7.3凸輪輪廓設(shè)計.ppt

1、1.凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理,7.3 凸輪輪廓設(shè)計,2.用作圖法設(shè)計凸輪廓線,1)對心直動尖頂推桿盤形凸輪,2)對心直動滾子推桿盤形凸輪,3)對心直動平底推桿盤形凸輪,4)偏置直動尖頂推桿盤形凸輪,5)擺動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu),6)直動推桿圓柱凸輪機構(gòu),7)擺動推桿圓柱凸輪機構(gòu),3.用解析法設(shè)計凸輪的輪廓曲線,作者：潘存云教授,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，,給整個凸輪機構(gòu)施以-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。,作者：潘存云教授,設(shè)計：潘存云,已知凸輪

2、的基圓半徑r0，角速度和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,設(shè)計步驟小結(jié)：,選比例尺l作基圓r0。,反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。,確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。,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,二、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制,作者：潘存云教授,2)對心直動滾子推桿盤形凸輪,設(shè)計：潘存云,理論輪廓,實際輪廓,作各位置滾子圓的內(nèi)(外)包絡(luò)線。,已知凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,偏置直動尖底推桿盤形凸輪的運動循環(huán)圖,作者：潘存云教授,設(shè)計：潘存云,已知凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動件的運動規(guī)律和偏心距e，

3、設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,3)偏置直動尖頂從動件盤形凸輪,（右）偏置直動尖頂從動件盤形凸輪繪制過程,（右）偏置直動滾子從動件盤形凸輪繪制過程,作者：潘存云教授,4)擺動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu),設(shè)計：潘存云,已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，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。,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,5)直動推桿圓柱凸輪機構(gòu),思路：將圓柱外表面展開，得一長度為2R的平面移動凸輪機構(gòu)，其移動速度為V=R，以V反向移動平面凸輪，相對運動不變，滾子反向移動后其中心點的軌跡即為理論輪廓，其內(nèi)外包絡(luò)線為實際輪廓。,作者：潘存云教授,7,6,5,4,3

4、,2,1,6)直動推桿圓柱凸輪機構(gòu),已知：圓柱凸輪的半徑R ，從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該圓柱凸輪機構(gòu)。,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,7)擺動推桿圓柱凸輪機構(gòu),已知：圓柱凸輪的半徑R，滾子半徑rr從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪機構(gòu)。,2”,3”,7”,8”,9”,1”,中線,作者：潘存云教授,3.用解析法設(shè)計凸輪的輪廓曲線,1) 偏置直動滾子推桿盤 形凸輪機構(gòu),由圖可知： s0(r02-e2)1/2,實際輪廓線為理論輪廓的等距線。,曲線任意點切線與法線斜率互為負倒數(shù)：,原理：反轉(zhuǎn)法,設(shè)計結(jié)果：輪廓的參數(shù)方程: x=x() y= y(),x=,(s0+s)sin,+ ecos,y=,(s0+s

5、)cos,- esin,tg= -dx/dy,=(dx/d)/(- dy/d),=sin/cos,r0,已知：r0、rT、e、S=S(),作者：潘存云教授,對(1)式求導(dǎo)，得： dx/d(ds/d- e)sin+(s0+s)cos,式中: “”對應(yīng)于內(nèi)等距線， “”對應(yīng)于外等距線。,實際輪廓為B點的坐標： x= y=,x - rrcos,y - rrsin,dy/d(ds/d- e)cos-(s0+s)sin,作者：潘存云教授,2)對心直動平底推桿盤形凸輪,OP= v/,y=,x=,建立坐標系如圖：,P點為相對瞬心，,(r0+s)sin,+(ds/d)cos,(r0+s)cos,(ds/d)s

6、in,推桿移動速度為：,=(ds/dt)/(d/dt),=ds/d,v=vp=OP,反轉(zhuǎn)后，推桿移動距離為S，,作者：潘存云教授,3) 擺動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu),已知：中心距a ，擺桿長度l，0 、S=S(),理論廓線方程： x= y=,實際輪廓方程的求法同前。,asinl sin (+0 ),acosl cos (+0 ),7.4 凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定,上述設(shè)計廓線時的凸輪結(jié)構(gòu)參數(shù)r0、e、rr等，是預(yù)先給定的。實際上，這些參數(shù)也是根據(jù)機構(gòu)的受力情況是否良好、動作是否靈活、尺寸是否緊湊等因素由設(shè)計者確定的。,1.凸輪機構(gòu)的壓力角,2.凸輪基圓半徑的確定,3.滾子半徑的確定,4.平底尺寸l

7、的確定,作者：潘存云教授,1.凸輪機構(gòu)的壓力角,受力圖中，由Fx=0，F(xiàn)y=0，MB=0 得：,-Fsin(+1 )+(FR1FR2 )cos2=0,G+Fcos(+1 ) (FR1+ FR2 )sin2=0,FR2cos2 (l+b) FR1cos2 b=0,由以上三式消去FR1 、 FR2 得：,壓力角-正壓力與推桿上B點速度方向之間的夾角,分母,F,若大到使分母趨于0，則 F,機構(gòu)發(fā)生自鎖,作者：潘存云教授,稱c=arctg1/(1+2b/l)tg2 - 1 為臨界壓力角 。,增大導(dǎo)軌長度l或減小懸臂尺寸b可提高c,工程上要求：max ,直動推桿：30,擺動推桿：3545,回程：7080

8、,提問：平底推桿？,0,（凸輪習(xí)題2）-畫出各圖中從動件的壓力角,=0,作者：潘存云教授,P點為相對瞬心：,由BCP得:,2.凸輪基圓半徑的確定,ds/d,OP= v/,= ds/dt / d/dt,=ds/d,運動規(guī)律確定之后，凸輪機構(gòu)的壓力角與基圓半徑r0直接相關(guān)。,=(ds/d-e)/(s0+s),tg=(OP-e)/BC,r0 ,圖示凸輪機構(gòu)中，導(dǎo)路位于右側(cè)。,作者：潘存云教授,設(shè)計：潘存云,同理，當(dāng)導(dǎo)路位于中心左側(cè)時，有：, CP = ds/d + e,=(ds/d+e)/(s0+s),tg=(OP+e)/BC,e ,OP= v/,= ds/dt / d/dt,=ds/d,此時，當(dāng)偏

9、距e增大時，壓力角反而增大。,對于直動推桿凸輪機構(gòu)存在一個正確偏置的問題！,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,“+” 用于導(dǎo)路和瞬心位于凸輪回轉(zhuǎn)中心的兩側(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。,正確偏置：導(dǎo)路位于與凸輪旋轉(zhuǎn)方向相反的位置。,正確偏置,錯誤偏置,“-” 用于導(dǎo)路和瞬心位于凸輪回轉(zhuǎn)中心的同側(cè)；,設(shè)計時要求：,于是有：,對心布置有：tg=ds/d/ (r0+s）,提問：在設(shè)計一對心凸輪機構(gòu)設(shè)計時，當(dāng)出現(xiàn) 的情況，在不改變運動規(guī)律的前提下，可采取哪些措施來進行改進？,確定上述極值r0min不

10、方便，工程上常根據(jù)諾模圖來確定r0 。見下頁,1)加大基圓半徑r0 ，,2)將對心改為偏置，,3)采用平底從動件,tg=(ds/d-e)/(r02-e2)1/2+s,=0,r0 ,e ,作者：潘存云教授,諾模圖:,應(yīng)用實例：一對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)，045，h=13 mm, 推桿以正弦加速度運動， 要求:max 30，試確定凸輪的基圓半徑r0 。,作圖得：h/r00.26,r0 50 mm,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,設(shè)計：潘存云,a工作輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑， rr滾子半徑,rr,arr0,對于外凸輪廓，要保證正常工作，應(yīng)使： min rr,3. 滾子半徑的確定,a

11、rr,rr,arr0,輪廓正常,輪廓變尖, rr,arr,輪廓正常,外凸,可用求極值的方法求得min ,常采用上機編程求得min,工程上要求a 15,若不滿足此條件時：,增大r0,減小rr,作者：潘存云教授,4.平底尺寸l 的確定,作圖法確定：,l=2lmax+(57)mm,作者：潘存云教授,對平底推桿凸輪機構(gòu)，也有失真現(xiàn)象。,可通過增大r0解決此問題。,盤形凸輪輪廓的設(shè)計方法與加工方法,5.3.4 凸輪輪廓的加工,凸輪輪廓的加工方法通常有兩種,1.銑、銼削加工,對用于低速、輕載場合的凸輪，可以應(yīng)用反轉(zhuǎn)法原理在未淬火凸輪輪坯上通過作圖法繪制輪廓曲線，采用銑床或用手工銼削辦法加工而成。必要時可進

12、行淬火處理，但用這種方法則凸輪的變形難以得到修正。,2.數(shù)控加工,采用數(shù)控線切割機床對淬火凸輪進行加工，這是目前最常用的一種凸輪加工方法。加工時應(yīng)用解析法，求出凸輪輪廓曲線的x,y坐標，并將xOy坐標系的原點換算成切割時的起點，而滾子半徑相當(dāng)于鉬絲半徑再加上放電間隙。,小結(jié)：在進行凸輪廓線設(shè)計之前，需要先確定r0 ,而在定r0時，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)條件（不能太?。毫?、工作輪廓是否失真等因素。在條件允許時，應(yīng)取較大的導(dǎo)軌長度L和較小的懸臂尺寸b。對滾子推桿，應(yīng)恰當(dāng)選取rr，對平底推桿，應(yīng)確定合適的平底長度l。還要滿足強度和工藝性要求。,本章重點：,從動件運動規(guī)律：特性及作圖法；,理論輪廓與實際輪廓的關(guān)系；,凸輪