凸轮自编朱里PPT课件.ppt

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1、1,第五章 凸轮机构,从动件(推杆),凸轮,机架,2,1）只需设计凸轮,从动件就可以得到预期的运动规律，结构简单，设计方便。 2）点、线接触，易磨损。,3）曲线轮廓，加工制造比较复杂。,特点：,3,一、应用,配气机构,绕线机构,5-1凸轮机构应用与分类,4,内燃机配气凸轮机构,总目录,本章,上页,下页,5,冲压机送料机构,6,靠模机构,进刀机构,7,铣削加工靠模凸轮机构,冷镦机送料机构,8,录音机卷带机构,9,二、类型,1 按凸轮形状： （1） 盘形凸轮,10,（2）移动凸轮,11,（3）圆柱凸轮,12,13,对心直动尖顶从动件,偏心直动尖顶从动件,2、按从动件形状,（1）尖顶从动件,14,对

2、心直动滚子从动件,（2）滚子从动件,摆动滚子从动件,15,（3）平底从动件,对心直动平底从动件,16,3 按推杆运动形式,1）直动推杆 2）摆动推杆,17,4 按高副接触方式,（1）力封闭,18,（2）形封闭（特殊几何结构保持接触）,19,沟槽凸轮,20,等宽凸轮,21,等径凸轮,22,共轭凸轮,23,一、运动循环及基本概念,1 基圆-以到转动中心最小向径所作的圆。半径r0；,52 从动件的运动规律,24,5、近休-从动件在最低位置静止不动。 凸轮转过的角度-近休止角。用s表示。 完成一个周期后，凸轮周而复始重复以上运动。,2、推程-从动件由最低位置到最高位置的过程。 在推程中：凸轮转过的角度

3、-推程运动角。用o表示。 推杆上升的距离-行程 用h表示。,3、远休-从动件在最高位置静止不动。 凸轮转过的角度-远休止角。用s表示。,4、回程-从动件由最高位置到最低位置的过程。 回程中：凸轮转过的角度-回程运动角。用o表示。 推杆下降的距离-行程。,6 偏 距 -凸轮回转中心与从动件导路间的距离,用 e 表示。,25,运动方程： s v0 t v v0 a = 0,在行程始末两点有刚性冲击. 刚性冲击(硬冲) -速度突变，加速度无穷大引起的冲击。适用于低速轻载.,1. 等速运动规律,刚性冲击,二 常用运动规律,所谓推杆的运动规律，是指推杆在运动过程中，其位移s、速度、加速度随时间或转角的变

4、化规律。,26,2. 等加速等减速运动规律,位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。,推程加速段运动方程为,在推程始、中、末三点有柔性冲击.柔性冲击(软冲) -加速度由0到有限值的突变引起的冲击。适于中速轻载。,27,2. n = 2的运动规律,（等加速等减速运动规律）,推程等加速运动的方程式为：,得：C0 = -h，C1 =4 h/，C2 =-2 h/,28,在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处，加速度虽为有限值，但加速度对时间的变化率理论上为无穷大。由此引起的冲击称为柔性冲击。,29,推程减速段运动方程为,30,a,3、余弦加速度运动规律 (简谐运动规律位移),0,H,0 1 2 3 4

5、 5 6 7 8,1,2,3,4,5,6,7,8,S,V,d,0 1 2 3 4 5 6 7 8,d0,pHw,2 0,0,1,2,3,4,5,6,7,8,p2Hw2,2 02,0,1,2,3,4,5,6,特点: 始、末点有柔性冲击. 适于中低速、中轻载.,0 1 2 3 4 5 6 7 8, 0,7,8,31,a,pHw2, 02,0,1,2,4,6,7,8,0 1 2 3 4 5 6 7 8,3,4、正弦加速度运动规律,V,2Hw, 0,0,1,2,3,4,6,8,0 1 2 3 4 5 6 7 8,5,5,7,H,p,特点： 加速度变化连续. 无冲击 适于高中速、轻载.,(摆线运动规律位

6、移),1 2 3 4 5 6 7 8,H,1,2,3,4,5,6,S,7,0,0,32,5 改进型运动规律,33,5 组合型（改进型）运动规律,将几种运动规律组合，以改善运动特性。,1基本运动规律的组合原则 1)按凸轮机构的工作要求选择一种基本运动规律为主体运动规律，然后用其他运动规律与之组合，通过优化对比，寻求最佳的组合型式。 2)在行程的起始点和终止点，有较好的边界条件。 3)各种运动规律的连接点处，要满足位移、速度、加速度以及更高一阶导数的连续。 4)各段不同的运动规律要有较好的动力性能和工艺性。,34,高速重载凸轮要选Vmax和amax比较小的理由：,amax,等加等减速 2.0 4.

7、0 柔性 中速轻载,五次多项式 1.88 5.77 无 高速中载,余弦加速度 1.57 4.93 柔性 中速中载,正弦加速度 2.0 6.28 无 高速轻载,改进正弦加速度 1.76 5.53 无 高速重载100分钟,动量mv,在启动、停车和制动时，则冲击力将很大,（F=mv/t）。,对重载凸轮，则适合选用Vmax较小的运动规律。,惯性力F=-ma,对强度和耐磨性要求。,对高速凸轮，希望amax 愈小愈好。,Vmax, Pn,35,53 图解法设计盘形凸轮轮廓,一 反转法原理,凸轮机构工作时，凸轮和推杆都在运动，为了画出凸轮轮廓，设法让凸轮轮廓相对纸面固定不动。为此，给整个机构加一个公共角速度

8、，使其绕点转动。这样对凸轮来说，原来有个角速度，现在给他加一个，+（）=0 凸轮将静止不动。 推杆原来只是往复移动，现在是又转动、又移动，是一种复合运动。推杆尖顶又转动、又移动的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。（注意：在给机构加运动时，一定是给整个机构加，不能只给凸轮加，那样，构件与构件的运动关系就会破坏） 推杆相对凸轮的转动和凸轮转向相反，同时推杆又在导轨内移动，推杆这种复合运动的一系列位置就是凸轮轮廓。这就是反转法原理。,二 设计方法,+（）=0,36,A,已知：基圆半径r0，角速度，从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,设计步骤：,选比例尺l作基圆r0。,在基圆上按 “-”方向划分各运动角。

9、,将位移线上的推程运动角和回程运动角分别分为若干等份；并将凸轮基圆上的推程运动角和回程运动角也做同样的划分。,通过各分点作出各导路的直线；在各直线上从基圆向外量出一定的长度，与位移线中各分点的位移量相对应，得各尖顶点的相应位置。 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,1 对心直动尖顶从动件盘形凸轮,37,已知凸轮的基圆半径r0，角速度，从动件的运动规律，滚子半径，设计该凸轮轮廓曲线。,以理论廓线上的各点为圆心，以滚子半径为半径作一系列滚子圆。,2 对心直动滚子从动件盘形凸轮,理论轮廓,实际轮廓,设计步骤：,按尖顶作出廓线理论廓线。,作各滚子圆的内(外)包络线实际廓线:滚子与凸轮实际接触处的轮廓。,3

10、8,已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,作平底直线族的内包络线-实际廓线。,3 对心直动平底从动件盘形凸轮,设计步骤：,按尖顶作出廓线理论廓线。,以理论廓线上的各点为参考点，作一系列平底直线。,39,已知: 凸轮的基圆半径r0，偏距e，角速度，从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,4 偏置直动尖顶从动件盘形凸轮,选比例尺l作基圆r0。,设计步骤：,在基圆上按 “-”方向划分各运动角。,将位移线上的推程运动角和回程运 动角分别等分为若干等份；并将凸轮基 圆上的推程运动角和回程运动角也做同样的划分。,通过各点作出与偏距圆相切的直线；并在各直线上从基圆向外量出一

11、定的长度，与位移线中各点的位移量相对应，得各点的相应位置。 将各点连接成一条光滑曲线。,40,已知：r0，摆杆长度l，中心距O A=d，摆杆运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,5 摆动尖顶从动件盘形凸轮机构,O,设计步骤： 确定O、 A的位置，以r0为半径画基圆，以d为半径画摆杆中心圆。 在中心圆上按 “-”方向划分各运动角。 将角位移线图上的推程运动角和回程运动角分别等分为若干等份；并将中心圆上的推程运动角和回程运动角也做同样的划分，得A、A1。 根据各时刻的角位移作出摆杆一系列位置AB、AB1、AB2 将B、B1、B2各点连接成一条光滑曲线。,41,42,一 压力角,Fy= Fcos Fx =

12、 Fsin,压力角: 从动件力的方向与速度方向所夹的锐角,用表示.(不计摩擦),压力角越小,传力性能越好.,推程时,通常取 =3040, 回程时, 通常取 =7080。,54 凸轮机构基本尺寸的确定,43,二 基圆半径 r0,tga = ,CPBC,=,OP - OC,BC,其中： 据三心定理 VP1 = VP2, OC = e, BC =,即: OPw1 = V P2,得: OP = V/w,S + S0,= S +,r02 - e2,从而 tga =,V/w - e,S +,r02 - e2,C,B,P,a,1,2,3,S0,显然, r0 a ,e,r0,满足压力角取较小的基圆半径,44,

13、诺模图,应用实例：一对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，推程运动角 45，h=13 mm, 推杆以正弦加速度运动，要求max 30，试确定凸轮的基圆半径r0 。,作图得：h/r00.26,r0 50 mm,确定上述极值r0min不方便，工程上常根据诺模图来确定r0,45,顺时针转动时-推杆偏于凸轮轴心的左侧。 逆时针转动时-推杆偏于凸轮轴心的右侧。,三 偏置方位确定：较小压力角,w,46,四、滚子半径的选择和平底尺寸l 的确定,a工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径， rr滚子半径,arr, rr,arr,rr,arr0,轮廓正常,轮廓正常,轮廓变尖,外凸,对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使： m

14、in rr,rr,arr0,47,.平底尺寸l 的确定,作图法确定：,l=2lmax+(57)mm,压力角是多少度?,Lmax-平底中心至平底与轮廓曲线接触点间的最大距离,48,例1：画出图示机构的压力角,49,图 4 - 11 偏置尖顶移动从动件盘形凸轮作图法,50,1、尖底直动从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓设计： 已知 转向,51,三、偏置尖顶移动从动杆 例. 已知: R0、H、e 、 w 的方向、,凸轮转角,从动杆运动规律,0180 等速上升 H 180 210 上停程 210 300 等速下降 H 300 360 下停程,解: 1. 以 mS = 作位移曲线.,2. 以同样的 mS 作凸轮

15、廓线,w,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,四、偏置滚子移动从动杆,从动杆运动规律和凸轮相应转角:,52,2. 等加速等减速运动规律,位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。,推程加速段运动方程为,s （ 2h / 2 ） 2,v （ 4h / 2 ）,a 4h2/ 2,在推程始、中、末三点有柔性冲击(软冲)：由加速度有限值的突变引起的冲击。此时，速度曲线有尖点，加速度曲线不连续。适于中速轻载。,53,2. 等加速等减速运动规律,位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。,推程加速段运动方程为,s a 0 t 2 / 2,v a 0 t,a a 0,在推程始、中、末三点有柔性冲击.柔性冲

16、击(软冲) -加速度由0到有限值的突变引起的冲击。适于中速轻载。,54,3、如图所示，偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，已知凸轮实际轮廓线为一圆心在O点的偏心圆，其半径为R，从动件的偏距为e，试用作图法： （1）在图上确定凸轮的合理转向； （2）画出该机构的凸轮理论廓线、基圆及偏心圆； （3）标出当从动件从图示位置升到位移s时,对应凸轮的转角及凸轮机构的压力角；,55,5、在图示凸轮机构中，求： 1）在图上画出理论轮廓及基圆。 2）在图上标出从动件的最大行程h。 3）推程运动角o、回程运动角o、远休止角s、近休止角s分别为多少度？ 4）标出图示位置的压力角，说明压力角越大，传力性能是越好还是越差

17、？,56,4、凸轮机构如图所示。凸轮的实际廓线为一圆，其圆心在B点，半径R=45mm，凸轮1以匀角速度1=1rad/min绕A轴逆时针回转，AB=20mm，滚子半径rr=10mm，试回答： 凸轮的理论廓线为何种曲线？并做出此曲线； 绘出凸轮的基圆； 推程运动角o=？回程运动角o=？远休止角s=？近休止角s=？ 求机构在图示位置时，从动件2的速度V2=?； 若凸轮实际廓线不变，而将滚子半径改为12mm，从动件的运动规律与原来的是否相同，为什么？,57,例 2 已知： DE=FG=HI，且相互平行；DF=EG，且相互平行；DH=EI，且相互平行。计算此机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。,58,作业,59,计算机构自由度,指出复合铰链,局部自由度,虚约束,说明机构具有确定运动的条件,F=3n 2PL PH =36 27 2 =2,C-复合铰链 G-局部自由度 FE-虚约束 G I -虚约束,（作业）,60,图示为一摆动从动件盘形凸轮机构，凸轮廓线为一圆，圆心为O点，凸轮1绕A点逆时针方向回转，G为作用在从动件2上的外载荷，试确定凸轮1及机架3对从动件2的总反力FR12及FR32和机架3对凸轮1的总反力FR31的方位。,61,曲柄滑块机构的压力角,62,曲柄滑块机构min的位置,