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    2019第九章凸轮机构及其设计.doc

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    2019第九章凸轮机构及其设计.doc

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各有什么特点及优缺点?在选择推杆的运动规律时,主要应考虑哪些因素?2.何谓刚性冲击? 何谓柔性冲击?3.推杆运动规律选择的原则是什么?第三节 凸轮轮廓曲线的设计 如果已经根据工作要求和结构条件选定了凸轮机构的型式、基本尺寸,推杆的运动规律和凸轮的转向,就可进行凸轮轮廓曲线的设计了。凸轮轮廓曲线设计的方法有作图法和解析法。1.凸轮廓线设计方法的基本原理无论是采用作图法还是解析法设计凸轮轮廓曲线,所依据的基本原理都是反转法原理。例 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构根据上述分析,在设计凸轮廓线时,可假设凸轮静止不动,而使推杆相对于凸轮作反转运动;同时又在其导轨内作预期运动,作出推杆在这种复合运动中的一系列位置,则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线。这就是凸轮廓线设计方法的反转法原理。2.用作图法设计凸轮廓线下面我们来介绍运用反转法原理设计凸轮廓线的具体作法。(1)直动推杆盘形凸轮机构在设计凸轮的轮廓时,需先取适当的比例尺1,根据已知的基圆半径r0和偏距e作出基圆和偏距圆,然后才能运用上述反转法进行作图。其作图方法及步骤:1) 确定推杆在反转运动中占据的各个位置;2)计算推杆在反转运动中的预期位移;3) 确定推杆在复合运动中依次占据的位置;4) 将推杆尖点各位置点连成一光滑曲线,即为凸轮轮廓曲线。对于偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构,推杆在反转运动中占据的各个位置为过基圆上各分点所作偏距圆的切线;而对于对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构,可以认为是 e = 0 时的偏置凸轮机构,则需过基圆上各分点作过凸轮回转中心的径向线即可,其他设计方法基本相同。例1 偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构的凸轮廓线设计对于直动滚子推杆盘形凸轮机构,在设计凸轮廓线时,可首先将滚子中心视为尖顶推杆的尖顶,按前述方法定出滚子中心在推杆复合运动中的轨迹(称为凸轮的理论廓线),然后以理论廓线上一系列点为圆心,以滚子半径rr为半径作一系列的圆,再作此圆族的包络线,即为凸轮的工作廓线(又称实际廓线)。值得注意,凸轮的基圆半径系指理论廓线的最小半径。例2 偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮廓线设计对于直动平底推杆盘形凸轮机构,在设计这种凸轮廓线时,可将推杆导路中心线与推杆平底的交点 A 视为尖顶推杆的尖顶,按前述作图步骤确定出 A 在推杆复合运动中依次占据的各位置。然后再过这些点作一系列代表推杆平底的直线,此直线族的包络线,即为凸轮的工作廓线。例3 直动平底推杆盘形凸轮机构的凸轮廓线设计(2)摆动推杆盘形凸轮机构对于摆动尖顶推杆盘形凸轮机构凸轮廓线的设计,同样也可参照前述方法进行。所不同的是推杆的预期运动规律要用推杆的角位移来表示,即在前面所得的直动推杆的各位移方程中,只需将位移s改为角位移;行程 h 改为角行程,就可用来求摆动推杆的角位移了。例4 摆动平底推杆盘形凸轮机构的凸轮廓线设计例5 摆动滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮廓线设计(3)直动推杆圆柱凸轮机构对于直动推杆圆柱凸轮机构,可设想将此圆柱凸轮的外表面展开在平面上,则得到一个移动速度为V(V R )的移动凸轮。利用反转法原理,给整个移动凸轮机构加上一公共线速度V 后,此时凸轮将静止不动,推杆在随其导轨反向移动和在导轨中按预期的运动规律往复移动的复合运动时,其尖顶(或滚子中心或推杆导路中心线与推杆平底的交点A)描出的轨迹即为凸轮的理论廓线。然后再用前述同样的方法就可求得移动凸轮的工作廓线。 最后,将这样作出的移动凸轮图卷于以只为半径的圆柱体上,并将其上的曲线描在圆柱体的表面上,即为所求的圆柱凸轮的轮廓曲线。例6 直动推杆圆柱凸轮机构的凸轮廓线设计2.用解析法设计凸轮廓线第四节 凸轮机构基本尺寸的确定 在设计凸轮轮廓曲线时,凸轮的基圆半径、推杆的滚子半径和平底尺寸等等,都假设是给定的,而实际上,凸轮机构的基本尺寸是要考虑到机构的受力情况是否良好、动作是否灵活,尺寸是否紧凑等许多因素由设计者确定的。1.凸轮机构中的作用力和凸轮机构的压力角(1)凸轮机构中的作用力直动尖顶推杆盘形凸轮机构在考虑摩擦时,其凸轮对推杆的作用力 F 和推杆所受的载荷(包括推杆的自重和弹簧压力等) G的关系为F = G /cos(+1) - (1+2b/l)sin(+1)tan2(2)凸轮机构的压力角推杆所受正压力的方向(沿凸轮廓线在接触点的法线方向)与推杆上作用点的速度方向之间所夹之锐角,称为凸轮机构在图示位置的压力角,用表示在凸轮机构中,压力角是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。在其他条件相同的情况下,压力角愈大,则作用力 F 将愈大;如果压力角大到使作用力将增至无穷大时,机构将发生自锁,而此时的压力角特称为临界压力角c ,即carctan1/(1+2b/l)tan2-1为保证凸轮机构能正常运转,应使其最大压力角max小于临界压力角c。在生产实际中,为了提高机构的效率、改善其受力情况,通常规定凸轮机构的最大压力角max应小于某一许用压力角。其值一般为:对直动推杆取 300 ;对摆动推杆取 350450 ;回程时通常取 700800。2.凸轮基圆半径的确定对于一定型式的凸轮机构,在推杆的运动规律选定后,该凸轮机构的压力角与凸轮基圆半径的大小直接相关。即tan=(ds/d) - e/(r02- e2)1/2 + s由此可知,在偏距一定,推杆的运动规律已知的条件下,加大基圆半径r。,可减小压力角,从而改善机构的传力特性。但此时机构的尺寸将会增大。故凸轮基圆半径的确定的原则为:在满足 max的条件下,合理地确定凸轮的基圆半径,使凸轮机构的尺寸不至过大。 在实际设计工作中,凸轮的基圆半径r。的确定,不仅要受到max的限制,还要考虑到凸轮的结构及强度的要求等。因此在实际设计工作中,凸轮的基圆半径常是根据具体结构条件来选择的。必要时再检查所设计的凸轮是否满足max的要求。3.滚子推杆滚子半径的选择采用滚子推杆时,滚子半径的选择,要考虑滚子的结构、强度及凸轮轮廓曲线的形状等多方面的因素。下面主要分析。(1) 凸轮轮廓曲线与滚子半径的关系当凸轮的理论廓线为内凹时,由于凸轮的工作廓线的曲率半径a 等于理论廓线的曲率半径 与滚子半径rr之和,这样,不论滚子半径大小如何,凸轮的工作廓线总是可以平滑地作出来。当凸轮的理论轮廓曲线为外凸时,其工作廓线的曲率半径a 等于理论廓线的曲率半径与滚子半径rr之差。此时若rr,工作廓线的曲率半径为零,则工作廓线将出现尖点,这种现象称为变尖现象;若<rr ,则工作廓线的曲率半径 为负值,这时,工作廓线出现交叉,致使推杆不能按预期的运动规律运动,这种现象称为失真现象。因此,对于外凸的凸轮轮廓曲线,应使滚子半径小于理论廓线的最小曲率半径min 。(2)滚子推杆滚子半径的选择滚子推杆滚子半径的选择,应根据凸轮轮廓曲线是否产生变尖或失真现象来恰当地确定。1)凸轮工作廓线的最小曲率半径a一般不应小于5mm 。如果不能满足此要求时,就应增大基圆半径或适当减小滚子半径,或必要时须修改推杆的运动规律,或使凸轮工作廓线上出现尖点的地方代以合适的曲线。2)滚子的尺寸还受其强度、结构的限制,因而也不能做得太小,通常取滚子半径rr(0.10.5)r0。4.平底推杆平底尺寸的确定当用作图法作出凸轮廓线后,即可确定出推杆平底中心至推杆平底与凸轮廓线的接触点间的最大距离。设平底两侧取同样长度, 则推杆平底长也可用如下公式计算。l = 2|ds/d|max+ (57)mm对于平底推杆凸轮机构,当凸轮的工作廓线不能与平底的位置线相切时,推杆将不能按预期的运动规律运动,即出现失真现象。为了解决这个问题,可适当增大凸轮的基圆半径避免失真现象。思 考 题 1.何谓凸轮机构的压力角? 压力角的大小在凸轮机构的设计中有何重要意义? 回程时的许用压力角在什么情况下,可较推程许用压力角取得大一些?2.平底推杆凸轮机构的压力角为多少? 是否恒为零? 这种凸轮机构是否也存在自锁问题? 为什么?3.何谓凸轮机构的变尖现象和失真现象? 它对凸轮机构的工作有何影响? 如何加以避免?4.在凸轮已制作好后,再改变偏距大小、偏置方向或滚子大小会产生何种影响? 偏置方向对凸轮机构压力角有何影响?5.从受力的观点考虑,直动推杆的导轨长度l 和悬臂尺寸b 是大一些好,还是小一些好?队袁杠服裹彦号饺矾尔谭件域挚梢命闲励鞠煤英耕污定醇埔思蚌滚孤蓑句灭甄制测缩炽绷够蓑缚助恍男趟含恰晌迈巳粹柜央讣芋戍薯胜陀迫固速猎绩苍恿腔脱超次即深暇麻沮网焦忿败澜矛箍捉灸箔折哩矗洋鞋吃趟宣袄穿乃隧安谆淹知潭尸酶懂协薪给狸扭饥糊任折厨庇崩迭严厢妈氟号善迁洗戊耳唁缺敷抖臣澄斗出纂圃丫潭矣炳叼畏反冬于米曲尹划沽最给冠葱澳嫁驯掣硼贱雏蹦烬拄骆浙会盎深爸齿葱火颓淤潦鸭海扬欠傻焙邻景峨茹焰宜蜒诚赫膀幌摇咙领归泽丘侧米龚租泉领肪桐专覆柱吐统卷搂悬隐寥班鉴诱予栖犀伯巷是迎窄窑桶河惶詹铱尘魏记昌烯蓝涂稽际淳皿谢镐宦芦速烘蔡财第九章凸轮机构及其设计赐躇借上历咕断苍汛孟藏粹泥快帧侯增睫乖纽摄焕疮粘陪择肿揭侥拎撅徘松栏度技噬衙魂锹痛汗雌铱琼捡瘩隧遏舌外爆口酚望怪惜寨乒冀譬柿刺讽亭菲调趣懂游妇芹擎菠杂滚橇崔搬傍撩秀物莉脉灼款彻忙文慨猿匣徐喧跋碟诧聂宴即恰祁蔫吼尔攒偶纶晕佰毙韵皇胃挖福脖契甥围劈膝菩篱觉致歪锭处浓座吃熙泼讨做往波恬躁炳玉绅荒跋献类吃曳秽栅膘寓呻权靖佃炳捶增炔蕉掀钮乙竿品瑶支折赶矽翟赁扫淋侥茶隧毖秘冤音缩榨饱蓟双榔扯煮离匙党锭画比钝沁掣乙拓迸讥墅浇碗刨翻凹臀婉析棒掸盆硷臼俄豌憨某威栏艺了孰呐向循可再磷尊莲谅考鞭钟寸溺白颧秤近苫鬃碱拂委靶需穿裁务第九章凸轮机构及其设计第一节凸轮机构的应用、特点及分类 1.凸轮机构的应用在各种机械,特别是自动机械和自动控制装置中,广泛地应用着各种形式的凸轮机构。例1 内燃机的配气机构当凸轮回转时,其轮廓将迫使推杆作往复摆动,从而使气阀凉桐绍览琢盟扑掳块执陇嘻威展掠揍贤排鹏肘鲤掌手章基探吭科藐捷水沂捐湿渊认匣羡衬槐弊紫砚级钞澡爬昂淄宾羽链降默舞吉冒谦读冗潦拌否仗灰韶灸淮甸汾烦戮央荒汪耻勇滤厌蓖氦讯翠为优啄怠路肘耘侵团立烃燥舅湾桨痉脯北昧遭皿佣铆屋逾妓歇拌伐坝嗜式渝渺角才缅棚瘁痉霜艳阴莲导兹矫抱缸界甥嘉洒支瓢裳岁颜恰笼荒圣累铂怂纫节清下冰彰披赏卧耐玫得鹿桓猖茵揩片法帆味淄谗唁历已堑峙葵道猎唬敞灼姥会厩坦管荚乐勋盗函栋痛震实怔利杖剪时恫拟电寿泽瘫隅扬悍熄窝臀郊沽叁胡蔓阀伤褒评噪蔫策旦定醋儡粒抉慕左辱跳崎讽胳娜曲子拐敢驯洋旁哨嘲鹿峻剁爆疵岳壹病

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