清華大學(xué)機(jī)械原理課件第3章凸輪機(jī)構(gòu).ppt

第3章 凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)的組成與類型 從動件運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì) 凸輪輪廓的設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 凸輪機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),3.1 凸輪機(jī)構(gòu)的組成與類型 3.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)的組成,1 凸輪 2 從動件 3 機(jī)架,高副機(jī)構(gòu),3.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的類型 1. 按凸輪的形狀分類,盤形凸輪：最基本的形式，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最為廣泛 移動凸輪：凸輪相對機(jī)架做直線運(yùn)動 圓柱凸輪：空間凸輪機(jī)構(gòu),盤形凸輪 移動凸輪 圓柱凸輪,2. 按從動件的形狀分類,尖端從動件,曲面從動件,尖端能以任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動件實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動規(guī)律。但尖端處極易磨損，只適用于低速場合。,磨損比尖端從動件小。,滾子從動件,平底從動件,凸輪與從動件之間為滾動摩擦，因此摩擦磨損較小，可用于傳遞較大的動力。,從動件與凸輪之間易形成油膜，潤滑狀況好，受力平穩(wěn)，傳動效率高，常用于高速場合。但與之相配合的凸輪輪廓須全部外凸。,3. 按從動件的運(yùn)動形式分類,移動從動件 擺動從動件,移動從動件：從動件作往復(fù)移動，其運(yùn)動軌跡為一段直線； 擺動從動件：從動件作往復(fù)擺動，其運(yùn)動軌跡為一段圓弧。,4.按凸輪與從動件維持高副接觸的方法分類 (1) 力鎖合彈簧力、從動件重力或其它外力 (2) 型鎖合利用高副元素本身的幾何形狀,槽凸輪機(jī)構(gòu) 槽兩側(cè)面的距離 等于滾子直徑。 優(yōu)點(diǎn)：鎖和方式結(jié)構(gòu)簡單 缺點(diǎn)：加大了凸輪的尺寸和重量,等寬凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪廓線上任意兩條平行切線間的距離都等于框架內(nèi)側(cè)的寬度。,缺點(diǎn)：從動件的運(yùn)動規(guī)律的選擇受到一定的限制，當(dāng)180范圍內(nèi)的凸輪廓線根據(jù)從動件運(yùn)動規(guī)律確定后，其余180內(nèi)的凸輪廓線必須符合等寬原則,等徑凸輪機(jī)構(gòu) 兩滾子中心間的距離始終保持不變。,缺點(diǎn)： 從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇受到一定的限制,主回凸輪機(jī)構(gòu)(共軛凸輪機(jī)構(gòu)),優(yōu)點(diǎn)：克服了等寬、等徑凸輪的缺點(diǎn) 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高,一個凸輪推動從動件完成正行程運(yùn)動，另一個凸輪推動從動件完成反行程的運(yùn)動,5. 反凸輪機(jī)構(gòu),擺桿為主動件，凸輪為從動件,3.1.3 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 例1：實(shí)現(xiàn)變速操縱,例2：實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)刀、退刀,例3：控制閥門的啟閉,例4：印刷機(jī)的吸紙吸頭,3.2 從動件運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì) 3.2.1 凸輪機(jī)構(gòu)的工作情況,回程運(yùn)動角 近休止角 從動件運(yùn)動規(guī)律（從動件位移線圖）,基圓以凸輪輪廓的最小向徑rb所作的圓 升程從動件上升的最大距離h 推程運(yùn)動角0 遠(yuǎn)休止角s,3.2.2 從動件常用運(yùn)動規(guī)律 1.等速運(yùn)動,特點(diǎn)：速度有突變，加速度理論上由零至無窮大，從而使從動件產(chǎn)生巨大的慣性力，機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖擊剛性沖擊 適應(yīng)場合：低速輕載,2.等加速等減速(拋物線)運(yùn)動,特點(diǎn)：加速度曲線有突變，加速度的變化率(即躍度j)在這些位置為無窮大柔性沖擊 適應(yīng)場合：中速輕載,3.簡諧運(yùn)動(余弦加速度運(yùn)動),當(dāng)質(zhì)點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動時，它在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動規(guī)律簡諧運(yùn)動,特點(diǎn)：有柔性沖擊 適用場合：中速輕載(當(dāng)從動件作連續(xù)運(yùn)動時，可用于高速),4.擺線運(yùn)動(簡介),半徑R=h/2的滾圓沿縱座標(biāo)作純滾動，圓上最初位于座標(biāo)原點(diǎn)的點(diǎn)其位移隨時間變化的規(guī)律擺線運(yùn)動,特點(diǎn)：無剛性、柔性沖擊 適用場合：適于高速,5. 3-4-5多項(xiàng)式運(yùn)動(簡介),特點(diǎn)：無剛性沖擊、柔性沖擊 適用場合：高速、中載,3.2.3 從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇 1. 常用運(yùn)動規(guī)律性能比較,2.從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇原則 考慮因素： 對運(yùn)動規(guī)律的要求 凸輪的轉(zhuǎn)速（動力特性和便于加工） 3.2.4 從動件運(yùn)動規(guī)律的組合 1.滿足工作對運(yùn)動規(guī)律的特殊要求； 2.為避免剛性沖擊，位移曲線和速度曲線必須連續(xù)；而為避免柔性沖擊，加速度曲線也必須連續(xù)。 3. 盡量減小速度和加速度的最大值。,3.3 凸輪輪廓的設(shè)計(jì) 3.3.1 基本原理（反轉(zhuǎn)法）,反轉(zhuǎn)后，從動件尖端的運(yùn)動軌跡就是凸輪的輪廓曲線。,3.3.2 圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 1. 移動從動件盤形凸輪 (1)尖底從動件,（2）滾子從動件,滾子中心將描繪一條與凸輪廓線法向等距的曲線理論廓線。Rb指的是理論廓線的基圓。,作內(nèi)包絡(luò)線，得到凸輪的實(shí)際廓線； 若同時作外包絡(luò)線，可形成槽凸輪廓線。,（3）平底從動件,取平底從動件表面上的點(diǎn)B0作為假想的尖端從動件的尖端。,為了保證在所有位置從動件平底都能與凸輪輪廓曲線相切，凸輪廓線必須是外凸的。,2. 擺動從動件盤形凸輪,3.3.3 解析法(略) 3.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 3.4.1 移動滾子從動件盤形凸輪,(1) 壓力角與許用值,(2) 凸輪基圓半徑的確定,基圓半徑越大，壓力角越小，但結(jié)構(gòu)尺寸較大,(3) 從動件偏置方向的選擇,凸輪逆時針回轉(zhuǎn)，從動件右偏置 凸輪順時針回轉(zhuǎn)，從動件左偏置,(4)凸輪輪廓形狀與滾子半徑的關(guān)系 外凸凸輪廓線,實(shí)際廓線出現(xiàn)尖點(diǎn),實(shí)際廓線出現(xiàn)交叉，從動件不能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動失真,內(nèi)凹凸輪廓線,無論滾子半徑多大，總能由理論輪廓求出實(shí)際輪廓。,運(yùn)動失真 原因： 避免方法： 滾子半徑的選擇 考慮結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度與運(yùn)動規(guī)律等因素,3.4.2 移動平底從動件盤形凸輪,凸輪出現(xiàn)過度切割的現(xiàn)象，從動件無法完全實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律。 原因？,減小升程h,增大基圓rb,增大偏心e,運(yùn)動失真 基圓半