凸轮机构及其设计3

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1、第九章第九章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计9-1凸轮机构的应用和分类1.凸轮机构的应用凸轮机构的应用 凸轮机构具有结构简单，可以准确实现要求的运动规律 等优点，因而在工业生产中得到广泛的应用。 内燃机配汽机构.exe 自动机床的进刀机构 组成：由凸轮（主动件）、推杆（从动件）、机架 三部分组成n优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使从 动件得到任意预定的运动规律，机构紧凑简单。n缺点：高副接触，易于磨损，凸轮制造困难不适宜从动 件行程大的场合，适宜于传递动力不大的场合。2 凸轮的分类凸轮的分类 2.1 按凸轮的形状来分：按凸轮的形状来分： 1)盘形凸轮 2)移动凸轮 3)圆柱凸轮

2、移动凸轮.exe2.2 按从动件的形状分按从动件的形状分:1)尖端从动件 2) 滚子从动件 3)平底从动件2.3按从动件的运动形式分按从动件的运动形式分:1)直动从动件 2)摆动从动件2.4 按直动从动件的安装位置分按直动从动件的安装位置分 1)对心直动从动件 2)偏心直动从动件2.5按凸轮与从动件维持高副接触的方式分按凸轮与从动件维持高副接触的方式分1)力封闭 2)几何封闭等宽凸轮机构等宽凸轮机构 凸轮廓线上任意凸轮廓线上任意两条平行切线间的距两条平行切线间的距离都等于框架内侧的离都等于框架内侧的宽度。宽度。 等宽凸轮等宽凸轮.exe缺点：从动件的运动规律的选择受到一定的限制，从动件的运动规

3、律的选择受到一定的限制，当当180180 范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确定范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确定后，其余后，其余180180 内的凸轮廓线必须符合等宽原则内的凸轮廓线必须符合等宽原则等径凸轮机构等径凸轮机构 两滚子中心间的两滚子中心间的距离始终保持不变距离始终保持不变缺点：缺点： 等径凸轮等径凸轮. .exeexe从动件运动规律的选择受到一定的限制从动件运动规律的选择受到一定的限制主回凸轮机构主回凸轮机构( (共轭凸轮机构共轭凸轮机构) )一个凸轮推动从动件完成正行程运动，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另一个凸轮推动从动件完成反行程

4、的运动优点：克服了等宽、等径凸轮的缺点克服了等宽、等径凸轮的缺点缺点：结构复杂，制造精度要求高结构复杂，制造精度要求高 槽凸轮机构 槽两侧面的距离等于滚子直径。优点：锁和方式结构简单缺点：加大了凸轮的尺寸和重量9-2推杆的运动规律推杆的运动规律 一一.凸轮机构的运动循环凸轮机构的运动循环 及基本名词术语及基本名词术语: 凸轮基本概念凸轮基本概念.exe推程推程：从动件由最低点 上升到最高点的过程。回程回程：从动件由最高点 下降到最低点的过程。推程运动角推程运动角0 ：与从动件推程相对应的凸轮转角，远休止角远休止角 s ： 与从动件远休程相对应的凸轮转角；回程运动角回程运动角0：与从动件回程相对

5、应的凸轮转角；近休止角近休止角 s ： 与从动件近休程相对应的凸轮转角；凸轮基圆凸轮基圆 r0 ： 以凸轮轴心为圆心,以其轮廓最小向径最小向径 r0 半径的圆；从动件行程从动件行程h : 在推程或回程中从动件的最大位移,用 h 表示；偏偏 距距 e : 凸轮回转中心与从动件导路间的偏置距离,用 e 表示。二、从动件运动规律二、从动件运动规律1、基本运动规律基本运动规律(1).等速运动规律等速运动规律定义：从动件在推程或回程时 速度恒定不变。推程运动方程：S2= h （1/0）v2=（h/0）a2= o回程运动方程：S2= h （1-1/0 ）v2= -（h/0）a2= o加速度有突变，有刚性冲

6、击。(2)等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律定义定义：一个行程的前半部分为等加速运动， 后半部分为等减速运动。推程前半部分运动方程：S2= 2h （1/0）2v2= 4h （ 1 /0）a2= 4h （ /0）2推程后半部分运动方程：S2= h 1-2（ 0 -1 ）2/0 2v2= 4h （ 0 - 1 ） /0a2= -4h （ /0）2加速度有突变，有柔性冲击。(3)余弦加速度余弦加速度(简谐简谐)运动规律运动规律 定义：点在圆周上作匀速运动，定义：点在圆周上作匀速运动， 它在这个圆的直径上的它在这个圆的直径上的 投影所构成的运动规律。投影所构成的运动规律。推程运动方程：s=h1-

7、cos（/0)/2v=hsin(/0)/(2 0)a= 2h2cos (/0)/(2 02)回程运动方程：s=h1+cos（/0)/2v=-hsin(/0 )/(2 0 )a= -2h2cos (/0 )/(2 0 2)(4) 正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律 定义定义:加速度为正弦运动规律加速度为正弦运动规律,运动时不产生冲击运动时不产生冲击. 推程运动方程：推程运动方程：s=h(/0) -sin（2/0) /(2 )v=h1-cos(2/0)/0a= 2h2sin (2/0)/02 回程运动方程：回程运动方程：s=h1-(/0) +sin(2/0 )/(2)v=hcos(2/0 )-1

8、/0 a= -2h2sin (2/0 )/0 2(5)组合运动规律组合运动规律特点特点:既满足生产要求既满足生产要求,又能改善推杆的运动特性又能改善推杆的运动特性.如:2.推杆运动规律的选择推杆运动规律的选择(1)只需达到一定的只需达到一定的0 、 h等，对运动规律不作严格要求的等，对运动规律不作严格要求的 -常采用圆弧、直线等曲线作为凸轮的轮廓曲线。（2） 对推杆的运动规律有要求的对推杆的运动规律有要求的 -按指定的运动规律来设计 （ 3）对于高速凸轮）对于高速凸轮 -设计时要考虑机器的动力特性9-3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计1、凸轮轮廓设计基本原理、凸轮轮廓设计基本原理反转原理

9、反转原理： 给凸轮机构一个反向角速度-，则凸轮不转，则推杆既沿导轨上下运动，又绕O点以-旋转。2.用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线 (1)对心尖端推杆盘形凸轮机构对心尖端推杆盘形凸轮机构注意注意：位移图和凸轮轮廓曲线的比例应一致。（2）偏置直动尖端推杆盘形凸轮机构）偏置直动尖端推杆盘形凸轮机构n尖端推杆凸轮设计.exe注意注意：推杆的移动方向与偏置圆 相切应在同一侧。（3）直动滚子推杆盘形凸轮机构）直动滚子推杆盘形凸轮机构 以A点为尖端画出理论轮廓曲线，以理论轮廓曲线上各点为圆心画滚子，滚子的内包络线为实际的轮廓曲线。nr0基圆半径（理论廓线的最小向径）nrr滚子半径（4）直动平底推杆

10、盘形凸轮机构）直动平底推杆盘形凸轮机构 以A点为尖端画出理论轮廓曲线，再画上平底，平底的内包络线为实际的轮廓曲线。 平底凸轮设计.exe（5）摆动尖端推杆盘形凸轮机构）摆动尖端推杆盘形凸轮机构注意：摆动推杆的位移 为角位移。辅助圆半径为LOA摆动推杆凸轮设计.exe（6）直动推杆圆柱凸轮机构）直动推杆圆柱凸轮机构n如比例尺选择一致，位移图与轮廓曲线的圆周展开图滚子圆心轨迹相同。3.用解析法设计凸轮的轮廓曲线用解析法设计凸轮的轮廓曲线n 略 9-4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定1.凸轮机构中的作用力和压力角凸轮机构中的作用力和压力角 F : 为凸轮对推杆的作用力作用力压力角压力角

11、:为推杆所受的正压力方向 与速度方向所夹的锐角.由：Fx=0，Fy=0， MB=0得：F=G/cos（+1）（1+2b/l）sin（+1）tan2临界压力角C 式 F=G/cos(+1)-(1+2b/l)sin(+1)tan2 中 当 =c= arctan1/(1+2b/l)tan2- 1， 分母为零， F，机构自锁。 C被称为临界压力角临界压力角， 为保证凸轮机构能正常运转应使max c L，b可使c的数值提高。工程上规定里许用压力角， c， max ，例：推程时，直动推杆的=300， 摆动推杆的=350450 回程时， =7008002.凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定ntan=（OP

12、e）/（s+s0） P为凸轮与推杆的瞬心， OP=v/ntan=（ v/ e）/（s+s0） 式中， , P与偏距同一侧取负，反之取正结论结论：r0结构紧凑，但结构紧凑，但 是不允许的是不允许的合理的选择r0，使3.滚子推杆滚子半径的选择滚子推杆滚子半径的选择（1）、凸轮理论轮廓为内凹时 （2）、凸轮理论轮廓为外凸时 1)当rr时,a0； 2)当=rr时,a=0, 工作轮廓上出现尖点； 3)当rr时,a0， 出现“失真”现象。避免失真的措施避免失真的措施： rr、r0 通常：amin15mm （amin工作廓线的最小曲率半径） A。若不满足此条件，可rr或r0 B。受强度、结构等的限制，滚子不能做得太小。 rr =（0.10.15） r04.平底推杆平底尺寸的确定平底推杆平底尺寸的确定Lmax:推杆平底中心至凸轮廓线 的接触点的最大距离.L:平底长度 L=2 Lmax+(57)mm避免失真的措施： r0