凸轮机构PPT课件.ppt

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1、任务三任务三 凸轮机构凸轮机构一一.任务资讯任务资讯（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类 凸轮机构：凸轮机构：由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。凸轮：凸轮：具有控制从动件运动规律的某种曲线或凹槽的主动件。具有控制从动件运动规律的某种曲线或凹槽的主动件。作等速回转运动或往复移动。作等速回转运动或往复移动。凸轮凸轮1从动件从动件2机架机架3O11（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类1、凸轮机构的应用、凸轮机构的应用(Application of Cams)推杆凸轮机架1、凸轮机构的应用、凸轮机构的应用当圆柱

2、凸轮匀速转动时，通过凹槽中的滚子驱使从动件往当圆柱凸轮匀速转动时，通过凹槽中的滚子驱使从动件往复移动。凸轮每回转一周，从动件即从储料器中推出一个毛坯，复移动。凸轮每回转一周，从动件即从储料器中推出一个毛坯，送到加工位置。送到加工位置。（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类1、凸轮机构的应用凸轮机构的应用（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类优点：优点：优点：优点：（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类凸轮机构的优缺点凸轮机构的优缺点构件少，运动链短，结构简单紧凑，构件少，运动链短，结构简单紧凑，构件少，运动链短，结构简单紧凑，构件少，运动链短，结构简单

3、紧凑，易于设计；易于设计；易于设计；易于设计；可使从动件得到各种预期可使从动件得到各种预期可使从动件得到各种预期可使从动件得到各种预期的运动规律的运动规律的运动规律的运动规律。凸轮机构的优缺点凸轮机构的优缺点高副为点、线接触，易磨损；高副为点、线接触，易磨损；高副为点、线接触，易磨损；高副为点、线接触，易磨损；缺点缺点缺点缺点：所以凸轮机构多用在传递动力不大的所以凸轮机构多用在传递动力不大的所以凸轮机构多用在传递动力不大的所以凸轮机构多用在传递动力不大的场合场合场合场合。（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类2、凸轮机构的分类、凸轮机构的分类1）按凸轮的形状分：）按凸轮的形状分：

4、盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮(Translating Cam)平平面面凸凸轮轮平平面面凸凸轮轮2、凸轮机构的分类、凸轮机构的分类1）按凸轮的形状分：）按凸轮的形状分：圆柱凸轮圆柱凸轮（空间凸轮）（空间凸轮）3-13-1凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类2、凸轮机构的分类、凸轮机构的分类2）按从动件的形状分：）按从动件的形状分：尖顶从动件尖顶从动件 滚滚子子从动件从动件 平平底底从动件从动件2）按从动件的形状分：）按从动件的形状分：（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类3）按从动件的运动形式分：）按从动件的运动形式分：移

5、动从动件移动从动件偏置偏置移动从动件移动从动件对心对心移动从动件移动从动件（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类3）按从动件的运动形式分：）按从动件的运动形式分：摆动从动件摆动从动件力锁合力锁合4）按凸轮高副的锁合方式分：）按凸轮高副的锁合方式分：（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类（一）（一）凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类沟槽凸轮沟槽凸轮等宽等宽凸轮凸轮4）按凸轮高副的锁合方式分：）按凸轮高副的锁合方式分：形锁合形锁合(Profile Closure)。等径凸轮等径凸轮机构的命名机构的命名对心直动尖顶

6、从动件对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构盘形凸轮机构偏置直动滚子从动件偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构盘形凸轮机构一般凸轮机构的命名原则一般凸轮机构的命名原则:布置形式布置形式+运动形式运动形式+推杆形状推杆形状+凸轮形凸轮形状状 四四）按凸轮与从动件维持接按凸轮与从动件维持接 触（锁合）的方式分：触（锁合）的方式分：力锁合力锁合形锁形锁合合尖顶从动件尖顶从动件滚子滚子从动件从动件平底平底从动件从动件二）按从动件上高副元二）按从动件上高副元 素的几何形状分：素的几何形状分：摆动从动件摆动从动件移动从动件移动从动件偏置偏置移动从动件移动从动件对心对心移动从动件移动从动件三）三）按从动件的运动分按从动件

7、的运动分盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮一）按凸轮的形状分：一）按凸轮的形状分：凸凸轮轮机机构构的的分分类类小结：小结：二二.任务分析和计划任务分析和计划1、基圆基圆：凸轮轮廓上最小向径为半径所画的圆。凸轮轮廓上最小向径为半径所画的圆。2、偏距偏距e：从动件导路偏离凸轮从动件导路偏离凸轮回转中心的距离回转中心的距离e。（一）平面凸轮机构的工作过程和运动参数（一）平面凸轮机构的工作过程和运动参数3 3、推程推程：4 4、行程行程：从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的运动规律由离回转中心最近位置运动规律由离回转中心最近位置A到达到达最远位置最远位置B

8、的过程。的过程。从动件在推程中上升的最大位移从动件在推程中上升的最大位移h。5、推程运动角推程运动角：0=AOB与推程相与推程相应的凸的凸轮转角角0。0 sw wA ABBrminO OB BC CD D0sh7、远停程角远停程角：从从动件在最件在最远位置停止位置停止不不动所所对应的凸的凸轮转角角s。S=BOC6、远停程远停程：凸轮由凸轮由B转动到转动到C，从从动件在最件在最远位置停止不位置停止不动。0 sw wA ABBrminO OB BC CD D0sh9、近停程角近停程角：8、回程运动角回程运动角：0 =CODs=AOD7 7、回程回程：从动件在弹簧力或重力作用下，以一从动件在弹簧力或

9、重力作用下，以一定的运动规律回到起始位置的过程。定的运动规律回到起始位置的过程。与回程相与回程相应的凸的凸轮转角角0 。从从动件在最近位置停止不件在最近位置停止不动所所对应的凸的凸轮转角角s。hsw wA ABBrminO OB BC CD Dtsh10、近停程角近停程角：与回程相与回程相应的凸的凸轮转角角0 。以以纵纵坐坐标标代代表表从从动动件件位位移移s2，横横坐坐标标代代表表凸凸轮轮转转角角1或时间或时间t，所画出的图形为位移曲线图。所画出的图形为位移曲线图。11、从动件位移线图从动件位移线图：升升停停降降停停t1s2ABCDh2p2p0 s0sA0 sw wA ABBrminO OB

10、BC CD D0sh 从动件位移线图决定于从动件位移线图决定于凸轮轮廓曲线的形状。凸轮轮廓曲线的形状。（二）从动件常用的运动规律（二）从动件常用的运动规律n1.等速运动规律n2.等加速-等减速运动规律n3.简谐运动规律作推程运动线图作推程运动线图h 0s Ov O 0 v0a O 01.等速运动规律等速运动规律从动件在推程（或回程）的运动从动件在推程（或回程）的运动速度为常数的运动规律。速度为常数的运动规律。从从从从动动动动件件件件在在在在起起起起始始始始和和和和终终终终止止止止点点点点速速速速度度度度有有有有突突突突变变变变，使使使使瞬瞬瞬瞬时时时时加加加加速速速速度度度度趋趋趋趋于于于于无

11、无无无穷穷穷穷大大大大，从从从从而而而而产产产产生生生生无无无无限限限限值值值值惯惯惯惯性性性性力力力力，并并并并由此对凸轮产生冲击由此对凸轮产生冲击由此对凸轮产生冲击由此对凸轮产生冲击 刚性冲击刚性冲击因此只适用于低速、轻载的场合。因此只适用于低速、轻载的场合。1.等速运动规律等速运动规律hs O 0 0/2h/2v O 0 0/22h/0a O 0/24h 2/02 0 4h 2/021.等加速等加速-等减速运动规律等减速运动规律从动件在一个行程从动件在一个行程h中，前中，前半行程做等加速运动，后半半行程做等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规行程作等减速运动的运动规律。律。BAC2.等

12、加速等加速-等减速运动规律等减速运动规律等加速等减速运动规律运动特性：等加速等减速运动规律运动特性：从动件在运动起始、中点和终止点存在从动件在运动起始、中点和终止点存在柔性冲击；柔性冲击；适用于适用于中速、中载的中速、中载的场合；场合；从从从从动动动动件件件件在在在在起起起起点点点点、中中中中点点点点和和和和终终终终点点点点，因因因因加加加加速速速速度度度度有有有有有有有有限限限限值值值值突突突突变变变变而而而而引引引引起起起起推推推推杆杆杆杆惯惯惯惯性性性性力力力力的的的的有有有有限限限限值值值值突突突突变变变变，并并并并由由由由此此此此对对对对凸凸凸凸轮轮轮轮产生有限的冲击产生有限的冲击产

13、生有限的冲击产生有限的冲击柔性冲击柔性冲击s Oh 0 0/2 h/2 0 0 0/2v Oa O 0 0/2 2 2 h/2 02-2 2 h/2 02 3.3.3.3.余弦加速度运动规律：余弦加速度运动规律：余弦加速度运动规律：余弦加速度运动规律：从从动动件件加加速速度度在在起起点点和和终终点点存存在在有限值突变，故有有限值突变，故有柔性冲击柔性冲击;若若从从动动件件作作无无停停歇歇的的升升降降升升连连续续往往复复运运动动，加加速速度度曲曲线线变变为为连续曲线，可以避免柔性冲击连续曲线，可以避免柔性冲击;可适用于可适用于高速的高速的场合。场合。作业P48 (1)，(3)三三 任务实施任务实

14、施（一）本任务的学习目标（一）本任务的学习目标 图解法设计凸轮轮廓曲线 根据工作条件要求，根据工作条件要求，确定从动件的运动规律确定从动件的运动规律，选定凸，选定凸轮的轮的转动方向、基圆半径转动方向、基圆半径等，进而对等，进而对凸轮轮廓曲线进行凸轮轮廓曲线进行设计。设计。设计方法设计方法:1.图解法：图解法：简便易行、直观，但精度较低，可用于设计一简便易行、直观，但精度较低，可用于设计一般精度要求的凸轮机构。般精度要求的凸轮机构。2.解析法解析法:精度高，但计算量大，多用于设计精度要求较高精度高，但计算量大，多用于设计精度要求较高的凸轮机构。的凸轮机构。凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计es

15、B1B-B0rbS-1、图解法的原理、图解法的原理 假想给整个凸轮机构加上假想给整个凸轮机构加上一个与凸轮角速度一个与凸轮角速度 大小相等、大小相等、方向相反的方向相反的角速度（角速度（-），凸轮将处于静止状态；机架则凸轮将处于静止状态；机架则以以（-）的角速度围绕凸轮的角速度围绕凸轮原来的转动轴线转动；而从动原来的转动轴线转动；而从动件一方面随机架转动，另一方件一方面随机架转动，另一方面又按照给定的运动规律相对面又按照给定的运动规律相对机架作往复运动。机架作往复运动。反转法反转法1、图解法的原理（、图解法的原理（反转法反转法）凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计原机构原机构转化机构转化机构凸

16、轮凸轮从动件从动件机架机架 -=000-=-oS9012012 35 6 7h15048-2.凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计作图法作图法尖顶移动从动件盘型凸轮机构尖顶移动从动件盘型凸轮机构（1）选取适当的比例尺作出选取适当的比例尺作出 位移线图；位移线图；（2）按基本尺寸作出凸轮机构的按基本尺寸作出凸轮机构的 初始位置；初始位置；（3）按按-方向划分基圆周得方向划分基圆周得 c0、c1、c2 等等 点；并过这点；并过这 些点些点作射作射线，即为反转后的导路线；线，即为反转后的导路线；（4）在各反转导路线上量取与位移在各反转导路线上量取与位移 图相应的位移，得图相应的位移，得B1、B2 等等 点，即为

17、凸轮轮廓上的点。点，即为凸轮轮廓上的点。rbB0B1B2B4B8B5c1c2c4c5120c8B6B7c6c7c0c315090B3滚子从动件凸轮轮廓曲线的设计步骤：滚子从动件凸轮轮廓曲线的设计步骤：（1）画出滚子中心的轨画出滚子中心的轨迹迹（称为理论轮廓曲线称为理论轮廓曲线）（2）以以理论轮廓上的点理论轮廓上的点为为圆心，圆心，滚子半径滚子半径rT为半径作为半径作一系列的滚子圆，再画滚子一系列的滚子圆，再画滚子圆的内包络线，则为从动件圆的内包络线，则为从动件凸轮的凸轮的实际轮廓曲线实际轮廓曲线。注意：注意：（1）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；（2）凸轮的基

18、圆是指理论轮廓曲线上的基圆。凸轮的基圆是指理论轮廓曲线上的基圆。nnBCr0rT实际轮廓曲线实际轮廓曲线 理论轮廓曲线理论轮廓曲线对心平底直动从动件盘形凸轮对心平底直动从动件盘形凸轮图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线五五.任务拓展任务拓展 图解法可以简便地作出凸轮轮廓，但作图误差图解法可以简便地作出凸轮轮廓，但作图误差较大，不够精确，所以只适用于对从动件运动规律较大，不够精确，所以只适用于对从动件运动规律要求不太严格的地方。对于精度要求高的高速凸轮要求不太严格的地方。对于精度要求高的高速凸轮等，必须用解析法精确设计。等，必须用解析法精确设计。下一页1.解析法设计凸轮轮廓曲线解析法设计

19、凸轮轮廓曲线 用解析法设计凸轮轮廓的实质是建立凸轮轮廓用解析法设计凸轮轮廓的实质是建立凸轮轮廓曲线的数学方程式，进而准确地计算出凸轮轮廓线曲线的数学方程式，进而准确地计算出凸轮轮廓线上各点的坐标值，以便对凸轮进行加工和检验。上各点的坐标值，以便对凸轮进行加工和检验。偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计建立凸轮转轴中心的坐标系xOy根据反转法原理，凸轮以w转过j角；B点坐标为上式即为凸轮理论廓线方程 实际廓线与理论廓线在法线上相距滚子半径rT，则推出式中取“”号时为内等距曲线，取“”号时为外等距曲线1.1.用解析法设计凸轮机构用解析法设计凸轮机构 2.2.凸轮机构设计中应注意的几个问题凸轮机构设

20、计中应注意的几个问题 设计滚子从动件时若从强度和耐用性考虑，滚子设计滚子从动件时若从强度和耐用性考虑，滚子的半径应取大些。滚子半径取大时，对凸轮的实际轮的半径应取大些。滚子半径取大时，对凸轮的实际轮廓曲线影响很大，有时甚至使从动件不能完成预期的廓曲线影响很大，有时甚至使从动件不能完成预期的运动规律。运动规律。（1 1）滚子半径的选择）滚子半径的选择滚子半径的选择滚子半径的选择（1 1）滚子半径的选择）滚子半径的选择.凸轮理论轮廓为内凹时凸轮理论轮廓为内凹时 由图(a)可得 =min+rT 实际轮廓曲线曲率半径总大于理论轮廓曲线曲率实际轮廓曲线曲率半径总大于理论轮廓曲线曲率半径。因此，不论选择多

21、大的滚子，都能作出实际轮半径。因此，不论选择多大的滚子，都能作出实际轮廓曲线。廓曲线。当理论廓线外凸时当理论廓线外凸时(可分为三种情况可分为三种情况)r =r min-rT1)r min rT时 r 0这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线(如图b)2)r min=rT 时r =0，实际轮廓线变尖，极易磨损，产生失真(如图c)。3)r min rT 时r 0，即实际曲线出现交叉会出现严重失真(如图d)。（1 1）滚子半径的选择滚子半径的选择 一般推荐rT=0.8min。为了避免出现尖点，一般要求 min35mm。凸轮对从动件的作用力F的方向与从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角a称为压力角。（

22、2 2）压力角的校核）压力角的校核自锁：自锁：当当增大到一定程度后，以增大到一定程度后，以至于导路的摩擦阻力大于有效分力至于导路的摩擦阻力大于有效分力时，无论凸轮给予从动件多大的力，时，无论凸轮给予从动件多大的力，从动件都不能运动。从动件都不能运动。推荐压力角数值推荐压力角数值移动从动件a=30摆动从动件a=45回程中，一般不会有自锁现象，压力角取值为4.4.2 4.4.2 压力角的校核压力角的校核a=7080(3)基圆半径的确定基圆半径的确定 根据凸轮的结构确定根据凸轮的结构确定r rb b：在设计凸轮时，先根据条件确定在设计凸轮时，先根据条件确定基圆半径基圆半径rb。制成凸轮轴时，制成凸轮

23、轴时，rb=r+rT+(25)mm；单独制造凸轮时，单独制造凸轮时，rb=rh+rT+(25)mm。根据压力角确定根据压力角确定rb 诺模图 设：凸轮升程角设：凸轮升程角45o,max=30o,行程行程h=30mm,简谐运动，求基圆半径简谐运动，求基圆半径rb。解：过升程角解：过升程角45o和和max=30o画画直线相交于直径线上得直线相交于直径线上得h/rb=0.35所以，所以，rb=h/0.35=30/0.35=86mm下一页凸凸轮轮机机构构总总结结v凸轮机构的应用凸轮机构的应用v凸轮机构的分类凸轮机构的分类v推杆的常用运动规律推杆的常用运动规律v凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计设计方法所依据的基本原理设计方法所依据的基本原理反转法反转法设计方法：设计方法：图解法图解法、解析法、解析法v凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定滚子半径、滚子半径、基圆半径、压力角、基圆半径、压力角、等速运动等速运动等加速等减速运动等加速等减速运动简谐（余弦）运动规律简谐（余弦）运动规律n作业 P49 （7）（8）