凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算.ppt

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1、第四章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 4-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類 盤形凸輪機(jī)構(gòu) 平面凸輪機(jī)構(gòu) 移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu) 平面凸輪機(jī)構(gòu) 圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 空間凸輪機(jī)構(gòu) 一、 應(yīng)用： 二、組成： 凸輪 一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通過高副接觸 從動(dòng)件：平動(dòng)，擺動(dòng) 機(jī)架 三、分類 ： 1、按凸輪的形狀： 當(dāng)從動(dòng)件的位移、速度、加速度必須嚴(yán)格按照 預(yù)定規(guī)律變化時(shí)，常用凸輪機(jī)構(gòu)。 五 、 要求 2、按從動(dòng)件的型式： 尖底從動(dòng)件：用于低速； 滾子從動(dòng)件：應(yīng)用最普遍； 平底從動(dòng)件：用于高速。 3、按鎖合的方式： 力鎖合（重力、彈簧力）、幾何鎖合 四、特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 1、能夠

2、實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 2、設(shè)計(jì)較簡單。 缺點(diǎn)： 1、承載能力低，主要用于控制機(jī)構(gòu)； 2、凸輪輪廓加工困難。 1、分析從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2、按照運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓 4-2 常用從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2、 偏距 e：偏距圓 B A O r 0 w C D e 一、幾個(gè)概念 尖底偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 1、基圓： 凸輪輪廓上最小矢徑為半徑的圓 D C B B A h s s r 0 C 1 B 1 e O 推程運(yùn)動(dòng)角： =BOB= AOB1 運(yùn)休止角： S= BOC= B1OC1 回程運(yùn)動(dòng)角： = C1OD 近休止角： S= AOD s A B C D A h

3、 ,t s s (b) 從動(dòng)件位移線圖：從動(dòng)件速度線圖 ， 加速度線圖 二、分析從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng) 行程： h(最大位移 ) 上升 停 降 停 三 、 常用從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 s v a h ,t ,t ,t - 0 v 剛性沖擊： 由于加速度發(fā)生無窮大突 度而引起的沖擊稱為剛性 沖擊 。 1、勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（推程段） 0 0 0 a ctvS vv 邊界條件：當(dāng) t=0時(shí)， S=0；當(dāng) 時(shí)， S=h t 所以： c=0， hv0 勻速運(yùn)動(dòng)在升程中的運(yùn)動(dòng)方程 0 0 a h vv h hS 回程

4、中的運(yùn)動(dòng)方程 0 0 a vv h S 2、 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 a v O 1 2 ,t ,t ,t s h 3 4 5 6 1 9 4 1 0 4 A 0 a B C 柔性沖擊 ： 加速度發(fā)生有限值的突變 （適用于中速場合） 2 2 1 atS taV 0 21 2 0 10 0 2 1 ctctaS ctav aa等加速段 邊界條件 1 0 0 0 v S t 所以 0 0 2 1 c c 邊界條件 2 2 2 h S t 所以 2 2 0 4 ha 從動(dòng)件在勻加速上升過程中

5、的運(yùn)動(dòng)方程 2 2 2 2 2 4 4 2 h a h v h S 等減速段 邊界條件 1 h v t 2 2 所以 2 2 0 2 01 2 a hc ac 邊界條件 2 hS v t 0 所以 2 2 0 4 ha 從動(dòng)件在勻加速上升過程中的運(yùn)動(dòng)方程 2 2 2 2 2 4 )( 4 )( 2 h a h v h hS 21 2 0 10 0 2 1 ctctaS ctav aa 3、加速度按余弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化

6、 a v ,t ,t ,t s h 1O 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 s 運(yùn)動(dòng)特征： 若 為零，無沖擊， 若 不為零，有沖擊 SS , SS , c os 2 s in 2 )c os1( 2 2 22 h a h v h S 2 c os h R RRS )c os1(2 hS 所以 從動(dòng)件按余弦加速規(guī)律上升時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程為 4、加速度按正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律變化（了解） ,t s v a ,t ,t h 654321 r s B A A 0 運(yùn)動(dòng)特征：沒有沖擊

7、 5、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律 為了獲得更好的運(yùn)動(dòng)特征，可以把上述幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合起來 應(yīng)用，組合時(shí)，兩條曲線在拼接處必須保持連續(xù)。 2 s in 2 ) 2 c os1( ) 2 s in 2 1 ( 2 2 h a h v hS 2 2 s in 0 rh rBAS )2s i n2 1( hS 所以 從動(dòng)件按余弦加速規(guī)律上升時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程為 設(shè)計(jì)方法：作圖法，解析法 已知 轉(zhuǎn)向 。 作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 ,,,0 Se 一、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 反轉(zhuǎn)法 O 8 7 6 5

8、 4 3 2 1 r 0 4-3 凸輪輪廓的設(shè)計(jì) 1、尖底 直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪 機(jī)構(gòu) 凸輪輪廓設(shè)計(jì)： 已知 轉(zhuǎn)向 ,,,0 Se s O 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 8 7 6 54 3 2 180 90 60 h 30 3 2 1 K O e 0 B 1 B C 1 B 2 2 C B 3 C 3 B 4 C 4 5 B 5 C B 6 C 6 B 7 C 7 8 B C 8 B 9 C 9 0 ( C ) 0 r 180 90 60 30 （ 3）在理論輪廓上畫出一系列滾子，畫出滾子的內(nèi)包絡(luò)線 實(shí) 際輪廓曲線。

9、r 0 e B 0 B 1 B 2 B 3 4 B B 5 6 B B 7 8 B 9 B O 設(shè)計(jì)滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)， 凸輪的基圓半徑是指理論輪廓 曲線的基圓半徑 。 2、滾子從動(dòng)件 （ 1）去掉滾子，以滾子中心為尖底。 （ 2）按照上述方法作出輪廓曲線 理論輪廓曲線 r 0 e B 0 B 1 B 2 B 3 4 B B 5 6 B B 7 8 B 9 B O （ 3）過 B1、 B2 點(diǎn)作出一系列平底，得到一直線族。 作出直線族的包絡(luò)線，便得到凸輪實(shí)際輪廓曲線。 B 0 B 1 B 2 B 3 B 4 5 B B 6 B 7 B 8 0

10、 r O b b 3、平底從動(dòng)件 （ 1）取平底與導(dǎo)路的交點(diǎn) B0為參考點(diǎn) （ 2）把 B0看作尖底，運(yùn)用上述方法找到 B1、 B2 B 0 B 1 B 2 B 3 B 4 5 B B 6 B 7 B 8 0 r O b b 二、擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) O A 8 9 A 7 A A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 B 0 B 9 B 8 7 B 6 B5 B 4 B B 3 2 B B 1 D 1 a C 1 C 0 9 C C 8 C 7C 6 5 C C 4 3 C C 2 r 0 1 80 60 90 30 D 2 D 3 3 2 1 A 0

11、(a) 1 80 30 90 60 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 ma x (b) 已知： 轉(zhuǎn)向， r0， a， l， max， - O A 8 9A 7A A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 B 0 B 9 B 8 7B 6B5 B 4B B 3 2B B 1 D 1a C 1 C 0 9C C 8 C 7C 6 5C C 4 3C C 2 r 0 1 80 60 90 30 D 2 D 3 3 2 1 A 0 (a) 1 80 30 90 60 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

12、 1 2 3 4 5 6 7 8 ma x (b) O A 8 9 A 7 A A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 B 0 B 9 B 8 7 B 6 B5 B 4 B B 3 2 B B 1 D 1 a C 1 C 0 9 C C 8 C 7C 6 5 C C 4 3 C C 2 r 0 1 80 60 90 30 D 2 D 3 3 2 1 A 0 (a) 1 80 30 90 60 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 ma x (b) 4 4 用解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線 一、滾子從動(dòng)件盤形凸輪

13、 1理論輪廓曲線方程 （ 1）直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 圖示偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。求凸輪理論廓線的方 程，反轉(zhuǎn)法給整個(gè)機(jī)構(gòu)一個(gè)繞凸輪軸心 O的公共角速度 -，這 時(shí)凸輪將固定不動(dòng)，而從動(dòng)件將沿 -方向轉(zhuǎn)過角度 ，滾子中 心將位于 B點(diǎn)。 B點(diǎn)的坐標(biāo)，亦即理論廓線的方程為： s in)(c o s s inc o s)( 0 0 ssey essx 220 ers a ra為理論廓線的基圓半徑 式 1 s 0 s e e O D K C B Y X r r a 對于對心從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，因 e=0，所以 s0=ra s in)( c o

14、s)( sry srx a a （ 2）擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。仍用反轉(zhuǎn)法使凸輪固定不動(dòng)，而 從動(dòng)件沿 -方向轉(zhuǎn)過角度，滾子中心將位于 B點(diǎn)。 B點(diǎn)的坐標(biāo)， 亦即理論廓線的方程為： )s in (s in )c o s (c o s 0 0 lay lax 0為從動(dòng)件的起始位置與軸心連線 OA0之間的夾角。 al rrla T 2 )(a r c c o s 2022 0 式 2 式 3 在設(shè)計(jì)凸輪廓線時(shí)，通常 e、 r0、 rT、 a、 l等是已知的尺寸，而 s和 是的函數(shù)，它們分別由已選定的位移方程 s=s()和角位移方程 =（ ）確定。

15、 2實(shí)際廓線方程 滾子從動(dòng)件盤形凸輪的實(shí)際廓線是圓心在理論廓線上的一族滾子 圓的包絡(luò)線。由微分幾何可知，包絡(luò)線的方程為： 0),,( 0),,( 11 11 yxf yxf 式中 x 1、 y1為凸輪實(shí)際廓線上 點(diǎn)的直角坐標(biāo)。 對于滾子從動(dòng)件凸輪，由于產(chǎn)生包絡(luò)線（即實(shí)際廓線）的曲線 族是一族滾子圓，其圓心在理論廓線上，圓心的坐標(biāo)由式 13 確定，所以由式 4有： 式 4 0)()(),,( 2212111 Tryyxxyxf 0)(2)(2),,( 1111 ddyyyddxxxyxf 聯(lián)立求解 x1和 y1，即得滾子從動(dòng)件盤形凸輪的實(shí)際廓線參數(shù)方程：

16、 22 1 22 1 / / d dy d dx ddx ryy d dy d dx ddy rxx T T 上面的一組加減號(hào)表示一根外包絡(luò)廓線，下面的一組加減號(hào) 表示另一根內(nèi)包絡(luò)廓線。 4-5 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 擺動(dòng)從動(dòng)件： =40 50 直動(dòng)從動(dòng)件： =30 38 B Q A F n P b r F sin F cos n B N B fN v d A fN A N l a b l e O lim 一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和自鎖 壓力角：接觸點(diǎn)法線與從動(dòng)件上 作

17、用點(diǎn)速度方向所夾的銳角。 自鎖 極限壓力角 l2， l1， f，潤滑 二、按許用壓力角確定凸輪回轉(zhuǎn)中心位置和基圓半徑 d d dtd dtdvl SS OP / / 22 00 erS e d d a r c t g SS e d d a r c t g SS 轉(zhuǎn)向系數(shù) 從動(dòng)件偏置方向系數(shù) 由式可知： r0 1、滾子（尖底）直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 三、按輪廓曲線全部外凸的條件確定平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪的基圓半徑 r 0 B 0 B 1 B 2 B 3 B 4 5 B B 6 B 7 B 8 0 r O b b 0 四、滾子半徑的選擇 A C B O r T T r r T r T 滾子半徑 rT必須小于理論輪廓曲線外凸部分的 最小曲率半徑 min，設(shè)計(jì)時(shí)， m i n8.0 Tr