機械設(shè)計基礎(chǔ)教程凸輪傳動PPT課件

1、浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動10101 1凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)的組成、應(yīng)用和分類的組成、應(yīng)用和分類一、組成凸輪機構(gòu)由三個基本構(gòu)件組成1 1、機架2 2、凸輪3 3、從動件( (桿) )二、應(yīng)用 從理論上講凸輪機構(gòu)能完成任何運動規(guī)律(有的稱凸輪機構(gòu)為萬能機構(gòu)),特別是其他機構(gòu)不能完成的運動規(guī)律,它都能完成,只要能設(shè)計出這種凸輪。 由于凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便，因此在實際工程中應(yīng)用的十分廣泛。如：內(nèi)燃機內(nèi)燃機、自動車床的進刀機構(gòu)、上下料機構(gòu)、印刷機、紡織機、插秧機、縫紉機等機、自動車床的進刀機構(gòu)、上下料機構(gòu)、印刷機、紡織機、插秧機、縫紉機等機械設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。械設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。第

2、1頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動三、分類1 1、按凸輪的形狀分：盤形凸輪、移動凸輪、圓柱凸輪。2 2、按推桿形狀分： 尖頂、 滾子、平底從動件。3 3、按推桿運動分： 直動(對心、偏置)、 擺動 4 4、按保持接觸方式分： 力封閉（重力、彈簧等） 幾何形狀封閉(凹槽、等寬、等徑、主回凸輪)第2頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動內(nèi)燃機氣門機構(gòu)靠彈簧力封閉機床進給機構(gòu)幾何形狀封閉12刀架o第3頁/共35頁浙江大學(xué)專用 r1r2W等寬凸輪等徑凸輪主回凸輪凹槽凸輪第4頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動10102 2 推桿推桿( (從動件從動件) )的運動規(guī)律的運動規(guī)律 所為

3、推桿運動規(guī)律，是指從動件在推程或回程時，其運動參 數(shù)(即位移S、速度V、加速度a )隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。一、推桿的常用運動規(guī)律r0hBotsSSs/S/ttt/t/ADCB名詞術(shù)語：基圓、 基圓半徑r r0 0、推程、推程運動角t 、遠休止角S 、回程、回程運動角t/、近休止角S/、行程h h。 S S之間的關(guān)系可用運動線圖來表示。第5頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動分類：多項式、三角函數(shù)。（一）多項式運動規(guī)律一般表達式： S=C0+ C1+ C22 2+Cnn n (1)(1)stvah+剛性沖擊1 1、一次多項式（等速運動）運動規(guī)律推程運動方程： Sh/h/t tV h/h/t

4、 ta= =0同理得回程運動方程：sh(1-/h(1-/t t ) )v-h/-h/t ta0當(dāng)：=0=0， s=0；=t t ，s=h代入得：C00， C1h/h/t t第6頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動2 2、二次多項式（等加等減速）運動規(guī)律1sva2 35463h/2t th/22h/2h/t t柔性沖擊4h4h2 2/t t2 2推程加速上升段邊界條件：起始點：=0=0， S=0， V0中間點：=t t/2/2，s=h/2 求得：C00， C10 0，C22h/2h/t t2 2加速段推程運動方程為：s 2h2h2 2/t t2 2V 4h4h/t t2 2a 4h4h2

5、2/t t2 2推程減速上升段邊界條件：中間點：=t t/2/2，S=h/2 終止點：=t t， S=h， V0求得：C0h， C14h/4h/t t，C2-2h/-2h/t t2 2 減速段推程運動方程為：Sh-2hh-2h(t t -) -)2 2/t t2 2 V- -4h4h(t t -) -)/t t2 2a - -4h4h2 2/t t2 2123456第7頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動( (二) ) 、三角函數(shù)運動規(guī)律1 1、余弦加速度（簡諧）運動規(guī)律推程： Sh h 1-cos(1-cos(/t t) ) /2/2 V=hsin(=hsin(/t t) /2) /2

6、t ta= =2 2hh2 2 cos( cos(/t t)/2)/2t t2 2123456av vs sht123456Vmax=1.57h/t回程：Sh h 1 1cos(cos(/t t) ) /2/2 V=-hsin(=-hsin(/t t) /2) /2t ta=-=-2 2hh2 2 cos(/ cos(/t t)/2)/2t t2 2 在起始和終止點，a有突變，所以會產(chǎn)生柔性沖擊。第8頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動二、選擇運動規(guī)律等加等減速 2.0 4.02.0 4.0 柔性 中速輕載五次多項式 1.88 5.771.88 5.77 無 高速中載余弦加速度 1.57

7、 4.931.57 4.93 柔性 中速中載正弦加速度 2.0 6.282.0 6.28 無 高速輕載改進正弦加速度 1.76 5.531.76 5.53 無 高速重載 從動件常用運動規(guī)律特性比較運動規(guī)律 V Vmaxmax amaxmax 沖擊 推薦應(yīng)用范圍 (h/(h/0 0) ) (h/(h/0 02 2) )等 速 1.0 1.0 剛性 低速輕載第9頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動10-3 10-3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計凸輪輪廓曲線的設(shè)計一、凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理反轉(zhuǎn)原理：- 給整個凸輪機構(gòu)施以- -時，不影響各構(gòu)件之間的相對運動，此時，凸輪將靜止，而從動件尖頂復(fù)合運動的軌

8、跡即凸輪的輪廓曲線。 根據(jù)這個原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計凸輪的輪廓曲線，例如：尖頂凸輪繪制動畫滾子凸輪繪制動畫二、按給定運動規(guī)律用圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線第10頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動1、尖底對心直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計尖底對心直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計已知：凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。s 6012090 90135781 3 5 78911 13r0609090120-12345 67 8910111213141876543214131211109設(shè)計步驟：1 1、選取位移比尺S和角位移比尺作位移線圖；lS2

9、 2、選取長度比尺，以r r0 0為半徑作圓；3 3、將基圓沿方向分與運動線圖相對應(yīng)的等分 點，并過這些等分點作從動件的導(dǎo)路線；4 4、從基圓開始，在各從動件的導(dǎo)路線上量取與運動 線圖相對應(yīng)的長度，得從動件尖頂在各導(dǎo)路線上的位置；5 5、光滑連接尖頂在各導(dǎo)路線上的位置，得凸輪輪廓曲線。第11頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動2、滾子對心直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計滾子對心直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計s 6012090 90135781 3 5 78911 130609090120-1234567891011121314A理論輪廓實際輪廓18765432141312

10、11109已知：凸輪的基圓半徑r0，滾子半徑rT，角速度和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。設(shè)計方法：設(shè)計方法： 把滾子中心視作為尖底把滾子中心視作為尖底從動件的尖底，按尖底從從動件的尖底，按尖底從動件設(shè)計動件設(shè)計, ,所得的曲線為理所得的曲線為理論廓線論廓線, ,然后作然后作等距曲線等距曲線, ,得實際廓線。得實際廓線。等距曲線等距曲線公法線方向兩公法線方向兩曲線的距離相等。其作法為：曲線的距離相等。其作法為：以理論廓線為圓心作一些列以理論廓線為圓心作一些列的滾子的滾子, ,再作滾子的包絡(luò)線。再作滾子的包絡(luò)線。第12頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動3、平底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)

11、設(shè)計平底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計已知：凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。設(shè)計方法：設(shè)計方法：把平底與導(dǎo)路的交點把平底與導(dǎo)路的交點A視作為尖底從動視作為尖底從動件的尖底，按尖底從動件設(shè)計件的尖底，按尖底從動件設(shè)計,求出求出A 點在導(dǎo)路線點在導(dǎo)路線上的上的 一系列一系列1/、2/點，過這點，過這些些點作一系列點作一系列 的的平底，平底，然后作這些平底的內(nèi)包絡(luò)線，得凸輪的實際廓線。然后作這些平底的內(nèi)包絡(luò)線，得凸輪的實際廓線。s 6012090 90135781 3 5 78911 13 1591113121412345678876543219101112131415

12、1413121110 9第13頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動4 4、尖底偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計尖底偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計已知：凸輪的基圓半徑r0，角速度，從動件的運動規(guī)律和偏距e，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。設(shè)計步驟：lS2 2、選取長度比尺 ，以r r0 0為半徑作圓, ,以e e為半徑作圓；3 3、將基圓沿方向分與運動線圖相對應(yīng)的等分 點，并過這些等分點作從動件的導(dǎo)路線；4 4、從基圓開始，在各從動件的導(dǎo)路線上量取與運動 線圖相對應(yīng)的長度，得從動件尖頂在各導(dǎo)路線上的位置；5 5、光滑連接尖頂在各導(dǎo)路線上的位置，得凸輪輪廓曲線。s 6012090 90135781 3 5

13、 78911 13 159111312141 1、選取位移比尺S和角位移比尺作位移線圖；第14頁/共35頁浙江大學(xué)專用 設(shè)計步驟：lS2 2、選取長度比尺 ，以r r0 0為半徑作圓, ,以e e為半徑作圓；3 3、將基圓沿方向分與運動線圖相對 應(yīng)的等分點，并過這些等分點作偏距 圓的切線，得從動件的導(dǎo)路線；4 4、從基圓開始，在各從動件的導(dǎo)路線上 量取與運動線圖相對應(yīng)的長度，得從 動件尖頂在各導(dǎo)路線上的位置點；5 5、光滑連接尖頂在各導(dǎo)路線上的位置點，得凸輪輪廓曲線。s 6012090 90135781 3 5 78911 13O O12345678k1k2k3k5k

14、4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k15123456781514131211109eA A1 1、選取位移比尺S和角位移比尺作位移線圖；第15頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動5、滾子偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計滾子偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計已知：凸輪的基圓半徑r0，滾子半徑rT，角速度、從動件的運動規(guī)律和偏 距e，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。設(shè)計方法：設(shè)計方法： 把滾子中心視作為尖底從動件的尖底，按尖底從動件設(shè)計把滾子中心視作為尖底從動件的尖底，按尖底從動件設(shè)計, ,所得的曲線為理論廓線所得的曲線為理論廓線, ,然后作然后作等距曲線等距曲線, ,

15、得實際廓線。得實際廓線。6、尖底擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計尖底擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計已知：凸輪的基圓半徑r0，角速度，擺動推桿長度lAB以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離lAo ，從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。第16頁/共35頁浙江大學(xué)專用 6012090 9012341 2 3 45 6 7 85768A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B812060 90 B11 1B22 2B33 3B44 4B55 5B66 6B77 7-r0ABlABlAoo設(shè)計步驟：設(shè)計步驟：1 1、將運動線圖分為若 干個等分； 2 2、以O(shè)點為圓心， r0為半徑作 圓；根據(jù)

16、lAo定出A點的位置， 以A點為圓心， lAB為半 徑 作圓弧與基圓交與于B點，B點 即為起始位置；3 3、以O(shè)點為圓心， lAo為半徑作圓；并將此圓沿方向分為與線圖相對應(yīng)的等分點；它們便是反轉(zhuǎn)后各個擺桿位置的擺動中心；4 4、以各個擺桿的擺動中心為圓心， lAB為半 徑作一系列圓弧， 量取各擺桿與線圖相對應(yīng)的角位移，得一系列的B/點 光滑連接這一系列的B/點，得凸輪輪廓曲線。第17頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動7 7、滾子或平底擺動從動件 同前所述，如采用滾子或平底從動件，同前所述，如采用滾子或平底從動件， 那么上述連接的那么上述連接的B B/ /1 1、 B B/ /2 2、.

17、各點所得的光滑曲線各點所得的光滑曲線即為凸即為凸輪的理論輪廓，過這些點作一系列滾子或平底輪的理論輪廓，過這些點作一系列滾子或平底,然后作它們?nèi)缓笞魉鼈兊陌j(luò)線便可求得凸輪的實際輪廓。的包絡(luò)線便可求得凸輪的實際輪廓。104 凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定F FF F/ /F F/一、凸輪機構(gòu)的壓力角 凸輪對從動件作用點的力的方向與該點的速度方向所夾的銳角，稱為壓力角。 B BE EF/ = COS 有效力 F/ = SIN 有害力 、F/、F/當(dāng)增大到某一個數(shù)值時（F/引起的摩擦阻力超過F/時），機構(gòu)將發(fā)生自鎖。第18頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動 因此，在實際設(shè)計中，

18、為安全起見，根據(jù)理論分析和實踐經(jīng)驗，推薦許用壓力角取以下數(shù)值：推程許用壓力角：推程許用壓力角：直303038 38 擺40405050 回程許用壓力角：回程許用壓力角：70708080 第19頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動F FF F/ /F F/B BE E二、壓力角與S、ds/d 、r0、e的關(guān)系2200SreopVlopVdSld2200opdSelePEdtgEBSSSre220()dSedarctgSre220dSedrSetg0| 2第20頁/共35頁浙江大學(xué)專用 最小基圓半徑r r0 0minmin的確定，工程上常根據(jù)諾模圖來確定r r0 0 凸輪轉(zhuǎn)角t等速運動等加等

19、減速運動h/r0h/r0max應(yīng)用實例：一對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)，t45，h=13 mm, 推桿以正弦加速度運動，要求max 30，試確定凸輪的基圓半徑r0 。max凸輪轉(zhuǎn)角t余弦加速度運動正弦加速度運動h/r0h/r0諾模圖作圖得：h/r00.26r0 50 mm第21頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動三、滾子半徑的確定a工作輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑， rr滾子半徑arr rr arr 輪廓正常輪廓正常內(nèi)凹外凸arrrra第22頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動rr arr0rr arr rr 輪廓失真rrrr第23頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動四

20、、平底尺寸l 的確定1、作圖法確定：l=2lmax+(57)mm123456788765432191011121314151413121110 9lmax第24頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動2、計算法確定：P點為相對瞬心，有：v = OP BC =OP= v/= ds/dt / d/dt=ds/dlmax =ds/d max l=2 ds/d max +(57) mmds/ds0sPv-yxBOr0B0vC對平底推桿凸輪機構(gòu)，也有失真現(xiàn)象。Or0r0可通過增大r r0 0解決此問題。第25頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動本章重點：從動件的運動規(guī)律以及特性和作圖的方法；理論輪廓與實際輪廓的關(guān)系；凸輪機構(gòu)壓力角與基圓半徑r r0 0的關(guān)系；掌握用圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線的步驟與方法；第26頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動第27頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動第28頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動第29頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動第30頁/共35頁浙江大學(xué)專用 第十章 凸輪傳動第31頁/共35頁浙江大學(xué)專用 BB0OS0S35 解析法設(shè)計凸輪的輪廓從圖解法的缺點引出解析法的優(yōu)點結(jié)果：求出輪廓曲線的解析表達式-已知條件：e e、r rminmin、r rT T、S=S()S=