第9章-凸輪機構(gòu)及其設(shè)計

第9章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計§9－1

凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類§9－2

推桿的運動規(guī)律§9－3

凸輪機構(gòu)的壓力角§9－4凸輪輪廓曲線的設(shè)計應(yīng)用：送料機構(gòu)、靠模車削機構(gòu)、配氣機構(gòu)、沖床機構(gòu)等。特點：滾子――磨損小，應(yīng)用廣；平底――受力好、潤滑好，用于高速傳動。尖頂－－構(gòu)造簡單、易磨損、用于儀表機構(gòu)；§9－1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類結(jié)構(gòu)：三個構(gòu)件、盤(柱)狀曲線輪廓、從動件呈桿狀。優(yōu)點：可精確實現(xiàn)任意運動規(guī)律，簡單緊湊。缺點：高副，線接觸，易磨損，傳力不大。作用：將連續(xù)回轉(zhuǎn)=>從動件直線移動或擺動。分類：1)按凸輪形狀分：圓錐、移動、圓柱、盤形凸輪。2)按推桿形狀：尖頂、滾子、平底從動件?？磕＼囅饕苿油馆啓C構(gòu)3)按推桿運動分：直動(對心、偏置)、擺動內(nèi)燃機氣門機構(gòu)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、等徑凸輪)優(yōu)點：只需要設(shè)計適當(dāng)?shù)妮喞€，從動件便可獲得任意的運動規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便。缺點：線接觸，容易磨損。12刀架o機床進給機構(gòu)設(shè)計：潘存云δ0′δ0′oδs§9－2推桿的運動規(guī)律凸輪機構(gòu)設(shè)計的基本任務(wù):1)根據(jù)工作要求選定凸輪機構(gòu)的形狀;名詞術(shù)語：一、推桿的常用運動規(guī)律基圓、推程運動角、基圓半徑、推程、遠休止角、回程運動角、回程、近休止角、行程：h（最大位移）。r0h

ω1A2)推桿運動規(guī)律;3)合理確定結(jié)構(gòu)尺寸;4)設(shè)計輪廓曲線。δ01δ01δ02δ02DBCB’δ0δ0運動規(guī)律：推桿在推程或回程時，其位移S、速度V、

和加速度a隨時間t或δ的變化規(guī)律。形式：多項式、三角函數(shù)。S=S

(t)或S=S

(δ)V=V

(t)或V=V

(δ)a=a

(t)或a=a

(δ)設(shè)計：潘存云δ0′δ0′oδsr0h

ω1Aδ01δ01δ02δ02DBCB’δ0δ0二、多項式運動規(guī)律一般表達式：求一階導(dǎo)數(shù)得速度方程：求二階導(dǎo)數(shù)得加速度方程：1.等速運動（一次多項式）運動規(guī)律推程運動方程：回程運動方程：sδ0vah+∞－∞剛性沖擊2.等加速等減速（二次多項式）運動規(guī)律位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半。推程加速上升段邊界條件：起始點：δ=0，s=0，

v＝0中間點：δ=δ0/2，s=h/2求得：C0＝0，C1＝0，C2＝2h/δ02加速段推程運動方程為：s＝2hδ2/δ02

v＝4hωδ/δ02a＝4hω2/δ02h/2δ0h/2推程減速上升段邊界條件：終止點：δ=δ0，s=h，

v＝0中間點：δ=δ0/2，s=h/2求得：C0＝－h(huán)，

C1＝4h/δ0，

C2＝-2h/δ02

減速段推程運動方程為：s＝h-2h(δ-δ0)2/δ02

1δsδvv＝-4hω(δ-δ0)/δ02

a＝-4hω2/δ02235462hω/δ0柔性沖擊4hω2/δ02δa重寫加速段推程運動方程為：s＝2hδ2/δ02

v＝4hωδ/δ02a＝4hω2/δ023設(shè)計：潘存云hδ03.余弦加速度(簡諧)運動規(guī)律123456在起始和終止處理論上a為有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。123456推程：

回程:

sva設(shè)計：潘存云v2s2a2δ1δ1δ1hoooδt正弦改進等速三、改進型運動規(guī)律將幾種運動規(guī)律組合，以改善運動特性。+∞-∞vsahoooΦ設(shè)計：潘存云OBω1定義：正壓力與推桿上力作用點B速度方向間的夾角α→F''

↑，若α大到一定程度時，會有：→機構(gòu)發(fā)生自鎖?！?－3

凸輪機構(gòu)的壓力角αnn一、壓力角與作用力的關(guān)系不考慮摩擦?xí)r，作用力沿法線方向。FF'F''F'----有用分力,沿導(dǎo)路方向F''----有害分力，垂直于導(dǎo)路F''

=F'

tg

αF'

一定時，α↑Ff>F'Ff為了保證凸輪機構(gòu)正常工作，要求：α

<[α]設(shè)計：潘存云OBω1二、壓力角與凸輪機構(gòu)尺寸之間的關(guān)系P點為速度瞬心，于是有：v=lOPω1r0↑

[α]=30?

----直動從動件；[α]=35°～45°----擺動從動件；[α]=70°～80°----回程。nnP→lOP

=v2/ω1eαds2/dΦ=ds2/dΦ=lOC+lCP

lCP

=

lOC

=elCP

=ds2/dΦ-e

tgα

=S2+r20-e2ds2/dΦ-e→α↓C

(S2+S0

)tgα

S0=r20-e2若發(fā)現(xiàn)設(shè)計結(jié)果α〉[α]，可增大r0

s0s2Dv2v2r0設(shè)計：潘存云OBω1α

ds2/dΦ

得：

tgα

=S2+r20

-e2ds2/dΦ

+enn同理，當(dāng)導(dǎo)路位于中心左側(cè)時，有：lOP=lCP-

lOC

→

lCP

=ds2/dΦ

+e

于是：

tgα

=S2+r20

-e2ds2/dΦ

±ee“+”

用于導(dǎo)路和瞬心位于中心兩側(cè)；“-”

用于導(dǎo)路和瞬心位于中心同側(cè)；顯然，導(dǎo)路和瞬心位于中心同側(cè)時，壓力角將減小。注意：用偏置法可減小推程壓力角，但同時增大了回程壓力角，故偏距e不能太大。PC

lCP

=(S2+S0

)tgαS0=r02-e2r0s0s2D正確偏置：導(dǎo)路向推程相對速度瞬心的同側(cè)偏置。設(shè)計：潘存云nn提問：對于平底推桿凸輪機構(gòu)：

α＝？0v2Oω1r01.凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理§9－4凸輪輪廓曲線的設(shè)計2.用作圖法設(shè)計凸輪廓線1)對心直動尖頂從動件盤形凸輪3)滾子直動從動件盤形凸輪4)對心直動平底從動件盤形凸輪2)偏置直動尖頂從動件盤形凸輪5)擺動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)3.用解析法設(shè)計凸輪廓線設(shè)計：潘存云一、凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理反轉(zhuǎn)原理：依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計凸輪的輪廓曲線，例如：給整個凸輪機構(gòu)施以-ω1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)合運動的軌跡即凸輪的輪廓曲線。尖頂凸輪繪制動畫滾子凸輪繪制動畫O

-ω13’1’2’331122ω1設(shè)計：潘存云60°r0120°-ω1ω11’對心直動尖頂從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω1和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。設(shè)計步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓r0。②反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。④將各尖頂點連接成一條光滑曲線。1.對心直動尖頂從動件盤形凸輪1’3’5’7’8’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’90°90°A1876543214131211109二、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制60°120°90°90°135789111315s2

9’11’13’12’14’10’設(shè)計：潘存云911131513578OeA偏置直動尖頂從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω1和從動件的運動規(guī)律和偏心距e，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。2.偏置直動尖頂從動件盤形凸輪1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’-ω1ω16’1’2’3’4’5’7’8’15’14’13’12’11’10’9’設(shè)計步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓r0;②反向等分各運動角;③確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置;④將各尖頂點連接成一條光滑曲線。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k860°120°90°90°s2

設(shè)計：潘存云s2

911131513578r0A120°-ω11’設(shè)計步驟小結(jié)：①選比例尺μl作基圓r0。②反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。④將各尖頂點連接成一條光滑曲線。1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’60°90°90°1876543214131211109理論輪廓實際輪廓⑤作各位置滾子圓的內(nèi)(外)包絡(luò)線。3.滾子直動從動件盤形凸輪滾子直動從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω1和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。60°120°90°90°ω1設(shè)計：潘存云ρa－工作輪廓的曲率半徑，ρ－理論輪廓的曲率半徑，

rT－滾子半徑ρ<rT

ρa＝ρ－rT<0對于外凸輪廓，要保證正常工作，應(yīng)使：ρmin>

rT

輪廓失真滾子半徑的確定ρa＝ρ＋rT

ρ＝rT

ρa＝ρ－rT＝0輪廓正常輪廓變尖ρ內(nèi)凹ρarTrTρrTρρ>

rT

ρa＝ρ－rT

輪廓正常外凸rTρaρ設(shè)計：潘存云s2

911131513578r0對心直動平底從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω1和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。設(shè)計步驟：①選比例尺μl作基圓r0。②反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后，從動件平底直線在各等份點的位置。④作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。4.對心直動平底從動件盤形凸輪8’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’-ω1ω1A1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’12345678151413121110960°120°90°90°設(shè)計：潘存云對平底推桿凸輪機構(gòu)，也有失真現(xiàn)象。Or0可通過增大r0解決此問題。r0設(shè)計：潘存云120°B’1φ1r060°120°90°90°Φ

擺動從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑r0，角速度ω1，擺桿長度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離d，擺桿角位移方程，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。三、擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)1’2’3’4’56785’6’7’8’B1B2B3B4B5B6B7B860°90°ω1-ω1dABl1234B’2φ2B’3φ3B’4φ4B’5φ5B’6φ6B’7φ7A1A2A3A4A5A6A7A8設(shè)計：潘存云ρθB0OBδ1S0S2四、

解析法設(shè)計凸輪的輪廓結(jié)果：求出輪廓曲線的解析表達式---已知條件：e、rmin、rT、S2=S2(δ1)、ω1及其方向。理論輪廓的極坐標(biāo)參數(shù)方程：ρ=(S2+S0)2+e2原理：反轉(zhuǎn)法。