機械原理 課件 第9章凸輪機構(gòu)

1、9-1 9-1 凸輪機構(gòu)的類型和應用凸輪機構(gòu)的類型和應用 第第9章章 凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu) 優(yōu)點優(yōu)點：n實現(xiàn)各種復雜的運動規(guī)律實現(xiàn)各種復雜的運動規(guī)律n結(jié)構(gòu)簡單、緊湊結(jié)構(gòu)簡單、緊湊n設計方便設計方便分類缺點缺點：n點、線接觸，易磨損，不適合點、線接觸，易磨損，不適合高速、重載，一般用于傳力不高速、重載，一般用于傳力不大的場合，常作為控制機構(gòu)用。大的場合，常作為控制機構(gòu)用。凸輪機構(gòu)分類凸輪機構(gòu)分類 1、按照凸輪的形狀分類、按照凸輪的形狀分類 盤狀凸輪盤狀凸輪 圓柱凸輪圓柱凸輪2、按照從動件型式分類、按照從動件型式分類 尖頂、滾子、平底尖頂、滾子、平底VVV凸輪機構(gòu)分類凸輪機構(gòu)分類 3 3、按照從動件運

2、動分類、按照從動件運動分類直動直動擺動擺動e4、按從動件的布置形式分、按從動件的布置形式分e對心直動對心直動偏置直動偏置直動e從動件運動規(guī)律 凸輪機構(gòu)的命名凸輪機構(gòu)的命名1、按照凸輪的形狀分類、按照凸輪的形狀分類 盤狀凸輪盤狀凸輪 圓柱凸輪圓柱凸輪2、按照從動件型式分類、按照從動件型式分類 尖頂尖頂滾子滾子平底平底3 3、按照從動件運動分類、按照從動件運動分類直動直動擺動擺動4、按從動件的布置形式分、按從動件的布置形式分對心直動對心直動偏置直動偏置直動5、按照凸輪副保持方式分類、按照凸輪副保持方式分類力封閉力封閉幾何封閉幾何封閉滾子擺動從動件圓柱凸輪機構(gòu)滾子擺動從動件圓柱凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)分類凸

3、輪機構(gòu)分類 ets0A凸輪轉(zhuǎn)動與推桿運動凸輪轉(zhuǎn)動與推桿運動n基圓基圓( (以凸輪輪廓最小向徑為半徑的圓以凸輪輪廓最小向徑為半徑的圓) )，基圓半徑，基圓半徑r r0 00 010 02r0 0推程推程 01遠休止遠休止 0回程回程 02近休止近休止BCDhAn推程推程，推程運動角，推程運動角0 0n遠休止遠休止，遠休止角，遠休止角0101 n回程回程，回程運動角，回程運動角0 0 n近休止近休止，近休止角，近休止角0202 n行程（升程）行程（升程），h hn運動線圖運動線圖: 從動件的位移、速度、加速從動件的位移、速度、加速度隨時間度隨時間t t或凸輪轉(zhuǎn)角或凸輪轉(zhuǎn)角 變化的關(guān)系圖變化的關(guān)系圖

4、推桿位移推桿位移凸輪轉(zhuǎn)角凸輪轉(zhuǎn)角推桿運動規(guī)律推桿運動規(guī)律從動件運動規(guī)律從動件運動規(guī)律 s 00 0hv 0a 0- + - 等加等減速 一次多項式運動規(guī)律（等速運動）一次多項式運動規(guī)律（等速運動） 0推程推程 01遠休止遠休止 0回程回程 02近休止近休止0hv 0hs tvvatt00limn特性：特性：始點、末點剛性沖擊始點、末點剛性沖擊n適用場合：適用場合：低速輕載低速輕載從動件運動規(guī)律從動件運動規(guī)律 s v a 二次多項式運動規(guī)律二次多項式運動規(guī)律(等加速等減速運動等加速等減速運動)n特性：特性：起、中、末點柔性沖擊起、中、末點柔性沖擊n適用場合：適用場合：速度和載荷稍高速度和載荷稍高

5、從動件運動規(guī)律從動件運動規(guī)律 三角函數(shù)運動規(guī)律三角函數(shù)運動規(guī)律 1）余弦加速度（簡諧運動規(guī)律）余弦加速度（簡諧運動規(guī)律） 2）正弦加速度）正弦加速度 柔性沖擊柔性沖擊 無沖擊無沖擊 選用*需要設計（如需要設計（如精壓機上模運動規(guī)律）精壓機上模運動規(guī)律） 表表9-1 常用運動規(guī)律的特性常用運動規(guī)律的特性(p.158)凸輪角速度、推程運動角，從動件升程相同的情況下，凸輪角速度、推程運動角，從動件升程相同的情況下，對比最大速度、最大加速度、最大躍度對比最大速度、最大加速度、最大躍度 1）無特殊要求）無特殊要求 3）有嚴格要求）有嚴格要求 2）高速凸輪（）高速凸輪（ 9-5） 上模 例：電話筒支架例：

6、電話筒支架 從動件運動規(guī)律從動件運動規(guī)律 *僅適合某種規(guī)律（如等速運動）僅適合某種規(guī)律（如等速運動）修正的等速運動規(guī)律修正的等速運動規(guī)律有解？有解？設計精壓機上模的運動規(guī)律設計精壓機上模的運動規(guī)律 上模移動總行程為上模移動總行程為280mm280mm，壓延行程置于總行程的中部，約壓延行程置于總行程的中部，約100mm100mm；制成品生產(chǎn)率不小于每分鐘制成品生產(chǎn)率不小于每分鐘3030件件勻速運動段的速度控制在勻速運動段的速度控制在0.1-0.2m/s0.1-0.2m/s，其余段最大速度不大于其余段最大速度不大于1m/s1m/s上模下行后迅速返回上模下行后迅速返回機構(gòu)運動循環(huán)時間間隔不大于2秒行

7、程速比系數(shù)K應大于1 某方案：某方案：機構(gòu)運動循環(huán)時間機構(gòu)運動循環(huán)時間2 2秒秒 K=1.25 K=1.25 上模下行對應時間為：上模下行對應時間為：2 2秒秒 （1.25/2.251.25/2.25）=1.1=1.1秒秒 一、確定壓延速度是否可以實現(xiàn)（關(guān)鍵）一、確定壓延速度是否可以實現(xiàn)（關(guān)鍵） 下行平均速度為下行平均速度為0.28/1.1=0.2550.28/1.1=0.255米米/ /秒秒 上行平均速度為上行平均速度為0.28/(2-1.1)=0.310.28/(2-1.1)=0.31米米/ /秒秒研究計算結(jié)果，上行平均速度較小，實現(xiàn)研究計算結(jié)果，上行平均速度較小，實現(xiàn)“最大速度不大于最大

8、速度不大于1m/s”的要求有的要求有足夠余地；下行平均速度稍大于拉延要求的速度范圍，可以實現(xiàn)所規(guī)定的壓足夠余地；下行平均速度稍大于拉延要求的速度范圍，可以實現(xiàn)所規(guī)定的壓延速度；因此，延速度；因此，“機構(gòu)運動循環(huán)時間間隔為機構(gòu)運動循環(huán)時間間隔為2秒，行程速比系數(shù)為秒，行程速比系數(shù)為1.25”可行可行 25. 1上下下上ttvvK2下上tt.條件之間有無相互矛盾條件之間有無相互矛盾 主要影響因素主要影響因素 有無窮解有無窮解運動規(guī)律設計運動規(guī)律設計 通過平均速度來估算可行性通過平均速度來估算可行性 1 1）取坐標系）取坐標系S-S- ，其中，其中 表示上模驅(qū)機構(gòu)原動件的轉(zhuǎn)角；表示上模驅(qū)機構(gòu)原動件的

9、轉(zhuǎn)角； S360(2秒)200 46154108(0.6秒)280二、設計上模位移運動線圖二、設計上模位移運動線圖 2 2）下行對應原動件轉(zhuǎn)角）下行對應原動件轉(zhuǎn)角200200度，上行對應原動件轉(zhuǎn)角度，上行對應原動件轉(zhuǎn)角160160度；（度；（k=1.25k=1.25）3 3）確定壓延行程的位置（多解）確定壓延行程的位置（多解）壓延時間壓延時間=0.1/0.15=0.6667s =0.1/0.15=0.6667s 計算壓延角度計算壓延角度 取壓延速度取壓延速度0.15m/s 取壓延時間取壓延時間0.6s1081 . 16 . 0200 xssx.壓延速度壓延速度0.1/0.6=0.167m/s

10、運動循環(huán)間隔運動循環(huán)間隔2秒，行程速比系數(shù)秒，行程速比系數(shù)1.25壓延行程置于中部，下行時間壓延行程置于中部，下行時間1.1秒，壓延速度秒，壓延速度0.1-0.2m/s s s4 4）設計上模其余時間的運動規(guī)律）設計上模其余時間的運動規(guī)律 S360(2秒)200 46154108(0.6秒)280選取位移線圖上較陡峭的位置做切線，檢查其斜率（代表運動速度）選取位移線圖上較陡峭的位置做切線，檢查其斜率（代表運動速度）位移線圖確定后，可以進一步求出速度、加速度線圖位移線圖確定后，可以進一步求出速度、加速度線圖（求導數(shù)，或數(shù)值微分）（求導數(shù)，或數(shù)值微分）勻速運動段的速度0.1-0.2m/s，其余段最

11、大速度不大于1m/s例：例： s = -0.08米米 =40 (0.222秒秒)秒）（米/36. 022. 008. 0|v. .最大速度滿足要求最大速度滿足要求 廓線設計 凸輪輪廓曲線設計凸輪輪廓曲線設計1、尖頂直動從動件盤形凸輪、尖頂直動從動件盤形凸輪 機架（靜止）機架（靜止）凸輪（凸輪（ ）從動件（平動）從動件（平動）新機架新機架 - （凸輪回轉(zhuǎn)中心）（凸輪回轉(zhuǎn)中心）平面運動平面運動 e已知：已知：基圓半徑基圓半徑r0，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動設計：設計：凸輪廓線凸輪廓線 - 整個機構(gòu)繞凸輪回轉(zhuǎn)中心整個機構(gòu)繞凸輪回轉(zhuǎn)中心- 反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 隨原機架隨原

12、機架- 轉(zhuǎn)動，相對原機架平動轉(zhuǎn)動，相對原機架平動凸輪廓線設計的關(guān)鍵問題：凸輪廓線設計的關(guān)鍵問題： 實現(xiàn)從動件某點在新機架下的運動軌跡實現(xiàn)從動件某點在新機架下的運動軌跡中心問題：滿足從動件運動規(guī)律中心問題：滿足從動件運動規(guī)律 已知：已知：r0，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動。，推桿運動規(guī)律，凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動。設計：設計：凸輪廓線凸輪廓線e解：解：1）畫出從動件運動規(guī)律）畫出從動件運動規(guī)律 S - 3）等分等分 S - 圖圖s0h1200600900905）從基圓開始沿導軌方向量取從動件）從基圓開始沿導軌方向量取從動件位移（推桿平面運動）位移（推桿平面運動）6)光滑連接各點得凸輪廓線光滑連接各

13、點得凸輪廓線偏置 2）畫基圓畫基圓 4）- 等分基圓（機架反轉(zhuǎn)）等分基圓（機架反轉(zhuǎn)）原機架反轉(zhuǎn)時原機架反轉(zhuǎn)時從動件導軌依次從動件導軌依次到達的位置到達的位置步驟步驟 1）- 3）畫已知條件）畫已知條件 4）機架變換）機架變換 5）接觸點的軌跡，凸輪廓線上的點）接觸點的軌跡，凸輪廓線上的點 找從動件某點找從動件某點在新機架下的運動軌跡在新機架下的運動軌跡ee 機架（靜止）機架（靜止）凸輪（凸輪（ ）從動件（移動）從動件（移動）機架機架 - 平面運動平面運動 對心對心直動從動件盤形凸輪廓線設計與直動從動件盤形凸輪廓線設計與偏置偏置直動從動件盤形凸輪廓線設計直動從動件盤形凸輪廓線設計 對比對比 從動

14、件導軌通過凸輪回轉(zhuǎn)中心從動件導軌通過凸輪回轉(zhuǎn)中心 從動件導軌與凸輪回轉(zhuǎn)中心有固定距離從動件導軌與凸輪回轉(zhuǎn)中心有固定距離 與偏距圓相切與偏距圓相切 原理相同原理相同 解：解：1）畫出從動件運動規(guī)律）畫出從動件運動規(guī)律 S - 2）畫基圓畫基圓和偏距圓和偏距圓3）等分等分 S - 圖圖 5）從基圓開始沿導軌方向量?。幕鶊A開始沿導軌方向量取從動件位移（推桿平面運動）從動件位移（推桿平面運動）6)光滑連接各點得凸輪廓線光滑連接各點得凸輪廓線s0h1200600900904）- 等分等分偏距圓，偏距圓，在分點上做切線在分點上做切線（導軌位置）（導軌位置）機架（靜止）機架（靜止）凸輪（凸輪（ ）從動件（

15、移動）從動件（移動）機架機架 - 平面運動平面運動 對心對心直動從動件盤形凸輪廓線設計與直動從動件盤形凸輪廓線設計與偏置偏置直動從動件盤形凸輪廓線設計直動從動件盤形凸輪廓線設計 對比對比 例典型例題典型例題 s0h120060090090已知：已知：r0，e，推桿運動規(guī)律，推桿運動規(guī)律， 凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動凸輪逆時針方向轉(zhuǎn)動求：理論廓線上對應凸輪轉(zhuǎn)角求：理論廓線上對應凸輪轉(zhuǎn)角60度處的轉(zhuǎn)動半徑度處的轉(zhuǎn)動半徑Re R 例凸輪是偏心圓盤，求凸輪是偏心圓盤，求D點與從動件接觸時的點與從動件接觸時的壓力角壓力角 接觸點上從動件的受力方向和速度方向的夾角接觸點上從動件的受力方向和速度方向的夾角求求D點接

16、觸時從動件的位移點接觸時從動件的位移SD sD 并在并在S - 圖上標出圖上標出D點點 s 0sD185 典型例題典型例題 滾子 理論輪廓理論輪廓實際輪廓實際輪廓考慮從動件形狀考慮從動件形狀首先以滾子中心為參考點設計得凸輪理論廓線首先以滾子中心為參考點設計得凸輪理論廓線 然后在理論廓線上取點為圓心，然后在理論廓線上取點為圓心，以滾子半徑做圓以滾子半徑做圓做滾子的內(nèi)包絡線得實際廓線做滾子的內(nèi)包絡線得實際廓線 與每個滾子都相切與每個滾子都相切 滾子滾子 例1、求圖示位置的壓力角、求圖示位置的壓力角2、凸輪轉(zhuǎn)、凸輪轉(zhuǎn)90度后推桿位移的變化度后推桿位移的變化 找推桿的位置找推桿的位置找理論廓線、基圓找

17、理論廓線、基圓S2 S1 位移的變化位移的變化 S=S2-S1 壓力角？壓力角？作業(yè)：作業(yè)：9-7、9-14 平底 考慮從動件形狀考慮從動件形狀s0h120060090090然后在理論廓線上取點為從動件底部中心，然后在理論廓線上取點為從動件底部中心，做從動件平底做從動件平底做平底的內(nèi)包絡線得實際廓線做平底的內(nèi)包絡線得實際廓線 平底從動件平底從動件 運動失真 首先以推桿底部中心為參考點設計得凸輪理論廓線首先以推桿底部中心為參考點設計得凸輪理論廓線 考慮從動件形狀考慮從動件形狀a凸凸 rr a= -rr若若 rr平底理論廓線理論廓線 若若 =rra =0凹凹 理論rr實際a a= +rr運動失真運動失真 處理運動失真方法處理運動失真方法 減小滾子半徑減小滾子半徑 增加基圓半徑增加基圓半徑 不存在由滾子半徑引起的運動失真不存在由滾子半徑引起的運動失真 基圓半徑基圓半徑r0與滾子半徑與滾子半徑rr 凸輪機構(gòu)的運動失真凸輪機構(gòu)的運動失真 理論廓線某些點被架空理論廓線某些點被架空引起的運動失真引起的運動失真 平底的尺寸不恰當引起的運動失真平底的尺寸不恰當引起的運動失真 解決方法：增加基圓半徑解決方法：增加基圓半徑 基本尺寸 基圓半徑、平底長基圓半徑、平底長 解決方法：增加平底長度解決方法：增加平底長度 凸輪機構(gòu)的運動失真凸輪機構(gòu)的運動失真 基圓半徑與壓