使最大压力角max不超过某一许用值，即 max （7-7） 工程上，一般推程阶段许用压力角的推荐值分别为 移动从动件 =3040 摆动从动件 =4050,凸轮轮廓曲线的设计,4基圆半径 rb的确定 在选取基圆半径时，应综合考虑下述几个方面： （1）在保证max的前提下，应尽可能选用较小的基圆半径，以满足结构紧凑的要求。 （2）为了满足凸轮结构及制造的要求，基圆半径rb必须大于凸轮轴的半径rs，即rb rs。 （3）为了避免从动件运动失真，必须使凸轮实际轮廓曲线的最小曲率半径min大于零，通常规定min 15 m
14、m 。 一般来说，凸轮的基圆半径可先按下面经验公式来初选，然后根据上述第（1）和（3）条件来进行校核，直至满足上述三个条件为止。 rb=（1.62.0）rs （7-8） 式中：rs凸轮轴的半径，mm。,凸轮轮廓曲线的设计,返回,1凸轮机构的组成、特点与类型。 2从动件的常用运动规律：等速运动、等加速等减速和简谐运动规律等。 3采用反转法，绘制几种常见的凸轮轮廓。 4凸轮机构主要尺寸的确定：（1）为了避免从动件运动失真，应使滚子半径rT0.8，并且还要满足滚子强度和结构上的要求；（2）平底从动件的长度L=2Lmax+（57）mm；（3）选用基圆半径时，应综合考虑三个方面，即压力角不能过大、凸轮结构的要求和凸轮实际轮廓曲线不能变尖，故基圆半径可按经验公式rb=（1.62.0）rs来初选，直至满足三个方面的条件。,小结作业,5为了保证凸轮机构具有良好的传力性能，设计时应使凸轮的最大压力角max。 6凸轮的基圆半径越大，压力角越小，传力性能越好，但结构尺寸越大。 作业： 7-6 ，7-7 ，7-8,首页,小结作业,
