凸輪機構(gòu)及其設(shè)計

-.z.第三章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計§3-1概述1凸輪機構(gòu)的根本組成及應用特點組成：凸輪、從動件、機架運動特征：主動件〔凸輪〕作勻角速回轉(zhuǎn)，或作勻速直線運動，從動件能實現(xiàn)各種復雜的預期運動規(guī)律。尖底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)、尖底擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)滾子直動從動件盤形凸輪機構(gòu)、滾子擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)圓柱凸輪機構(gòu)、移動凸輪機構(gòu)、平底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)端面圓柱凸輪機構(gòu)、燃機配氣凸輪機構(gòu)優(yōu)點：〔1〕從動件易于實現(xiàn)各種復雜的預期運動規(guī)律?！?〕構(gòu)造簡單、緊湊?！?〕便于設(shè)計。缺點：〔1〕高副機構(gòu)，點或線接觸，壓強大、易磨損，傳力小?！?〕加工制造比低副機構(gòu)困難。應用：主要用于自動機械、自動控制中〔如輕紡、印刷機械〕。2凸輪機構(gòu)的分類1．按凸輪形狀分：盤型、移動、圓柱2．按從動件運動副元素分：尖底、滾子、平底、球面〔P197〕3．按從動件運動形式分：直動、擺動4．按從動件與凸輪維持接觸的形式分：力封閉、形封閉3凸輪機構(gòu)的工作循環(huán)與運動學設(shè)計參數(shù)§3-2凸輪機構(gòu)根本運動參數(shù)設(shè)計一．有關(guān)名詞行程－從動件最大位移h。推程－S↑的過程?；爻蹋璖↓的過程。推程運動角－從動件上升h，對應凸輪轉(zhuǎn)過的角度。遠休止角－從動件停留在最遠位置，對應凸輪轉(zhuǎn)過的角度?；爻踢\動角－從動件下降h，對應凸輪轉(zhuǎn)過的角度。近休止角－從動件停留在低遠位置，對應凸輪轉(zhuǎn)過的角度。一個運動循環(huán)凸輪：轉(zhuǎn)過2π，從動件：升→?！怠；鶊A－以理論廓線最小向徑r0作的圓。尖底從動件：理論廓線即是實際廓線。滾子從動件：以理論廓線上任意點為圓心，作一系列滾子圓，其包絡(luò)線為實際廓線。從動件位移線圖——從動件位移S與凸輪轉(zhuǎn)角〔或時間t〕之間的對應關(guān)系曲線。從動件速度線圖——位移對時間的一次導數(shù)加速度線圖——位移對時間的二次導數(shù)統(tǒng)稱從動件運動線圖度量基準〔在理論廓線上〕1〕從動件位移S：推程、回程均從最低位置度量。2〕凸輪轉(zhuǎn)角δ：從行程開場對應的向徑度量〔以O(shè)為圓心，O至行程起始點為半徑作弧與導路中心線相交得P點，∠PO*=δ〕。舉例：1．對心尖底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)：推程、回程2．偏置尖底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)：推程、回程二、從動件運動規(guī)律設(shè)計工作循環(huán)圖與凸輪工作轉(zhuǎn)角確實定(發(fā)動機配氣凸輪機構(gòu))2．從動件運動規(guī)律1〕等速運動位移：速度加速度理論上，行程開場和行程完畢處，速度有突變，加速度∞,慣性力∞,稱剛性沖擊。由于材料有彈性變形，不可能到達，但仍然有強烈的沖擊。只適用于低速輕載。2〕等加速度、等減速度運動等加速度等減速度加速度有突變，慣性力有突變,產(chǎn)生柔性沖擊，適用于中速輕載。3〕余弦加速度運動規(guī)律加速度有突變，存在柔性沖擊,適用于中速。4〕擺線運動規(guī)律〔正弦加速度〕加速度無突變，既無剛性沖擊，又無柔性沖擊，適用于高速。5〕多項式運動規(guī)律3-4-5次多項式P142組合運動規(guī)律：8段曲線組合的發(fā)動機高速凸輪運動規(guī)律§3-3凸輪機構(gòu)根本運動參數(shù)設(shè)計一、凸輪機構(gòu)的壓力角和自鎖Q－工作阻力，R1、R2－總反力F－驅(qū)動力取從動件〔構(gòu)件2〕為脫離體：大?。骸?？？？方向：√√√√不能作出力多邊形，將、合成為一個力，有：大?。骸蹋?？方向：√√√作出力多邊形如左圖，知Q不變，R方向亦不變，當，F(xiàn)↑，增大至使F與R平行，F(xiàn)→∞，說明：在外載荷Q作用下，為維持平衡，F(xiàn)需無窮大，這顯然不可能，因而機構(gòu)不能運動，稱自鎖。進一步說明：1.構(gòu)造參數(shù)l↑，b↓，R1、R2交點q遠，合力R趨向水平，而F方向不變，為克制一樣的工作阻力Q，可使F↓。2.即使不出現(xiàn)F∞，但F很大，高副壓強大，易磨損，且機械效率η↓，機構(gòu)傳動不利，故壓力角不能太大。這種現(xiàn)象必須防止。為此，必須規(guī)定一個許用壓力角。推程:擺動從動件：[α]=40°－50°直動從動件：[α]=30°－38°回程:[]=70－80°凸輪機構(gòu)的設(shè)計過程1)根據(jù)工作要求選定凸輪機構(gòu)的形式;凸輪：盤形凸輪、移動凸輪、圓柱凸輪等從動件：直動、擺動2)選擇從動件運動規(guī)律;運動規(guī)律函數(shù)、行程h、推程運動角δ1、遠休止角δ2、回程運動角δ3、近休止角δ4。3)合理確定機構(gòu)構(gòu)造尺寸;基圓半徑、滾子半徑直動從動件：偏距e及方向。擺直動從動件：從動件長度、機架長度。驗算：壓力角≤[]4)設(shè)計凸輪輪廓曲線5)凸輪機構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計二．移動從動件盤形凸輪機構(gòu)根本尺寸的設(shè)計設(shè)計中除了要有良好的受力特性，還希望機構(gòu)盡量緊湊。而凸輪大小取決于基圓半徑ro，而ro的大小又與直接有關(guān)系，作理論廓線的法線n-n，與過O點與導路相垂直的直線交于P點，由三心定理P點即為相對瞬心。OP=V/ω=(ds/dt)/(dΦ/dt)=ds/dΦ則由△CDP可得其中：ds/dΦ為位移曲線的斜率，推程為正，回程為負。在其它條件不變時，尺寸小。設(shè)計時，取為保證有較小的，偏距e應取在瞬心同一側(cè)。三．擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)根本尺寸的設(shè)計根本概念逆向型〔推程：從動件轉(zhuǎn)向與凸輪轉(zhuǎn)向相反〕正向型〔推程：從動件轉(zhuǎn)向與凸輪轉(zhuǎn)向一樣〕圖a和圖b所示分別為逆向型和同向型凸輪機構(gòu)(a)逆向型(b)同向型由圖知，凸輪理論輪廓上以O(shè)1為極點，極徑為的方程為(1)由圖中的幾何關(guān)系有:(2)(3)(4)對應的極角為逆向型(5)同向型(6)由上述公式知，即使在構(gòu)造參數(shù)和運動規(guī)律完全一樣的條件下，分別按逆向型設(shè)計和正向型設(shè)計所的到的兩個凸輪的形狀是不同的。§3-4平面凸輪輪廓曲線的設(shè)計反轉(zhuǎn)法對整個機構(gòu)加上一公共角速度〔-ω〕，而獲得從動件相對凸輪的一系列位置。對心尖底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計：基圓半徑r0，偏距e，運動規(guī)律，凸輪轉(zhuǎn)向滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)在理論輪廓上作一系列滾子圓，其包絡(luò)線為凸輪實際廓線。凸輪的基圓半徑在理論廓線上。偏置尖底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計問題：CG系列發(fā)動機進、排氣搖臂均由同一凸輪驅(qū)動，進氣機構(gòu)為逆向設(shè)計，排氣機構(gòu)為正向設(shè)計。在運動規(guī)律、基圓半徑、搖臂長度、中心距等參數(shù)完全一樣的條件下，按逆向設(shè)計和正向設(shè)計所獲得的凸輪型線是不同的，而CG發(fā)動機又是同一凸輪驅(qū)動，我國CG發(fā)動機源于日本，日本人是怎么進展設(shè)計的？§3-5凸輪機構(gòu)從動件的設(shè)計1．從動件高副元素的選擇尖底、滾子、平底2滾子半徑及平底寬度確實定1〕滾子半徑確實定滾子從動件凸輪的實際輪廓曲線，是以理論輪廓上各點為圓心作一系列滾子圓的包絡(luò)線而形成，滾子選擇不當，則無法滿足運動規(guī)律。a〕凹的凸輪輪廓曲線a——實際輪廓b——理論輪廓——理論輪廓曲率半徑——實際輪廓曲率半徑,無論滾子半徑大小如何，則總能作出實際輪廓曲線b〕外凸的凸輪輪廓曲線由于當時，,實際輪廓可作出。假設(shè)，,實際輪廓出現(xiàn)尖點，易磨損，可能使用。假設(shè)，則,實際輪廓出現(xiàn)穿插，加工時，穿插局部被切除，出現(xiàn)運動失真，這一現(xiàn)象需防止。綜上所述，理論輪廓的最小曲率半徑，即:，為防止產(chǎn)生過度切割，可，或使曲線平坦，即增大ρ。因此可規(guī)定一許用曲率半徑即：，一旦給出，求出，即可求出滾子半徑最大值。即曲率半