凸轮机构设计课件.pdf
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1、机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 第4章 凸轮机构及其设计第4章 凸轮机构及其设计 2009年9月27日2009年9月27日 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 第4章 凸轮机构及其设计第4章 凸轮机构及其设计 ? 从动件常用运动规律从动件常用运动规律 ? 图解法设计平面凸轮轮廓曲线图解法设计平面凸轮轮廓曲线 ? 解析法设计平面凸轮轮廓曲线解析法设计平面凸轮轮廓曲线 ? 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定 ? 圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构 ? 凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 4.1 凸轮机构的应用及分类4.1
2、凸轮机构的应用及分类 4.1.1 凸轮机构的组成4.1.1 凸轮机构的组成 ? 1 凸轮1 凸轮 ? 2 从动件2 从动件 ? 3 机架3 机架 高副机构 内燃机配气凸轮机构 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 自动机床进刀凸轮机构自动机床进刀凸轮机构 ? 当圆柱凸轮绕其轴线 转动时,通过其沟槽 与摆杆一端的滚子接 触,并推动摆杆绕固 定轴按特定的规律作 往复摆动,同时通过 摆杆另一端的扇形齿 轮驱动刀架实现进刀 或退刀运动。1-圆柱凸轮 2-摆杆 3-滚子 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 绕线机凸轮机构绕线机凸轮机构 ? 这种凸轮在运动中能 推动摆动从动件2实 现均匀
3、缠绕线绳的运 动学要求。 绕线机凸轮机构 1-凸轮 2-摆动从动件 3-线轴 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 4.1.2 凸轮机构的分类4.1.2 凸轮机构的分类 1. 按凸轮的形状分类1. 按凸轮的形状分类 盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮 盘形凸轮盘形凸轮:最基本的形式,结构简单,应用最为广泛最基本的形式,结构简单,应用最为广泛 移动凸轮移动凸轮:凸轮相对机架做直线运动:凸轮相对机架做直线运动 圆柱凸轮圆柱凸轮:空间凸轮机构:空间凸轮机构 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 2. 按从动件的形状分类2. 按从动件的形状分类 尖端从动件 尖端能以任意复杂的凸轮轮廓 保持接触,
4、从而使从动件实现 任意的运动规律。但尖端处极 易磨损,只适用于低速场合。 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 滚子从动件 平底从动件 凸轮与从动件之间为滚动摩 擦,因此摩擦磨损较小,可 用于传递较大的动力。 从动件与凸轮之间易形成油 膜,润滑状况好,受力平 稳,传动效率高,常用于高 速场合。但与之相配合的凸 轮轮廓须全部外凸。 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 3. 按从动件的运动形式分类3. 按从动件的运动形式分类 移动从动件摆动从动件 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 4.按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类4.按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类 (1)
5、 力封闭依靠从动件的重力、弹簧力或其他外 力使从动件与凸轮轮廓始终保持高副接触。 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 (2) 型封闭依靠凸轮与从动件的特殊几何结构来保 持两者始终接触 沟槽凸轮 : 通过其沟槽两侧的廓线 始终保持与从动件接触。 优点:封闭方式结构简单 缺点:加大了凸轮的尺寸和重量 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 等宽凸轮机构: 凸轮廓线上任意两条 平行切线间的距离都等于 框架内侧的宽度。 缺点缺点:从动件的运动规律的选择受到一定的限制, 当180范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确定 后,其余180内的凸轮廓线必须符合等宽原则 机械工程学院机械设计系机械
6、工程学院机械设计系 等径凸轮机构: 两滚子中心间的距 离始终保持不变。 两滚子中心间的距 离始终保持不变。 缺点: 从动件运动规律的选择受到一定的限制 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 共轭凸轮机构: 优点:克服了等宽、等径凸轮的缺点克服了等宽、等径凸轮的缺点 缺点:结构复杂,制造精度要求高结构复杂,制造精度要求高 一个凸轮推动从动 件完成正行程运动,另 一个凸轮推动从动件完 成反行程的运动 一个凸轮推动从动 件完成正行程运动,另 一个凸轮推动从动件完 成反行程的运动 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 4.2 从动件常用运动规律4.2 从动件常用运动规律 4.2.1 凸
7、轮机构的运动学设计参数 s D CB A 360 A h e A B C D O rb s s s s B K rK 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 ? 回程运动角回程运动角 ? 近休止角近休止角 ? 从动件运动规律从动件运动规律(从动件位移线图)从动件位移线图) 0 ? 基圆以凸轮轮廓的最小 向径r 基圆以凸轮轮廓的最小 向径rb b所作的圆所作的圆 ? 升程从动件上升的最大 距离h 升程从动件上升的最大 距离h ? 推程运动角推程运动角0 0 ? 远休止角远休止角s s s 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 4.2.2 从动件常用运动规律4.2.2 从动件常用运动
8、规律 1.等速运动1.等速运动 特点:特点:速度有突变,加速度理 论上由零至无穷大,从而使从 动件产生巨大的惯性力,机构 受到强烈冲击 速度有突变,加速度理 论上由零至无穷大,从而使从 动件产生巨大的惯性力,机构 受到强烈冲击刚性冲击 适应场合: 刚性冲击 适应场合:低速轻载低速轻载 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 2.等加速等减速(抛物线)运动2.等加速等减速(抛物线)运动 特点:特点:加速度曲线有突变,加 速度的变化率(即跃度j)在这些 位置为无穷大 加速度曲线有突变,加 速度的变化率(即跃度j)在这些 位置为无穷大柔性冲击柔性冲击 适应场合:适应场合:中速轻载中速轻载 s
9、h O 124563 O /2 v O 0 a /2 a j 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 3.简谐运动(余弦加速度运动)3.简谐运动(余弦加速度运动) 当质点在圆周上作匀速运动 时,它在该圆直径上的投影所构 成的运动规律简谐运动 = = cos1 2 h s 特点:有柔性冲击 适用场合:中速轻载(当从动件 作连续运动时,可用于高速) 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 4.摆线运动4.摆线运动 半径R=h/2的滚圆沿纵座 标作纯滚动,圆上最初位于座标 原点的点其位移随时间变化的规 律摆线运动 特点:无刚性、柔性冲击 适用场合:适于高速 s h 124563 12 3
10、 5 6 4 O O /2 O a v 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 5. 3-4-5多项式运动5. 3-4-5多项式运动 + = + = 543 6 15 10hs 特点:无刚性冲击、柔性冲击 适用场合:高速、中载 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 4.2.3 从动件运动规律的选择4.2.3 从动件运动规律的选择 1. 常用运动规律性能比较1. 常用运动规律性能比较 机械工程学院机械设计系机械工程学院机械设计系 2.从动件运动规律的选择原则2.从动件运动规律的选择原则 考虑因素:考虑因素: ?对运动规律的要求对运动规律的要求 ?凸轮的转速(动力特性和便于加工)凸轮
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