凸輪偏心輪2.凸機構(gòu)及其設(shè)計ppt課件

1、第八章第八章 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計81 81 凸輪機構(gòu)的運用和分類凸輪機構(gòu)的運用和分類82 82 推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律83 83 凸輪輪廓曲線的設(shè)計凸輪輪廓曲線的設(shè)計84 84 凸輪機構(gòu)根本尺寸確實定凸輪機構(gòu)根本尺寸確實定81 81 凸輪機構(gòu)的運用和分類凸輪機構(gòu)的運用和分類凸輪機構(gòu)：由凸輪、推桿和機架三個主要構(gòu)件所組成的凸輪機構(gòu)：由凸輪、推桿和機架三個主要構(gòu)件所組成的 高副機構(gòu)。高副機構(gòu)。凸輪：具有某種曲線和凹槽的構(gòu)件。凸輪：具有某種曲線和凹槽的構(gòu)件。凸輪凸輪1從動件從動件2機架機架3O11一、凸輪機構(gòu)的運用一、凸輪機構(gòu)的運用O1123456789101112O2O3粉料壓

2、片機機構(gòu)系統(tǒng)圖粉料壓片機機構(gòu)系統(tǒng)圖13型腔型腔料斗上沖頭上沖頭下沖頭下沖頭1挪動料斗挪動料斗4至型腔上方，并使料斗振至型腔上方，并使料斗振 動，動， 將粉料裝入型腔。將粉料裝入型腔。2下沖頭下沖頭6下沉，以防止上沖頭下沉，以防止上沖頭12下壓時將下壓時將 型腔內(nèi)粉料抖出。型腔內(nèi)粉料抖出。3上、下沖頭對粉料加壓，并保壓一上、下沖頭對粉料加壓，并保壓一 定時間。定時間。4上沖頭退出，下沖頭頂出藥片。上沖頭退出，下沖頭頂出藥片。二、凸輪機構(gòu)的分類二、凸輪機構(gòu)的分類1按凸輪的外形分：按凸輪的外形分：盤形凸輪盤形凸輪移移動動凸凸輪輪圓圓柱柱凸凸輪輪2按從動件的外形分：按從動件的外形分：尖頂從動件尖頂從動

3、件滾子從動件滾子從動件平底從動件平底從動件 3按從動件的運動方式分：按從動件的運動方式分：擺動從動件擺動從動件挪動從動件挪動從動件偏置挪動從動件偏置挪動從動件對心挪動從動件對心挪動從動件4按凸輪高副的鎖合方式分：按凸輪高副的鎖合方式分：力鎖合、形鎖合力鎖合、形鎖合三、凸輪機構(gòu)的優(yōu)缺陷三、凸輪機構(gòu)的優(yōu)缺陷82 82 推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律sCSSD2h推程運動角推程運動角遠休止角遠休止角回程運動角回程運動角近休止角近休止角BosDrbeABC凸輪的基圓凸輪的基圓SS該位置為初始位置該位置為初始位置行程行程直動從動件凸輪機構(gòu)直動從動件凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)的設(shè)計義務(wù)：凸輪機構(gòu)的設(shè)計義務(wù)： 為滿足凸

4、輪機構(gòu)的輸出件提出的運動要求、為滿足凸輪機構(gòu)的輸出件提出的運動要求、動力要求等，凸輪機構(gòu)的設(shè)計大致可分成以下四動力要求等，凸輪機構(gòu)的設(shè)計大致可分成以下四步：步：1從動件運動規(guī)律的設(shè)計從動件運動規(guī)律的設(shè)計2凸輪機構(gòu)根本尺寸的設(shè)計凸輪機構(gòu)根本尺寸的設(shè)計3凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計4繪制凸輪機構(gòu)任務(wù)圖繪制凸輪機構(gòu)任務(wù)圖一、從動件常用運動規(guī)律一、從動件常用運動規(guī)律一多項式運動規(guī)律一多項式運動規(guī)律其位移方程的普通方式為：其位移方程的普通方式為：nncccccs 332210)432(1342321 nnncccccv) 1(1262(224322 nncnnccca式中，式中， 為凸輪

5、的轉(zhuǎn)角為凸輪的轉(zhuǎn)角rad )；c0，c1，c2，為為n+1個待定系數(shù)。個待定系數(shù)。1. n=1的運動規(guī)律等速運動規(guī)律的運動規(guī)律等速運動規(guī)律10ccs1cv 0a推程的運動方程：推程的運動方程：/hs/hv0a, 0, 0s,hs 其推程的邊境條件為：其推程的邊境條件為：那么得：那么得：C0 = 0 ，C1 = h/ OShvOSOvOa- 從動件在運動起始從動件在運動起始位置和終止兩瞬時的加位置和終止兩瞬時的加速度在實際上由零值突速度在實際上由零值突變?yōu)闊o窮大，慣性力也變?yōu)闊o窮大，慣性力也為無窮大。由此的沖擊為無窮大。由此的沖擊稱為剛性沖擊。適用于稱為剛性沖擊。適用于低速場所。低速場所。OSh

6、vOSOvOa-2. n = 2的運動規(guī)律的運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律2210cccs212ccv222ca 推程等加速運動的方程式為：推程等加速運動的方程式為：222hs24hv224ha,2/2/hs ,0,0s0v推程等加速運動的邊境條件為：推程等加速運動的邊境條件為：得：得：C0 = -h，C1 =4 h/，C2 =-2 h/1494100vvmax2/0amax-amaxa2/h1423560s 在運動規(guī)律推程的始在運動規(guī)律推程的始末點和前后半程的交接處，末點和前后半程的交接處，加速度雖為有限值，但加加速度雖為有限值，但加速度對時間的變化率實際速度對時間的變化率

7、實際上為無窮大。由此引起的上為無窮大。由此引起的沖擊稱為柔性沖擊。沖擊稱為柔性沖擊。1494100vvmax2/0amax-amaxa2/h1423560s二三角函數(shù)類根本運動規(guī)律二三角函數(shù)類根本運動規(guī)律1.余弦加速度運動規(guī)律推程余弦加速度運動規(guī)律推程)cos(1 2hs)sin(2hv)cos(2222hacos22hhsa1 2 3456amax-amax0 s1 23456hvmaxv1 23456s123456h/2 對對RDRD型運型運動循環(huán)，該運動動循環(huán)，該運動規(guī)律在推程的起、規(guī)律在推程的起、止瞬時，從動件止瞬時，從動件的加速度有突變，的加速度有突變，故存在柔性沖擊。故存在柔性沖擊

8、。適用于中、低速適用于中、低速場所。場所。a1 2 3456amax-amax0 s1 23456hvmaxv1 23456s123456h/2 2. 正弦加速度運動規(guī)律推程正弦加速度運動規(guī)律推程)2sin(2hhs)2cos(1 hv)2sin(222ha 這種運動規(guī)律的速度及這種運動規(guī)律的速度及加速度曲線都是延續(xù)的，沒加速度曲線都是延續(xù)的，沒有任何突變，因此既沒有剛有任何突變，因此既沒有剛性沖擊、又沒有柔性沖擊，性沖擊、又沒有柔性沖擊，可適用于高速凸輪機構(gòu)?？蛇m用于高速凸輪機構(gòu)。12345678sohssS=S-S21346h/2572sin2hs s12345678ovvmax12345

9、678oaamax-amax 運動規(guī)律運動規(guī)律 最大速度最大速度 (h/) X 最大加速度最大加速度 (2 2h/2 2) X 最大躍度最大躍度(3 3h/3 3) X適用場合適用場合等速運動等速運動1.00低速輕載低速輕載等加等減速等加等減速2.004.00中速輕載中速輕載余弦加速度余弦加速度1.574.93中低速重載中低速重載正弦加速度正弦加速度2.006.2839.5中高速輕載中高速輕載5次多項式次多項式1.885.7760.0高速中載高速中載推桿常用運動規(guī)律特性比較及適用場所推桿常用運動規(guī)律特性比較及適用場所 運動規(guī)律組合時應(yīng)遵照以下原那么：運動規(guī)律組合時應(yīng)遵照以下原那么： 2對于中、

10、低速運動的凸輪機構(gòu)，要求從動對于中、低速運動的凸輪機構(gòu)，要求從動件的位件的位移曲線在銜接處相切，以保證速度曲線的延續(xù)。移曲線在銜接處相切，以保證速度曲線的延續(xù)。即要求在即要求在銜接處的位移和速度應(yīng)分別相等。銜接處的位移和速度應(yīng)分別相等。 3對于中、高速運動的凸輪機構(gòu)，要求從動對于中、高速運動的凸輪機構(gòu)，要求從動件的速件的速度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線延續(xù)，即度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線延續(xù)，即要求在要求在銜接處的位移、速度和加速度應(yīng)分別相等。銜接處的位移、速度和加速度應(yīng)分別相等。 1為了獲得更好的運動特征，可以把上述幾種運動規(guī)律組合起來運用，組合時，兩條曲線在拼接處必需堅持延續(xù)

11、。二、組合運動規(guī)律簡介二、組合運動規(guī)律簡介1.修正梯形組合運動規(guī)律修正梯形組合運動規(guī)律a0amax=(h2/2)4.00等加速等減速運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律a1 2 3 45 6 7 8oamax=(h2/2)6.28正弦加速度運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律a=10.1250.50.875j=10.1250.50.8752.改良型等速運動規(guī)律改良型等速運動規(guī)律Oa等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律aos12av從動件運動規(guī)律設(shè)計應(yīng)思索的問題從動件運動規(guī)律設(shè)計應(yīng)思索的問題1應(yīng)滿足機器任務(wù)的要求；應(yīng)滿足機器任務(wù)的要求；2對于高速凸輪機構(gòu)，應(yīng)使凸輪機構(gòu)具有良好對于高速凸輪機

12、構(gòu)，應(yīng)使凸輪機構(gòu)具有良好 的運動和動力性能；的運動和動力性能；3設(shè)計從動件運動規(guī)律時，應(yīng)思索到凸輪輪廓設(shè)計從動件運動規(guī)律時，應(yīng)思索到凸輪輪廓 的工藝性要好。的工藝性要好。83 83 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)計方法的根本原理一、凸輪廓線設(shè)計方法的根本原理sB2osB1-rbeB0S- 假想給正在運動著的整個凸假想給正在運動著的整個凸輪機構(gòu)加上一個與凸輪角速度輪機構(gòu)加上一個與凸輪角速度 大小相等、方向相反的公共角速大小相等、方向相反的公共角速度度- ，這樣，各構(gòu)件的相對，這樣，各構(gòu)件的相對運動關(guān)系并不改動，但原來以角運動關(guān)系并不改動，但原來以角速度速度 轉(zhuǎn)動的凸輪將處于靜

13、止形狀；轉(zhuǎn)動的凸輪將處于靜止形狀；機架從動件的導(dǎo)路那么以機架從動件的導(dǎo)路那么以 - 的角速度圍繞凸輪原來的轉(zhuǎn)動軸線的角速度圍繞凸輪原來的轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動；而從動件一方面隨機架轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動；而從動件一方面隨機架轉(zhuǎn)動，另一方面又按照給定的運動規(guī)律相另一方面又按照給定的運動規(guī)律相對機架作往復(fù)運動。對機架作往復(fù)運動。反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法二、直動從動件盤型凸輪機構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計二、直動從動件盤型凸輪機構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計1. 尖頂從動件尖頂從動件知：基圓半徑；凸輪逆時針轉(zhuǎn)動；知：基圓半徑；凸輪逆時針轉(zhuǎn)動；推桿的運動規(guī)律為：推桿的運動規(guī)律為：凸輪轉(zhuǎn)過推程角凸輪轉(zhuǎn)過推程角1800時，推桿等速上升時，推桿等速上升h；凸輪轉(zhuǎn)過推

14、程角凸輪轉(zhuǎn)過推程角600時，推桿靜止不動；時，推桿靜止不動；凸輪轉(zhuǎn)過推程角凸輪轉(zhuǎn)過推程角1200時，推桿等加速等減速下降時，推桿等加速等減速下降h。設(shè)計此凸輪輪廓曲線。設(shè)計此凸輪輪廓曲線。-c1c2c3c4c5c6c7c0erbO180B1B4B2B5B8B6c10c8c9B7120B9B1060B0oS21801206012 3 4 5 67 8 910h1取取l ，作出推桿運動規(guī)律，作出推桿運動規(guī)律 位移線圖；位移線圖；2取取l ，作出基圓、偏置圓，作出基圓、偏置圓，并標出凸輪機構(gòu)的初始位置；，并標出凸輪機構(gòu)的初始位置；步驟：步驟：3按按- 方向作出推桿在反方向作出推桿在反轉(zhuǎn)中占據(jù)的位置。

15、按橫坐標轉(zhuǎn)中占據(jù)的位置。按橫坐標相應(yīng)的區(qū)間和等份，在劃分偏相應(yīng)的區(qū)間和等份，在劃分偏距圓上得距圓上得 c0、c1、c2等點等點；并過這；并過這 些點作些點作 偏距圓的切線偏距圓的切線，即為反轉(zhuǎn)導(dǎo)道路；，即為反轉(zhuǎn)導(dǎo)道路；4作出推桿在反轉(zhuǎn)中按本身作出推桿在反轉(zhuǎn)中按本身運動規(guī)律運動所占據(jù)的位置。運動規(guī)律運動所占據(jù)的位置。在各反轉(zhuǎn)導(dǎo)道路上量取與位在各反轉(zhuǎn)導(dǎo)道路上量取與位移圖相應(yīng)的位移，得移圖相應(yīng)的位移，得B1、B2、 ；5光滑銜接光滑銜接B1、B2、 各點，即為凸輪輪廓曲線。各點，即為凸輪輪廓曲線。實際輪廓曲線實際輪廓曲線實踐輪廓曲線實踐輪廓曲線rrB0rb2. 滾子從動件滾子從動件步驟：步驟：6以實

16、際廓線各點為以實際廓線各點為圓心，滾子半徑為半徑作圓心，滾子半徑為半徑作圓族；圓族；7作圓族的內(nèi)包絡(luò)線，作圓族的內(nèi)包絡(luò)線，既為所求凸輪輪廓曲線。既為所求凸輪輪廓曲線。15同上作同上作 出實際廓線；出實際廓線；2118012060.平底挪動從動件盤型凸輪機構(gòu)平底挪動從動件盤型凸輪機構(gòu)步驟：步驟：6作一系列代表推桿作一系列代表推桿 平底的直線族；平底的直線族；7作直線族的內(nèi)包絡(luò)作直線族的內(nèi)包絡(luò) 線，既為所求凸輪線，既為所求凸輪 輪廓曲線。輪廓曲線。15同上作同上作 出實際廓線；出實際廓線；A0aA1A2A5A6A7A8A9A10A400000000000rbB0L18060120B1B2B3B4B

17、5B7B8B9B101C12C23C3RO- 三、擺動從動件盤型凸輪機構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計三、擺動從動件盤型凸輪機構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計步驟：步驟：1取取l ，作出擺桿，作出擺桿運動規(guī)律位移線圖；運動規(guī)律位移線圖；2取取l ，作出基圓，作出基圓及初始位置，標出凸輪及初始位置，標出凸輪機構(gòu)的轉(zhuǎn)向；機構(gòu)的轉(zhuǎn)向；3作出擺桿在反轉(zhuǎn)中作出擺桿在反轉(zhuǎn)中依次占據(jù)的位置，按依次占據(jù)的位置，按- 方向劃分圓方向劃分圓R，得，得A0、A1、A2等點；即等點；即機架反轉(zhuǎn)的一系列位置機架反轉(zhuǎn)的一系列位置；4作出從動件反轉(zhuǎn)后作出從動件反轉(zhuǎn)后按本身運動規(guī)律運動所占按本身運動規(guī)律運動所占據(jù)的一系列位置，在各據(jù)的一系列位置，在各反轉(zhuǎn)導(dǎo)

18、道路上量取與位移反轉(zhuǎn)導(dǎo)道路上量取與位移圖相應(yīng)的位移，得圖相應(yīng)的位移，得 C1、C2、 等點，等點，5光滑銜接各點即為光滑銜接各點即為凸輪輪廓曲線。凸輪輪廓曲線。2max18012060o12 3 4 5 67 8 910 知：知： 的轉(zhuǎn)向，的轉(zhuǎn)向，rb, lOA = a ，桿長，桿長L )(，設(shè)計輪廓曲線。，設(shè)計輪廓曲線。四、解析法設(shè)計凸輪輪廓曲線四、解析法設(shè)計凸輪輪廓曲線一挪動從動件盤型凸輪機構(gòu)一挪動從動件盤型凸輪機構(gòu)知知: 的轉(zhuǎn)向，的轉(zhuǎn)向，rb, e，s=s()，求：凸輪輪廓曲線上點的坐標值求：凸輪輪廓曲線上點的坐標值 或作出凸輪的輪廓曲線。或作出凸輪的輪廓曲線。1. 尖頂從動件尖頂從動件

19、解：取坐標系解：取坐標系XOY，如下圖。，如下圖。分析：開場推桿的尖頂處于分析：開場推桿的尖頂處于B0 ，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過角時，推桿產(chǎn)生相角時，推桿產(chǎn)生相應(yīng)應(yīng)的位移的位移S，由反轉(zhuǎn)法作圖可看出，由反轉(zhuǎn)法作圖可看出，此時從動件尖頂處于此時從動件尖頂處于B點。點。xyOB1-sS0eB0rbBs0+S其直角坐標為：其直角坐標為：cossin)(0essxsincos)(0essy220ersb其中：其中：2. 滾子從動件滾子從動件 按上述方法求出滾子中按上述方法求出滾子中心在坐標系心在坐標系oxy中的軌跡中的軌跡稱為實際輪廓；稱為實際輪廓； 實踐輪廓與實際輪廓在實踐輪廓與實際輪廓在法線方向處處

20、相等且相距一法線方向處處相等且相距一個滾子半徑。個滾子半徑。分析：分析： 實際輪廓曲線上點實際輪廓曲線上點B處的處的法線法線n-n的斜率：的斜率：ddyddxdydxtgBBBB/式中式中dx/d ，dy/d 可由可由上上式求得：式求得：dx/d = (ds/d e)sin + (s0 + s)cosdy/d = (ds/d e)cos (s0 + s)sinnnBCxyrbB0實踐輪廓曲線實踐輪廓曲線rr實際輪廓曲線實際輪廓曲線 xC= xBrrcos yC= yBrrsin 那么實踐輪廓曲線上對應(yīng)那么實踐輪廓曲線上對應(yīng)點點C點的坐標：點的坐標：二擺動從動件盤型凸輪機構(gòu)二擺動從動件盤型凸輪機

21、構(gòu)1. 尖頂從動件尖頂從動件 知：知：的轉(zhuǎn)向，的轉(zhuǎn)向，rb,lOA= a ，擺桿長度，擺桿長度L ， )(1取坐標取坐標XOY ，2寫出點寫出點B的坐標；的坐標；求凸輪輪廓曲線上點的坐標求凸輪輪廓曲線上點的坐標值或作出凸輪的輪廓曲線。值或作出凸輪的輪廓曲線。)sin(sin0lax)cos(cos0layalrlab2arccos2220其中：其中：xy0OarbLA0B00B - 0O2A2. 滾子從動件滾子從動件 假設(shè)為滾子擺動從動件，那么上式為實際廓線方程式，而實踐廓線為實際廓線的等距曲線，其方程式可用前述一樣方法求得。 xC= xBrrcos yC= yBrrsin三平底從動件盤型凸輪

22、機構(gòu)三平底從動件盤型凸輪機構(gòu)1選定坐標選定坐標XOY如圖；如圖；2寫出點寫出點B 的坐標；由圖知：的坐標；由圖知：cossin)(posrxbsincos)(posrybP為構(gòu)件為構(gòu)件1、2的瞬心的瞬心那么：那么：v = vP=op . op =v/ =ds/d xyB2SP-1rb2B0Orb 84 84 凸輪機構(gòu)根本尺寸確實定凸輪機構(gòu)根本尺寸確實定一、凸輪機構(gòu)中的作用力和壓力角一、凸輪機構(gòu)中的作用力和壓力角根據(jù)力的平衡條件，可得：根據(jù)力的平衡條件，可得： 經(jīng)過整理后得：經(jīng)過整理后得：分析：分析： 1在其他條件一樣的情況下，壓力角在其他條件一樣的情況下，壓力角 愈大，那么分母愈小，因此凸輪機

23、構(gòu)中愈大，那么分母愈小，因此凸輪機構(gòu)中 的作用力的作用力 P 將愈大；假設(shè)壓力角將愈大；假設(shè)壓力角大大 到使上式中的分母為零，那么作用力將到使上式中的分母為零，那么作用力將 增至無窮大，此時機構(gòu)將發(fā)生自鎖，增至無窮大，此時機構(gòu)將發(fā)生自鎖， 而此時的壓力角稱為臨界壓力角而此時的壓力角稱為臨界壓力角C 。 2為保證凸輪機構(gòu)能正常運轉(zhuǎn)，設(shè)計時應(yīng)使最大壓力為保證凸輪機構(gòu)能正常運轉(zhuǎn)，設(shè)計時應(yīng)使最大壓力 角角max小于臨界壓力角小于臨界壓力角C。即。即 max。任務(wù)行程：任務(wù)行程：挪動從動件，挪動從動件， =3038；擺動從動件，擺動從動件， =4045非任務(wù)行程：非任務(wù)行程： = 70803增大導(dǎo)軌增大

24、導(dǎo)軌b，減少懸臂，減少懸臂l，可以使臨界壓力角的數(shù)值得，可以使臨界壓力角的數(shù)值得 以提高，可減少自鎖的性能。但臨界壓力角不能太大，以提高，可減少自鎖的性能。但臨界壓力角不能太大， 否那么將影響機構(gòu)的傳否那么將影響機構(gòu)的傳 動性能。因此，普通規(guī)定：動性能。因此，普通規(guī)定：SSOCOPACCPtg0Serevtgb2212/ v2= vP=op . ；op = v2 / ；留意：留意：“+、“-“ - ：偏距：偏距 e 與瞬心與瞬心 P 在在 O 點同點同側(cè)；側(cè)；“ +：偏距：偏距 e 與瞬心與瞬心 P 在在 O 點兩點兩側(cè)；側(cè)；P 為構(gòu)件為構(gòu)件1、2 的瞬心的瞬心n1tt2PnAcoev2s0srb二、基圓半徑確實定二、基圓半徑確實定S