第三章 凸輪機構PPT課件

《第三章 凸輪機構PPT課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《第三章 凸輪機構PPT課件（48頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、3-1 凸輪機構的應用與分類 3-1-1 凸輪機構的應用 圖3-1所示為內(nèi)燃機配氣凸輪機構。當凸輪1(主動件)勻速轉(zhuǎn)動時，它的輪廓驅(qū)使閥桿2(從動件)作往復移動，使其按預期的運動規(guī)律開啟或關閉氣閥(關閉是靠彈簧4的作用)以控制燃氣準時進入氣缸或廢氣準時排出氣缸。圖3 -2所示為單軸六角車床上的刀架進給凸輪機構。當凸輪1勻速轉(zhuǎn)動時，它的輪廓驅(qū)使扇形齒輪推桿2(從動件)按預定運動規(guī)律繞0軸轉(zhuǎn)動，以推動齒條3移動，從而帶動刀架往復移動下-頁 返回第1頁/共48頁3-1 凸輪機構的應用與分類 以上兩例機構均含有凸輪(具有某種曲線輪廓或凹槽的構件)含有凸輪的機構即稱為凸輪機構。它通常由凸輪1、從動件2和

2、機架3組成。 3-1-2 凸輪機構的分類 常用凸輪機構可按下述方法分類: 1.按凸輪形狀分類 (1)盤形凸輪 (2)移動凸輪 (3)圓柱凸輪輪廓曲線位于圓柱面上并繞其軸線旋轉(zhuǎn)的凸輪，如圖3-4，屬于空間凸輪機構。上-頁 下-頁 返回第2頁/共48頁3-1 凸輪機構的應用與分類 2.按從動件的形狀分類 (1)尖頂從動件。以尖頂與凸輪輪廓接觸的從動件，如圖3-5 ( a)所示 (2)滾子從動件。以鉸接的滾子與凸輪輪廓接觸的從動件，如圖3-5 (b)所示 (3)平底從動件。以平底與凸輪輪廓接觸的從動件，如圖3-5(c)所示 此外，還可按從動件的運動形式分類，分為移動從動件(圖3-1、圖3-3、圖3-

3、4,圖3-5)和擺動從動件(圖3-2);按凸輪與從動件保持接觸的方式分為力封閉和形封閉(圖3-6、圖3-7，利用凸輪和從動件的特殊幾何結構保持從動件與凸輪始終接觸)等上-頁 返回第3頁/共48頁3-2 常用的從動件運動規(guī)律 從動件的運動規(guī)律即是從動件的位移(s)、速度(v)和加速度(a)隨時間(t)變化的規(guī)律。 從動件的運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線的形狀，即是說，從動件的不同運動規(guī)律要求凸輪具有不同的輪廓曲線。所以，設計凸輪輪廓曲線時，首先根據(jù)工作要求選定從動件的運動規(guī)律，按從動件的位移曲線求出相應的凸輪輪廓曲線。 下面介紹幾種常用的從動件運動規(guī)律。 3-2-1 等速運動規(guī)律 從動件速度為定值的

4、運動規(guī)律稱為等速運動規(guī)律。當凸輪以等角速度w1轉(zhuǎn)動時，從動件在推程或回程中的速度為常數(shù).下-頁 返回第4頁/共48頁3-2 常用的從動件運動規(guī)律 推程時，設凸輪推程運動角為S0，從動件升程為b，相應的推程時間為t0，則從動件的速度為: 位移方程 加速度方程 初始條件： 21vc常數(shù)2212sv dtctc220dvadt2202100,00,/tsctt shch t時，則時，則上-頁 下-頁 返回第5頁/共48頁3-2 常用的從動件運動規(guī)律 代入(3-1)式得: 由于凸輪轉(zhuǎn)角 ，代入(3 -2)式，則得推程時從動件用轉(zhuǎn)角 表示的運動方程:202020tshthvta101 0,wtwt202

5、1020hshvwa上-頁 下-頁 返回第6頁/共48頁3-2 常用的從動件運動規(guī)律 回程時，從動件速度為負值?；爻探K了，凸輪轉(zhuǎn)角為 同理可推出回程時從動件的運動方程為:2,0ss2212(1)0hhshhvwa 上-頁 下-頁 返回第7頁/共48頁3-2 常用的從動件運動規(guī)律910 圖3 -9為按公式(3 -3a)作出的在推程時從動件的運動線圖。由圖可知，從動件在推程開始和終止的瞬時，速度有突變，其加速度在理論上為無窮大(實際上由于材料的彈性變形，其加速度不可能達到無窮大)，致使從動件在極短時間內(nèi)產(chǎn)生很大的慣性力，因而使凸輪機構受到極大的沖擊。這種從動件在某瞬時速度突變，其加速度及慣性力在理

6、論上均趨于無窮大時所引起的沖擊稱為剛性沖擊。因此等速運動規(guī)律只適用于低速輕載的凸輪機構。 3-2-2等加速等減速運動規(guī)律 如圖3-10所示，從動件在-行程的前-階段為等加速和后-階段為等減速的運動規(guī)律，稱為等加速等減速運動規(guī)律。上-頁 下-頁 返回第8頁/共48頁3-2 常用的從動件運動規(guī)律 前半升程 后半升程222012202120244hsh wvh wa 220201202021202()4()4hshhwvhwa 上-頁 下-頁 返回第9頁/共48頁3-2 常用的從動件運動規(guī)律 圖3-10為按式(3 -4)作出的等加速等減速運動線圖。該圖的位移曲線是-凹-凸兩段拋物線連接的曲線，故該運

7、動規(guī)律又稱為拋物線運動規(guī)律。 由加速度線圖圖3-10(c)可知，從動件在升程始、末以及由等加速過渡到等減速的瞬時(即0, A, B三處)，加速度出現(xiàn)有限值的突然變化，這將產(chǎn)生有限慣性力的突變，而引起沖擊。這種從動件在某瞬時加速度發(fā)生有限值的突變時所引起的沖擊稱為柔性沖擊。所以等加速等減速運動規(guī)律不適用于高速，僅適用于中、低速。上-頁 下-頁 返回第10頁/共48頁3-2 常用的從動件運動規(guī)律11 3-2-3 簡諧(余弦加速度)運動規(guī)律 從動件的加速度按余弦規(guī)律變化的運動規(guī)律稱為簡諧運動規(guī)律。質(zhì)點在圓周上作勻速運動時，它在這個圓的直徑上的投影所構成的運動稱為簡諧運動。如圖3-11 ( a)所示，

8、設以從動件升程b為直徑作-圓，顯然從動件的位移方程為: 由圖可知， 代入上式可導 出從動件推程時所作簡諧運動的運動方程:2(1 cos )2hs00當時，故得，上-頁 下-頁 返回第11頁/共48頁3-2 常用的從動件運動規(guī)律 圖3-11表示按式(3-5)所作出的簡諧運動規(guī)律的運動線圖。由圖3-11(c)看出，從動件的加速度按余弦規(guī)律變化。2012002212001 cos2sin2cos()2hshwvhwa 上-頁 下-頁 返回第12頁/共48頁3-2 常用的從動件運動規(guī)律 由加速度線圖看出，從動件在升程的始、末兩處有加速度突變，產(chǎn)生柔性沖擊。但是當從動件作無停歇的升-降-升往復運動時，將

9、得到連續(xù)的加速度曲線(圖中虛線所示)，從而避免了柔性沖出，在這種情況下可用于高速傳動。 在選擇從動件的運動規(guī)律時，除考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應注意各種運動規(guī)律的最大速度和最大加速度的影響。最大速度愈大，則動量mv愈大，當大質(zhì)量的從動件突然被阻止時，將出現(xiàn)很大的沖擊力，因此大質(zhì)量從動件不宜選用最大速度太大的運動規(guī)律。最大加速度愈大，則慣性力愈大，引起較大的動壓力，對機構的強度和磨損都有較大的影響?，F(xiàn)將幾種常用運動規(guī)律的特點和適用范圍列于表3-1中，供選擇從動件運動規(guī)律時參考。上-頁 返回第13頁/共48頁3-3 用圖解法設計盤形凸輪輪廓曲線12 凸輪機構工作時，通常凸輪是運動的。用圖解法繪制

10、凸輪輪廓曲線時，卻需要凸輪與圖面相對靜止。為此，應用“反轉(zhuǎn)法”，其原理如下: 圖3-12所示為-對心移動尖頂從動件盤形凸輪機構。設凸輪的輪廓曲線已按預定的從動件運動規(guī)律設計出來了。當凸輪以角速度w1繞軸0轉(zhuǎn)動時，從動件的尖頂沿凸輪輪廓曲線相對其導路按預定的運動規(guī)律移動?，F(xiàn)設想給整個凸輪機構加上-個公共角速度w1,此時凸輪將不動。根據(jù)相對運動原理，凸輪和從動件之間的相對運動并未改變。這樣從動件-方面隨導路以角速度w1繞軸0車令動，另-方面又在導路中按預定規(guī)律作往復移動。下-頁 返回第14頁/共48頁3-3 用圖解法設計盤形凸輪輪廓曲線13 3-3-1對心移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的繪制 凸輪輪廓

11、曲線的繪制步驟如下: (1)選取長度比例尺 (實際線性尺寸/圖樣線性尺寸)和角度比例尺 (實際角度/圖樣線性尺寸)，作從動件位移曲線s2=s( )，如圖3-13 (b)所示 (2)將位移曲線的推程角 和回程角 分段等分，并通過各等分點作垂線，與位移曲線相交，即得相應凸輪各轉(zhuǎn)角時從動件的位移11 , 22sh0上-頁 下-頁 返回第15頁/共48頁3-3 用圖解法設計盤形凸輪輪廓曲線 (3)用同樣比例尺 ，以0為圓心，以OB0 = r0/ 為半 徑畫基圓，如圖3-13 (a)所示。此基圓與從動件導路線的 交點B0即為從動件尖頂?shù)钠鹗嘉恢谩?(4)自OB0沿w1的相反方向取角度 , , , ，并

12、將它們與圖3-13(b)對應的等份，得B1,B2,B3。連 結0B1、0B2、0B3、，并延長各徑向線，它們便是反 轉(zhuǎn)后從動件導路線的各個位置 (5)在位移曲線中量取各個位移量，并取B1B1=11, B2B2=22,B3B3 = 33反轉(zhuǎn)后從動件尖頂?shù)?系列位置B1,B2, B3, (6)將B1, B2、B3 ,連成光滑的曲線，即是所要求的凸輪輪廓曲線ssshs0上-頁 下-頁 返回第16頁/共48頁3-3 用圖解法設計盤形凸輪輪廓曲線 3-3-2 對心移動滾子從動件盤形凸輪輪廓曲線的繪制 滾子從動件凸輪輪廓曲線的繪制，其方法與尖頂從動件 凸輪輪廓曲線的繪制基本相同，如圖3-14所示。其不同點

13、 就是將滾子中心視為尖頂從動件的尖頂，按上述方法求出其 輪廓曲線。再以 上各點為中心，以滾子半徑為半徑，畫- 系列圓，作這些圓的內(nèi)包絡線，則曲線為凸輪上與從動件直 接接觸的輪廓，稱為凸輪工作輪廓。它是使用滾子從動件時 的實際輪廓曲線。而滾子從動件滾子中心相對于凸輪的運動 軌跡,則稱為此凸輪的理論輪廓曲線。0上-頁 下-頁 返回第17頁/共48頁3-3 用圖解法設計盤形凸輪輪廓曲線 由以上作圖過程可知，在滾子從動件盤形凸輪機構中， 以凸輪軸心為圓心，凸輪理論輪廓最小向徑值為半徑所作的 稱為凸輪理論輪廓基圓。而在盤形凸輪機構中，以凸輪軸心 為圓心，凸輪工作輪廓最小向徑值為半徑所作的圓，則稱為 凸輪

14、工作輪廓基圓。作圖中的r0則是指凸輪理論輪廓基圓的 半徑。 3-3-3 對心移動平底從動件盤形凸輪輪 廓曲線的繪制 平底從動件凸輪輪廓曲線的繪制也與上述方法相似。如 圖3-15所示上-頁 下-頁 返回第18頁/共48頁3-3 用圖解法設計盤形凸輪輪廓曲線 3-3-4 偏置移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓曲線的繪制 如圖3-16所示，偏置移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓曲 線的繪制方法也與前述相似。但由于從動件導路的軸線不通 過凸輪的轉(zhuǎn)動軸心O，其偏距為e，所以從動件在反轉(zhuǎn)過程 中，其導路軸線始終與以偏距。為半徑所作的偏距圓相切， 因此從動件的位移應沿這些切線量取。上-頁 下-頁 返回第19頁/共48頁3-

15、3 用圖解法設計盤形凸輪輪廓曲線 3-3-5 擺動從動件盤形凸輪輪廓的繪制 擺動從動件盤形凸輪輪廓的繪制也與上述方法相似，如圖 3 17 ( a)所示不同的是從動件繞軸A做往復擺動。因此， 在反轉(zhuǎn)過程中，從動件的軸A將在以凸輪軸心0為圓心，以 OA。為半徑的圓上做圓周運動，同時從動件還繞軸A按預定 運動規(guī)律往復擺動。顯然從動件尖頂在此復合運動中的軌 跡，即為該凸輪的輪廓曲線。上-頁 返回第20頁/共48頁3-4 設計凸輪機構應注意的問題183-4-1滾子半徑的選擇 1.凸輪理論輪廓的內(nèi)凹部分 由圖3-18 ( a)可得: 。由此式可知，工作輪廓曲率半徑總大于理論輪廓曲率半徑。因而，不論選擇多大

16、的滾子，都能作出工作輪廓。 2.凸輪理論輪廓的外凸部分 由圖3-18 (b)可得: 當 時， 工作輪廓為-平滑的曲線 當 時如圖3-18 (c)所示，此時 ，在凸輪工作輪廓曲線上產(chǎn)生尖點。這種尖點極易磨損，磨損后就會改變從動件預定的運動規(guī)律。下-頁 返回第21頁/共48頁3-4 設計凸輪機構應注意的問題 當 時，如圖3-18(d)所示，此時 ， 凸輪下作輪廓曲線相交，圖中陰影部分的輪廓在實際加工時被切去，使這部分運動規(guī)律無法實現(xiàn)，這種現(xiàn)象稱為運動失真。 由上述可知，滾子半徑rT不宜過大，否則產(chǎn)生運動失真;但滾子半徑也不宜過小，否則凸輪與滾子接觸應力過大且難于裝在銷軸上。 3-4-2 壓力角的選

17、擇和檢驗 1.壓力角與作用力的關系上-頁 下-頁 返回第22頁/共48頁3-4 設計凸輪機構應注意的問題 凸輪在某-位置時對從動件的法向力F與從動件上該力作用點的速度方向間所夾的銳角稱為凸輪機構在該位置的壓力角。若將F力分解為沿從動件運動方向的有用分力F,，和垂直從動件運動方向緊壓導路的有害分力F，其關系為: Fn=Fttan 當驅(qū)動從動件的有用分力Ft-定時，壓力角越大，則有害分力Fn越大，凸輪機構效率越低。當增大到-定程度，以致Fn所引起的摩擦阻力大于有用分力Ft時，無論凸輪對從動件的作用力多大，從動件都不能運動，這種現(xiàn)象稱為自鎖.上-頁 下-頁 返回第23頁/共48頁3-4 設計凸輪機構

18、應注意的問題 由以上分析看出: 從改善受力情況，提高效率，避免自鎖的觀點看，壓力角愈小愈好. 2.壓力角與機構尺寸的關系 根據(jù)點的復合運動之速度合成定理則可作出B點的速度三角形。由此可得: 由上式可知，若給定從動件運動規(guī)律，當壓力角愈大時，則其基圓半徑愈小，相應機構尺寸也愈小。因此，從機構尺寸緊湊的觀點看，其壓力角較大為好。20221tanvrrss上-頁 下-頁 返回第24頁/共48頁3-4 設計凸輪機構應注意的問題 3.壓力角的許用值 在-般情況下，既要求凸輪機構有較高效率、受力情況良好，又要求其機構尺寸緊湊(即基圓半徑較小)，因此，壓力角不能過大，也不能過小，應有-許用值，用表示，且應使

19、max小于等于 。在-般工程設計中，推薦的許用壓力角為: 推程(工作行程):移動從動件 =30,擺動從動件a=45。 回程: 因受力較小且無自鎖問題，故許用壓力角可取得大些，通常a=80上-頁 下-頁 返回第25頁/共48頁3-4 設計凸輪機構應注意的問題 4.壓力角的檢驗 凸輪輪廓曲線上各點壓力角是變化的。在繪出凸輪輪廓曲線后，必須對理論輪廓曲線，特別是推程中各處壓力角進行檢驗，以防超過其許用值。常用的簡便檢驗方法如圖3-21所示，在理論輪廓曲線上某幾處最陡的地方取幾點，作這幾點的法線，再用量角器檢驗各點法線與向徑之間的夾角是否超過許用壓力角。若測量結果超過許用值，則應考慮修改設計。通?？捎?/p>

20、加大凸輪基圓半徑的方法使max減小。 4-4-3基圓半徑的確定上-頁 下-頁 返回第26頁/共48頁3-4 設計凸輪機構應注意的問題 由前述可知，在設計凸輪機構中，基圓半徑過小，會引起壓力角過大;若超過許用壓力角，機構效率降低，甚至會發(fā)生自鎖。因此，基圓半徑的確定，應考慮滿足最大壓力角小于許用值的要求。 圖3-22所示為用于對心移動滾子從動件盤形凸輪機構的諾模圖。可參考確定。 根據(jù) 的條件所確定的基圓半徑-般都比較小。所以在實際設計中，凸輪的基圓半徑是根據(jù)具體的結構條件選擇。通?？扇⊥馆喌幕鶊A直徑等于或大于軸徑的1. 6-2倍。上-頁 返回第27頁/共48頁圖3-1內(nèi)燃機配氣機構 返回第28頁

21、/共48頁圖3-2刀架進給凸輪機構 返回第29頁/共48頁圖3-3移動凸輪 返回第30頁/共48頁圖3-4自動送料凸輪機構 返回第31頁/共48頁圖3-5從動件的形式 返回第32頁/共48頁圖3-6等寬凸輪機構 返回第33頁/共48頁圖3-7等徑凸輪機構 返回第34頁/共48頁圖3-9等速運動 返回第35頁/共48頁圖3-10等加速等減速運動 返回第36頁/共48頁圖3-11簡諧運動 返回第37頁/共48頁圖3-12反轉(zhuǎn)法原理 返回第38頁/共48頁圖3-13對心移動尖項從動件盤式凸輪 返回第39頁/共48頁圖3-14滾子從動件盤式凸輪機構 返回第40頁/共48頁圖3-15平底從動件盤式凸輪機構 返回第41頁/共48頁圖3-16偏置移動尖頂從動件盤式凸輪機構 返回第42頁/共48頁圖3-17擺動從動件盤式凸輪機構 返回第43頁/共48頁圖3-18滾子半徑的選擇 返回第44頁/共48頁圖3-21檢驗壓力角 返回第45頁/共48頁圖3-22對心移動滾子從動件盤式凸輪機構諾模圖 返回第46頁/共48頁表3-1 常用的從動件運動規(guī)律的比較 返回第47頁/共48頁感謝您的觀看！第48頁/共48頁