凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),41 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類,42 推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,43 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì),44 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,41 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類,結(jié)構(gòu)：三個(gè)構(gòu)件、盤(pán)(柱)狀曲線輪廓、從動(dòng)件呈桿狀。,作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn) 從動(dòng)件直線移動(dòng)或擺動(dòng)。,優(yōu)點(diǎn)：可精確實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律，簡(jiǎn)單緊湊。,缺點(diǎn)：高副，線接觸，易磨損，傳力不大。,應(yīng)用：內(nèi)燃機(jī) 、牙膏生產(chǎn)等自動(dòng)線、補(bǔ)鞋機(jī)、配鑰匙機(jī)等。,分類：1)按凸輪形狀分：盤(pán)形、 移動(dòng)、 圓柱凸輪 ( 端面 ) 。,2)按推桿形狀分：尖頂、 滾子、 平底從動(dòng)件。,特點(diǎn)： 尖頂構(gòu)造簡(jiǎn)單、易磨損、用于儀表機(jī)構(gòu)；,滾子磨損小，應(yīng)用廣；,平底受力好、潤(rùn)滑好，用于高速傳動(dòng)。,實(shí)例,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,3).按推桿運(yùn)動(dòng)分：直動(dòng)(對(duì)心、偏置)、 擺動(dòng),4).按保持接觸方式分： 力封閉（重力、彈簧等）,內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)機(jī)構(gòu),機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu),幾何形狀封閉(凹槽、等寬、等徑、主回凸輪),天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,r1+r2 =const,主回凸輪,等寬凸輪,優(yōu)點(diǎn)：只需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)妮喞€，從動(dòng)件便可獲得任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。,缺點(diǎn)：線接觸，容易磨損。,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,繞線機(jī)構(gòu),應(yīng)用實(shí)例：,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,送料機(jī)構(gòu),天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,42 推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù): 1)根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式;,名詞術(shù)語(yǔ)：,一、推桿的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律,基圓、,推程運(yùn)動(dòng)角、,基圓半徑、,推程、,遠(yuǎn)休止角、,回程運(yùn)動(dòng)角、,回程、,近休止角、,行程。一個(gè)循環(huán),而根據(jù)工作要求選定推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的前提。,2)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律;,3)合理確定結(jié)構(gòu)尺寸;,4)設(shè)計(jì)輪廓曲線。,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,運(yùn)動(dòng)規(guī)律：推桿在推程或回程時(shí)，其位移S、速度V、 和加速度a 隨時(shí)間t 的變化規(guī)律。,形式：多項(xiàng)式、三角函數(shù)。,S=S(t) V=V(t) a=a(t),天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,邊界條件： 凸輪轉(zhuǎn)過(guò)推程運(yùn)動(dòng)角0從動(dòng)件上升h,一般表達(dá)式：s=C0+ C1+ C22+Cnn (1),求一階導(dǎo)數(shù)得速度方程： v = ds/dt,求二階導(dǎo)數(shù)得加速度方程： a =dv/dt =2 C22+ 6C32+n(n-1)Cn2n-2,其中：凸輪轉(zhuǎn)角，d/dt=凸輪角速度, Ci待定系數(shù)。,= C1+ 2C2+nCnn-1,凸輪轉(zhuǎn)過(guò)回程運(yùn)動(dòng)角0從動(dòng)件下降h,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,在推程起始點(diǎn)：=0， s=0,代入得：C00， C1h/0,推程運(yùn)動(dòng)方程： s h/0,v h /0,在推程終止點(diǎn)：=0 ，s=h,剛性沖擊,s = C0+ C1+ C22+Cnn,v = C1+ 2C2+nCnn-1,a = 2 C22+ 6C32+n(n-1)Cn2n-2,同理得回程運(yùn)動(dòng)方程： sh(1-/0 ),v-h /0,a0,a 0,1.一次多項(xiàng)式（等速運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)規(guī)律,一、多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,2.二次多項(xiàng)式（等加等減速）運(yùn)動(dòng)規(guī)律,位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半。,推程加速上升段邊界條件：,起始點(diǎn)：=0， s=0， v0,中間點(diǎn)：=0 /2，s=h/2,求得：C00， C10，C22h/20,加速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：,s 2h2 /20,v 4h /20,a 4h2 /20,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,推程減速上升段邊界條件：,終止點(diǎn)：=0 ，s=h，v0,中間點(diǎn)：=0/2，s=h/2,求得：C0h， C14h/0 C2-2h/20,減速段推程運(yùn)動(dòng)方程為：,s h-2h(0 )2/20,v -4h(0-)/20,a -4h2 /20,柔性沖擊,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,設(shè)計(jì)：潘存云,二、三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律,1.余弦加速度(簡(jiǎn)諧)運(yùn)動(dòng)規(guī)律,推程： sh1-cos(/0)/2,v hsin(/0)/20,a 2h2 cos(/0)/220,回程： sh1cos(/0)/2,v-hsin(/0)/20,a-2h2 cos(/0)/220,在起始和終止處理論上a為有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,2.正弦加速度（擺線）運(yùn)動(dòng)規(guī)律,推程： sh/0-sin(2/0)/2,vh1-cos(2/0)/0,a2h2 sin(2/0)/20,無(wú)沖擊,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,設(shè)計(jì)：潘存云,一、凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理,反轉(zhuǎn)原理：,依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線。,給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以-1時(shí)，不影響各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件尖頂復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線。,43 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì),天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,設(shè)計(jì)：潘存云,已知凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。,設(shè)計(jì)步驟小結(jié)： 選比例尺l作基圓r0 。 反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。 確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。 將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。,1.對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪,二、直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓的繪制,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,2)對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪,設(shè)計(jì)：潘存云,理論輪廓,實(shí)際輪廓,作各位置滾子圓的內(nèi)(外)包絡(luò)線。,已知凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,3)對(duì)心直動(dòng)平底推桿盤(pán)形凸輪,設(shè)計(jì)：潘存云,已知凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。,作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,設(shè)計(jì)：潘存云,已知: 凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和偏心距e，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。,4)偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,5)擺動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)：潘存云,已知: 凸輪的基圓半徑r0，角速度，擺桿長(zhǎng)度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離d，擺桿角位移方程，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,3.用解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線,1) 偏置直動(dòng)滾子推桿盤(pán) 形凸輪機(jī)構(gòu),實(shí)際輪廓線為理論輪廓的等距線。,曲線任意點(diǎn)切線與法線斜率互為負(fù)倒數(shù)：,原理：反轉(zhuǎn)法,設(shè)計(jì)結(jié)果：輪廓的參數(shù)方程: x=x() y= y(),x=,(s0+s)sin,+ ecos,y=,(s0+s)cos,- esin,tan= -dx/dy,=(dx/d)/(- dy/d),= sin/cos,r0,已知：r0、rT、e、S=S(),天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,對(duì)(1)式求導(dǎo)，得： dx/d(ds/d- e)sin+(s0+s)cos,式中: “”對(duì)應(yīng)于內(nèi)等距線， “”對(duì)應(yīng)于外等距線。,實(shí)際輪廓為B點(diǎn)的坐標(biāo)： x= y=,x - rrcos,y - rrsin,dy/d(ds/d- e)cos-(s0+s)sin,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,94 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定,上述設(shè)計(jì)廓線時(shí)的凸輪結(jié)構(gòu)參數(shù)r0、e、rr等，是預(yù)先給定的。實(shí)際上，這些參數(shù)也是根據(jù)機(jī)構(gòu)的受力情況是否良好、動(dòng)作是否靈活、尺寸是否緊湊等因素由設(shè)計(jì)者確定的。,1.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角,2.凸輪基圓半徑的確定,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,1.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角,壓力角正壓力與推桿上B點(diǎn)速度方向之間的夾角,F,若大到使F ,機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,工程上要求：max ,直動(dòng)推桿：30,擺動(dòng)推桿：3545,回程：7080,提問(wèn)：平底推桿？,0,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,P點(diǎn)為相對(duì)瞬心：,由BCP得:,2.凸輪基圓半徑的確定,ds/d,OP= v/,= ds/dt / d/dt,=ds/d,運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定之后，凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與基圓半徑r0直接相關(guān)。,=(ds/d-e)/(s0+s),tan=(OP-e)/BC,r0 , ,圖示凸輪機(jī)構(gòu)中，導(dǎo)路位于右側(cè)。,e , ,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,設(shè)計(jì)：潘存云,同理，當(dāng)導(dǎo)路位于中心左側(cè)時(shí)，有：, CP = ds/d + e,=(ds/d+e)/(s0+s),tan=(OP+e)/BC,e ,OP= v/,= ds/dt / d/dt,=ds/d,此時(shí)，當(dāng)偏距e增大時(shí)，壓力角反而增大。,對(duì)于直動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)存在一個(gè)正確偏置的問(wèn)題！,天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授,本 章 重 點(diǎn),從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律及沖擊特性；,掌握用圖解法求理論輪廓、基圓、壓力角、升程等；,凸輪壓力角與基圓半徑r0的關(guān)系。,