凸輪機(jī)構(gòu)課件

1、第三章 凸輪機(jī)構(gòu)主要內(nèi)容：1、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型；2、從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律；3、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角；4、圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓第三章 凸輪機(jī)構(gòu)主要內(nèi)容：3-1凸輪機(jī)構(gòu)的組成及分類凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中的一種常用機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)化和辦自動(dòng)化機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛組成：主要由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架等三個(gè)基本構(gòu)件組成分類：按凸輪的形狀分：盤形凸輪，移動(dòng)凸輪，圓柱凸輪3-1凸輪機(jī)構(gòu)的組成及分類凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中的一種常用機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)的分類.按從動(dòng)件的型式分：尖底從動(dòng)件，滾子從動(dòng)件，平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的分類.按從動(dòng)件的型式分：尖底從動(dòng)件，滾子從動(dòng)件，平凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：從動(dòng)件可以相對于機(jī)架作往復(fù)移動(dòng)或作往復(fù)擺動(dòng)，

2、并通過重力、彈簧力或凸輪上的凹槽實(shí)現(xiàn)與凸輪的緊密接觸。凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)： 只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭?dòng)件得到所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律并且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)： 凸輪輪廓與從動(dòng)件之間為點(diǎn)接觸或線接觸，易于磨損，所以通常用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：從動(dòng)件可以相對于機(jī)架作往復(fù)移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)的基本概念基圓：以凸輪最小向徑 為半徑所繪的圓 。 推程：從動(dòng)件以一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律由離回轉(zhuǎn)中心最近的點(diǎn)移動(dòng)到最遠(yuǎn)點(diǎn)過程。升程：推程所走過的距離，一般用h來表示推程運(yùn)動(dòng)角：與推程對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，用 表示。休止角：從動(dòng)件停止不動(dòng)時(shí)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)的角度，有遠(yuǎn)休止角和近休止角，分別用 和 表

3、示從動(dòng)件位移線圖：用凸輪轉(zhuǎn)角 為橫坐標(biāo)，而以從動(dòng)件位移 為縱坐標(biāo)繪制的位移關(guān)系曲線。凸輪機(jī)構(gòu)的基本概念基圓：以凸輪最小向徑 為半徑凸輪與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系及其設(shè)計(jì)思路凸輪機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與凸輪輪廓的關(guān)系：從動(dòng)件的位移圖取決于凸輪輪廓的形狀。也就是說。從動(dòng)件的不同運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求凸輪具有不同的輪廓曲線。凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路：根據(jù)工作要求確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后按照這一規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線凸輪與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系及其設(shè)計(jì)思路凸輪機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)3-2 從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速或等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度運(yùn)動(dòng)高階多相式運(yùn)動(dòng)多種曲線組合運(yùn)動(dòng)3-2 從動(dòng)件

4、的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件：速度： 位移： ；加速度：凸輪： 為常數(shù)，故 ；從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方程：推程運(yùn)動(dòng)方程回程運(yùn)動(dòng)方程等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件：速度： 凸等速運(yùn)動(dòng)剛性沖擊從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)開始時(shí)，速度由零突變?yōu)?，加速度 ；運(yùn)動(dòng)終止時(shí)，速度 由變成零，其慣性力將引起剛性沖擊，因此，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律不宜單獨(dú)使用，在運(yùn)動(dòng)開始和終止時(shí)應(yīng)當(dāng)用其它運(yùn)動(dòng)規(guī)律過渡等速運(yùn)動(dòng)剛性沖擊從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)開始時(shí)，速度由零突變?yōu)?，2. 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律約定：前半程等加速，后半程等減速，時(shí)間為T/2，凸輪轉(zhuǎn)角為 /2，代入位移方程得到推程等加速運(yùn)動(dòng)方程推程等減速運(yùn)動(dòng)方程由和2. 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律約定：前半程等

5、加速，后半程等減速，等加速等減速回程運(yùn)動(dòng)方程回程等加速運(yùn)動(dòng)方程回程等減速運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：1、從動(dòng)件的位移與凸輪轉(zhuǎn)角的平方成正比，所以位移曲線是一個(gè)拋物線；2、加速減速變換出加速度存在有限的突然變化，從而引起有限慣性突變，產(chǎn)生所謂的柔性沖擊。等加速等減速回程運(yùn)動(dòng)方程回程等加速運(yùn)動(dòng)方程回程等減速運(yùn)動(dòng)方程從動(dòng)件位移曲線的作圖方法1、計(jì)算法將 /2線段分成若干等分得到等分點(diǎn)1、2、3，過這些點(diǎn)作橫坐標(biāo)的垂直線；在垂直線上選取相應(yīng)的位移量，連接各點(diǎn)即可。2、斜線平行作圖法任意作過O點(diǎn)的斜線；將斜線分為9等分，9點(diǎn)和1/2位移點(diǎn)連線；作相應(yīng)連線的平行線；平行點(diǎn)向橫坐標(biāo)等分線上投影得到相應(yīng)點(diǎn)并連線得到等加

6、速拋物線從動(dòng)件位移曲線的作圖方法1、計(jì)算法3. 簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡諧運(yùn)動(dòng)：點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其在圓的直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)。作圖方法：1、以從動(dòng)件的行程為直徑作半園；2、將半園和凸輪運(yùn)動(dòng)角 分成若干等分；3、將圓周上的等分點(diǎn)投影到轉(zhuǎn)角等分垂直線上；4、連接轉(zhuǎn)角等分線的投影點(diǎn)形成的光滑曲線即是從動(dòng)件的位移曲線3. 簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡諧運(yùn)動(dòng)：點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其在圓的簡諧運(yùn)動(dòng)方程從位移曲線圖可以看出，從動(dòng)件的位移為：當(dāng)時(shí)， ，故 。由此可以得到：從動(dòng)件推程簡諧運(yùn)動(dòng)方程從動(dòng)件回程簡諧運(yùn)動(dòng)方程簡諧運(yùn)動(dòng)方程從位移曲線圖可以看出，從動(dòng)件的位移為：當(dāng)時(shí)3-3 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角如前章所述、作用在從動(dòng)件L

7、的驅(qū)動(dòng)力與該力作用點(diǎn)絕對速度之間所夾的銳角稱為壓力角。在不計(jì)摩擦?xí)r，高副中構(gòu)件間的力是沿法線方向作用的因此，對于高副機(jī)構(gòu)壓力角也即是接觸輪廓法線與從動(dòng)件速度方向所夾的銳角。 在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，除了要求從功件能實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律之外、還希望機(jī)構(gòu)有較好的受力情況和較小的尺寸為此，需些討論壓力角對機(jī)構(gòu)的受力情況及尺寸的影響。3-3 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角如前章所述、作用在從動(dòng)件L的驅(qū)動(dòng)力一、壓力角與作用力的關(guān)系凸輪壓力角：從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向與力F之間的銳角。有害用分力F F tg 。 壓力角越大，有害用分力F” 就越大。自鎖：當(dāng)增大到一定程度后，以至于導(dǎo)路的摩擦阻力大于有用分力時(shí)，無論凸輪給予從動(dòng)件多大的力，

8、從動(dòng)件都不能運(yùn)動(dòng)。因此凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)存在一個(gè)最大壓力角。一、壓力角與作用力的關(guān)系凸輪壓力角：從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向與力F之二、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系凸輪的基圓越大，凸輪的尺寸就越大，因此，欲使凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊應(yīng)該采用較小的基圓，但基圓的大小又會影響壓力角的大小。由速度瞬心可知即可得到壓力角與凸輪尺寸的關(guān)系：當(dāng)導(dǎo)桿和瞬心在凸輪軸心的同側(cè)時(shí)，偏距e取“”；當(dāng)導(dǎo)桿和瞬心不在凸輪軸心的同側(cè)時(shí)，偏距e取“”?？梢姡瑐?cè)可以減小壓力角。二、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系凸輪的基圓越大，凸輪的尺寸就越凸輪的設(shè)計(jì)方法作圖法：設(shè)計(jì)簡便方法直觀誤差大，只適用于從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求不太嚴(yán)格的地方解析法：設(shè)計(jì)精確計(jì)算工作量大

9、適用于高速凸輪、靠模凸輪等精密機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)凸輪的設(shè)計(jì)方法作圖法：圖解法凸輪設(shè)計(jì)輪廓一、對心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制，已知：、min 和位移圖反轉(zhuǎn)法：作基圓將位移圖分成若干等分作基圓的等分線量取位移量并確定等分點(diǎn)連接等分點(diǎn)圖解法凸輪設(shè)計(jì)輪廓一、對心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制，偏置尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪作以偏距e為半徑的從動(dòng)件偏距圓；作基圓選取從動(dòng)件的初始位置；將位移圖分成若干等分；作基圓的等分線；過基圓等分線與基圓交點(diǎn)作偏距圓的切線；量取位移量并確定凸輪輪廓的等分點(diǎn)；連接等分點(diǎn)；偏置尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪作以偏距e為半徑的從動(dòng)件偏距圓；2、滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪作圖方法：1、將滾子中

10、心看作尖頂從動(dòng)件的尖頂，采用反轉(zhuǎn)法求出一條輪廓曲線 ，并稱之為理論輪廓；2、以 上各點(diǎn)為中心，以滾子半徑為半徑作一系列圓；3、作滾子系列圓的內(nèi)包絡(luò)線 ，即得到凸輪的實(shí)際輪廓，并稱之為實(shí)際輪廓2、滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪作圖方法：滾子半徑對實(shí)際輪廓的影響設(shè)滾子半徑 ，理論輪廓的最小曲率半徑滾子半徑對實(shí)際輪廓的影響設(shè)滾子半徑 ，理論輪廓的最小曲3、平底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪作圖方法：1、在平底上選擇一個(gè)固定點(diǎn)作為尖頂，按照尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓的繪制的方法，求出理論輪廓上一系列點(diǎn)；2、過理論輪廓上的系列點(diǎn)作系列平底；3、作系列平底的內(nèi)包絡(luò)線 ，即得到凸輪的實(shí)際輪廓。注：平底與凸輪相切的最左位置和最右位置，并

11、使平底左側(cè)的長的大于m和l3、平底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪作圖方法：擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制步驟已知：從動(dòng)件的位移圖，凸輪與從動(dòng)件的中心距 ，擺動(dòng)從動(dòng)件的長度 ，凸輪基圓半徑 ，以及凸輪等角速度 及其方向作圖步驟：1、根據(jù) 定出O和A點(diǎn)，作基圓和從動(dòng)件的初位角；2、以O(shè)點(diǎn)為中心及 為半徑作圓，并沿 方向取角 、 、 ，并將其分成若干等分，得到A點(diǎn)的相應(yīng)位置；3、根據(jù)從動(dòng)件位移圖，得到相應(yīng)位置的擺動(dòng)角，確定從動(dòng)件相對于機(jī)架的一系列位置；4、以A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)后的相應(yīng)點(diǎn)為中心，以 為半徑畫弧得到B點(diǎn)的相應(yīng)位置，并連接成光滑曲線，即得到尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件的凸輪輪廓。同理，可以得到滾子和平底從動(dòng)件凸輪的輪廓擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制步驟已知：從動(dòng)件的位移圖，凸輪與凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的校核1、尖頂從動(dòng)件凸輪的壓力角需校核，其最大壓力角不得大于許用壓力角，一