凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì).ppt

1、第 七 章 凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì),motorlgs2008,7.1 凸輪機(jī)構(gòu)的組成及其應(yīng)用,凸輪機(jī)構(gòu)的組成: 凸輪機(jī)構(gòu)主要由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成。,凸輪-是一個(gè)具有曲線輪廓的構(gòu)件，一般作主動(dòng)件,且為勻速運(yùn)動(dòng),從動(dòng)件-作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng),動(dòng)畫(huà)演示,凸輪機(jī)構(gòu)的原理,實(shí)例1：專用車(chē)床的凸輪控制機(jī)構(gòu),動(dòng)畫(huà)演示,實(shí)例2：內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu),動(dòng)畫(huà)鏈接1 動(dòng)畫(huà)鏈接2,凸輪機(jī)構(gòu)的分類(lèi),按凸輪的形狀分類(lèi),平面凸輪機(jī)構(gòu),空間凸輪機(jī)構(gòu),盤(pán)形凸輪,移動(dòng)凸輪,盤(pán)形凸輪,移動(dòng)凸輪,圓柱凸輪,按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類(lèi),尖底從動(dòng)件,滾子從動(dòng)件,平底從動(dòng)件,（a）、（b）為尖底從動(dòng)件； （c）、（d）為滾子從動(dòng)件； （e）

2、、（f）為平底從動(dòng)件。,按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方式分類(lèi),擺動(dòng)從動(dòng)件,直動(dòng)從動(dòng)件,對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件,偏心直動(dòng)從動(dòng)件,動(dòng)畫(huà)鏈接1 動(dòng)畫(huà)鏈接2 動(dòng)畫(huà)鏈接3,動(dòng)畫(huà)鏈接,按凸輪高副的鎖合方式分類(lèi),力鎖合,形鎖合,力鎖合1 力鎖合2,形鎖合1、2、3、4,思考一下,綜合前面的各種凸輪的分類(lèi)方式，試說(shuō)出下面凸輪機(jī)構(gòu)的名稱,動(dòng)畫(huà)鏈接 實(shí)際應(yīng)用,動(dòng)畫(huà)鏈接 實(shí)際應(yīng)用1 實(shí)際應(yīng)用2,7.2 凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì),基本術(shù)語(yǔ),基圓 r0 ：以凸輪最小半徑所作的圓，稱為凸輪的基圓半徑。,凸輪轉(zhuǎn)角 ：以導(dǎo)路為參考軸進(jìn)行測(cè)量,從動(dòng)件位移S ：從最低位置開(kāi)始測(cè)量,由于凸輪一般以轉(zhuǎn)速作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以凸輪的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間t成線性關(guān)系（

3、=t）。因此，通常將從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律表示成凸輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)。,從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的方法,三個(gè)線圖之間的幾何關(guān)系為：,位 移 速 度 加速度,微 分,積 分,22:12:35,B,從動(dòng)件的推程,A B； 從動(dòng)件的遠(yuǎn)休止過(guò)程, B C； 從動(dòng)件的回程,C D； 近休止?fàn)顟B(tài),D A 。,概念：,凸輪機(jī)構(gòu)完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán),動(dòng)畫(huà)演示,待定系數(shù)C0，C1，Cn可利用從動(dòng)件在某些位置的位移、速度和加速度等邊界條件來(lái)確定。,從動(dòng)件推程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其位移的一般表達(dá)式為：,討論：n=5時(shí)，式中就有6個(gè)待定系數(shù),多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律探討,求解：取n=5，設(shè)六個(gè)邊界條件： =0時(shí)，S=0，v=0，a=0, =0

4、時(shí)，S=h，v=0，a=0 求凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,將邊界條件代入得一個(gè)六元線性方程組，解之得：,C0 ，C1 ，C ,C310h/03，C415h/04；C56h/05,得五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律的表達(dá)式為：,討論：(1) 六個(gè)邊界條件： =0 時(shí)，S=0，v=0，a=0, =0時(shí)，S=h，v=0，a=0,(2) 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵：, 確定從動(dòng)件的位移、速度和加速度三者之一與凸輪轉(zhuǎn)角之間的函數(shù)關(guān)系； 確定相應(yīng)的邊界條件。,等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律,推程：,回程：,其它幾種常用的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,在起始和終止點(diǎn)速度有突變，使瞬時(shí)加速度趨于無(wú)窮大，從而產(chǎn)生無(wú)窮大慣性力，引起剛性沖擊。,等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律,推程：

5、,在起點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn)時(shí)，因加速度有突變而引起推桿慣性力的突變，且突變?yōu)橛邢拗?，在凸輪機(jī)構(gòu)中由此會(huì)引起柔性沖擊。,余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律,推程：,回程：,正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律,推程：,回程：,一般以機(jī)構(gòu)中的沖擊情況、從動(dòng)件的最大速度和最大加速度三個(gè)方面對(duì)各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性進(jìn)行比較。,從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的比較和選用,從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇,在選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應(yīng)該考慮各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度幅值 、加速度幅值 及其影響加以分析和比較。,對(duì)于重載凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)選擇 值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，宜選擇 值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,采用組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律的目的： 避免有些運(yùn)動(dòng)規(guī)律引起的沖

6、擊，改善推桿其運(yùn)動(dòng)特性。 構(gòu)造組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律的原則：,組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律,對(duì)于中、低速運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，要求從動(dòng)件的位移曲線在銜接處相切，以保證速度曲線的連續(xù)。即要求在銜接處的位移和速度應(yīng)分別相等。,對(duì)于中、高速運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)，要求從動(dòng)件的速度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線連續(xù)，即要求在銜接處的位移、速度和加速度應(yīng)分別相等。,介紹兩種典型的組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律,1.修正梯形組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律,等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律,正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律,修正梯形組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律,amax=(h2/02)4.00,amax=(h2/02)6.28,2.改進(jìn)型等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律消除剛性沖擊,凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是建立凸輪輪廓曲線的參數(shù)方程

7、。,7.3 凸輪的輪廓曲線設(shè)計(jì),基本術(shù)語(yǔ)回顧：,基圓 r0 ：以凸輪最小半徑所作的圓，稱為凸輪的基圓半徑。,凸輪轉(zhuǎn)角 ：以導(dǎo)路為參考軸進(jìn)行測(cè)量。,從動(dòng)件位移S ：從最低位置開(kāi)始測(cè)量。,凸輪輪廓曲線的參數(shù)方程：得到凸輪輪廓的參數(shù)方程關(guān)鍵是確定凸輪輪廓上的任意點(diǎn)B的坐標(biāo) 與凸輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。,討論: 與B點(diǎn)之間的關(guān)系？,矢量旋轉(zhuǎn)方程(繞坐標(biāo)原點(diǎn)）,B1點(diǎn),B點(diǎn),討論：B1點(diǎn)與B點(diǎn)的關(guān)系？,凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)一般方法： 建立坐標(biāo)系：一般將坐標(biāo)系的原點(diǎn)取在凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心上，坐標(biāo)軸的選取以比較容易地寫(xiě)出矢量的坐標(biāo)表達(dá)式為原則； 將從動(dòng)件處于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的任一位置，寫(xiě)出從凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心到從動(dòng)件尖底的矢量的坐標(biāo)

8、表達(dá)式； 將矢量沿與凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)角，得到新矢量，并利用平面矢量旋轉(zhuǎn)矩陣得到新矢量的表達(dá)式，此式便為凸輪的廓線方程。,例1：尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu),已知：的轉(zhuǎn)向，ro, e，s=s(),（1）取定xoy坐標(biāo)，x或y軸平行于導(dǎo)路線，且使初始位置在第一象限；,（2）寫(xiě)出點(diǎn)B1的坐標(biāo)；,注意：逆時(shí)針為正。,求解：凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)值或作出凸輪的輪廓曲線,（4）寫(xiě)出凸輪輪廓上點(diǎn)B的坐標(biāo)。,例2：尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu),已知：的轉(zhuǎn)向，r0 ,中心距l(xiāng)O1O2a，擺桿長(zhǎng)L ，,（1）取定xoy坐標(biāo)，x或y軸在O1O2 線上，且使初始位置在第一象限；,（2）寫(xiě)出點(diǎn)B1

9、的坐標(biāo)；,求解：凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)值或作出凸輪的輪廓曲線,D,例2：尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu),（4）寫(xiě)出凸輪輪廓上點(diǎn)B的坐標(biāo),注意：逆時(shí)針為正,例3、平底移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu),（1）選定xoy坐標(biāo)如圖；,（2）寫(xiě)出點(diǎn)B1的坐標(biāo)；, v2=op. op=v2 / =ds/d,B1,P為構(gòu)件1、2的瞬心,（4）寫(xiě)出凸輪輪廓上點(diǎn)B的坐標(biāo)；,其中：,例4：滾子從動(dòng)件盤(pán)型凸輪機(jī)構(gòu),（1）求出滾子中心在固定坐標(biāo)系xoy中的軌跡（稱為理論輪廓廓線）；,（2）再求滾子從動(dòng)件凸輪的工作輪廓曲線（稱為實(shí)際輪廓曲線）。,理論輪廓曲線上點(diǎn)B處的法線n-n的斜率：,理論廓線：滾子從動(dòng)件中心相對(duì)于凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡。,實(shí)際廓線：以理論廓線上的點(diǎn)為圓心，滾子半徑為半徑作圓族的包絡(luò)線。,理論輪廓曲線上點(diǎn)B處的法線 n-n的斜率：,實(shí)際輪廓曲線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)C點(diǎn)的坐標(biāo)：,其中： “-”為內(nèi)包絡(luò)線； “+”為外包絡(luò)線。,注意：,（1）理論輪廓與實(shí)際輪廓互為等距曲線；,（2）凸輪的基圓半徑是指理論輪廓曲線的最小向徑。,有尖點(diǎn)的凸輪極易磨損、很快就不能正常工作了,討論：兩個(gè)曲率半徑與滾子半徑的關(guān)系,（1