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機(jī)械原理課件:chapter4 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

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1、 第四章第四章凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)及其設(shè)計(jì)4-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類一、凸輪機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用一、凸輪機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用O1凸輪凸輪1從動件從動件2機(jī)架機(jī)架31滾輪凸輪機(jī)構(gòu)二二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類、凸輪機(jī)構(gòu)的分類(一)按凸輪的形狀分:(一)按凸輪的形狀分:盤形凸輪盤形凸輪移動凸輪移動凸輪圓柱凸輪圓柱凸輪滾輪凸輪機(jī)構(gòu)移動凸輪副空間凸輪24-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類(二)按從動件上高副元素的幾何形狀分:(二)按從動件上高副元素的幾何形狀分:尖頂從動件尖頂從動件滾子從動件滾子從動件平底從動件平底從動件 易磨損,傳力不易磨損,傳力不大的低速機(jī)構(gòu),大的低速機(jī)構(gòu),凸輪可內(nèi)凹凸

2、輪可內(nèi)凹耐磨損,承受較耐磨損,承受較大載荷,凸輪可大載荷,凸輪可內(nèi)凹內(nèi)凹易形成油膜,高易形成油膜,高速凸輪,外凸速凸輪,外凸(三)按從動件的運(yùn)動分:(三)按從動件的運(yùn)動分:擺動從動件擺動從動件移動從動件移動從動件偏置移動從動件偏置移動從動件對心移動從動件對心移動從動件尖頂凸輪機(jī)構(gòu)尖頂凸輪機(jī)構(gòu)(偏心)(四)按凸輪與從動件維持接觸(鎖合)的方式分:(四)按凸輪與從動件維持接觸(鎖合)的方式分:力鎖合力鎖合形鎖合形鎖合溝槽凸輪溝槽凸輪等寬凸輪等寬凸輪等徑凸輪等徑凸輪一、基本概念一、基本概念sCSSD2h行程行程推程運(yùn)動角推程運(yùn)動角遠(yuǎn)休止角遠(yuǎn)休止角回程運(yùn)動角回程運(yùn)動角近休止角近休止角Bos4-2 從動

3、件的運(yùn)動規(guī)律從動件的運(yùn)動規(guī)律DrbeABC凸輪的基圓:凸輪的基圓:向徑最小的圓向徑最小的圓該位置為初始位置該位置為初始位置凸輪 推程運(yùn)動角 遠(yuǎn)休止角 回程運(yùn)動角 近休止角從動件 上升h 遠(yuǎn)處停止 下降h 近處停止1. 等速運(yùn)動規(guī)律等速運(yùn)動規(guī)律推程的運(yùn)動方程:推程的運(yùn)動方程:/hs/hv0ahOSvOvOa 從動件在運(yùn)動起始位置和終止從動件在運(yùn)動起始位置和終止兩瞬時(shí)的加速度在理論上由零值突兩瞬時(shí)的加速度在理論上由零值突變?yōu)闊o窮大,慣性力也為無窮大。變?yōu)闊o窮大,慣性力也為無窮大。由此的沖擊稱為由此的沖擊稱為剛性沖擊。剛性沖擊。適用于適用于低速場合。低速場合。二、基本運(yùn)動規(guī)律二、基本運(yùn)動規(guī)律2 等加

4、速等減速運(yùn)動規(guī)律等加速等減速運(yùn)動規(guī)律推程等加速運(yùn)動的方程式為:推程等加速運(yùn)動的方程式為:222hs24hv224ha149410h1423560s0vvmax2/0amax-amaxa2/適用于中、低速場合。適用于中、低速場合。2/0等加速上升h/22/等減速h/2h9:4:13:2:1s在運(yùn)動規(guī)律推程的始末點(diǎn)和前后在運(yùn)動規(guī)律推程的始末點(diǎn)和前后半程的交接處,加速度雖為有限半程的交接處,加速度雖為有限值,但有突變。由此引起的沖擊值,但有突變。由此引起的沖擊稱為柔性沖擊。稱為柔性沖擊。3.余弦加速度運(yùn)動規(guī)律余弦加速度運(yùn)動規(guī)律)cos(1 2hs)sin(2hv)cos(2222ha1234560

5、s1 23456h 對對RDRD型運(yùn)動循環(huán),該運(yùn)動規(guī)律型運(yùn)動循環(huán),該運(yùn)動規(guī)律在推程的開始和終止瞬時(shí),從動件的在推程的開始和終止瞬時(shí),從動件的加速度仍有突變,故存在柔性沖擊。加速度仍有突變,故存在柔性沖擊。因此適用于中、低速場合。因此適用于中、低速場合。 對對RR型運(yùn)動,若推程、回程均為型運(yùn)動,若推程、回程均為余弦加速度規(guī)律,加速度曲線無突余弦加速度規(guī)律,加速度曲線無突變,因而無沖擊,可用于高速凸輪。變,因而無沖擊,可用于高速凸輪。vmaxa1 2 3456amax-amaxv1 23456cos22hhs,s三、組合運(yùn)動規(guī)律簡介三、組合運(yùn)動規(guī)律簡介 運(yùn)動規(guī)律組合時(shí)應(yīng)遵循以下原則:運(yùn)動規(guī)律組合時(shí)

6、應(yīng)遵循以下原則: (1)對于中、低速運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu),要求從動件)對于中、低速運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu),要求從動件的位移曲線在銜接處相切,以保證速度曲線的連續(xù)。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。即要求在銜接處的位移和速度應(yīng)分別相等。 (2)對于中、高速運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu),要求從動件)對于中、高速運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu),要求從動件的速度曲線在銜接處相切,以保證加速度曲線連續(xù),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。即要求在銜接處的位移、速度和加速度應(yīng)分別相等。1.修正梯形組合運(yùn)動規(guī)律修正梯形組合運(yùn)動規(guī)律a1 2 3 4

7、5 6 7 8oa0等加速等減速運(yùn)動規(guī)律等加速等減速運(yùn)動規(guī)律正弦加速度運(yùn)動規(guī)律正弦加速度運(yùn)動規(guī)律a0.1250.50.875修正梯形組合運(yùn)動規(guī)律修正梯形組合運(yùn)動規(guī)律四、從動件運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題四、從動件運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題(1)應(yīng)滿足機(jī)器工作的要求;)應(yīng)滿足機(jī)器工作的要求;(2)應(yīng)使凸輪機(jī)構(gòu)具有良好的運(yùn)動和動力性能;)應(yīng)使凸輪機(jī)構(gòu)具有良好的運(yùn)動和動力性能;(3)設(shè)計(jì)從動件運(yùn)動規(guī)律時(shí),應(yīng)考慮到凸輪輪廓的工藝)設(shè)計(jì)從動件運(yùn)動規(guī)律時(shí),應(yīng)考慮到凸輪輪廓的工藝 性要好性要好從動件質(zhì)量較大,為減少動量,選用從動件質(zhì)量較大,為減少動量,選用Vmax較小的運(yùn)動規(guī)律;較小的運(yùn)動規(guī)律;高速凸輪,為減小慣

8、性力,選用高速凸輪,為減小慣性力,選用amax較小的運(yùn)動規(guī)律較小的運(yùn)動規(guī)律 一、尖頂移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)一、尖頂移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)(1)按已設(shè)計(jì)好的運(yùn)動規(guī)律作出按已設(shè)計(jì)好的運(yùn)動規(guī)律作出 位移線圖;位移線圖;-(2)按基本按基本 尺寸作出凸輪機(jī)構(gòu)的尺寸作出凸輪機(jī)構(gòu)的 初始位置;初始位置;(3)按按- 方向劃分偏距圓得方向劃分偏距圓得 c0、 c1、c2等點(diǎn);并過這等點(diǎn);并過這 些點(diǎn)作些點(diǎn)作 偏距圓的切線,即為反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線;偏距圓的切線,即為反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線;c1c2c3c4c5c6c7c0erbO180B1B3B4B2B5B8(4)在各反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線上量取與位移在各反轉(zhuǎn)導(dǎo)路線上量取與位移 圖相應(yīng)的位移

9、,得圖相應(yīng)的位移,得B1、B2、 等點(diǎn),即為凸輪輪廓上的點(diǎn)。等點(diǎn),即為凸輪輪廓上的點(diǎn)。oS21801206012 3 4 5 67 8 910hB6c10c8c9B7120B9B1060B0 已知已知: 的轉(zhuǎn)向,的轉(zhuǎn)向,rb, e,s=s( ),4-3 按給定運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓按給定運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓-作圖法作圖法二、滾子從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)二、滾子從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計(jì)2滾輪凸輪機(jī)構(gòu)BxyrbB0輪廓曲線的設(shè)計(jì)步驟:輪廓曲線的設(shè)計(jì)步驟:理論輪廓曲線理論輪廓曲線實(shí)際輪廓曲線實(shí)際輪廓曲線(1)以滾子中心為尖底以滾子中心為尖底(稱為理論稱為理論輪廓輪廓););(2)滾子半徑為半徑作圓,包

10、絡(luò)線滾子半徑為半徑作圓,包絡(luò)線即為凸輪的輪廓曲線(即為凸輪的輪廓曲線(稱為實(shí)際輪稱為實(shí)際輪廓曲線廓曲線)。)。rr注意:注意:(1)理論輪廓與實(shí)際輪廓)理論輪廓與實(shí)際輪廓 互為等距曲線;互為等距曲線;(2)凸輪的基圓半徑是指理論)凸輪的基圓半徑是指理論 輪廓曲線的最小向徑。輪廓曲線的最小向徑。三、平底移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)三、平底移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)作圖法作圖法-sO2180120601 2 3 4 5 67891021180120平底凸輪機(jī)構(gòu)注意:平底長度4-4 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)-解析法解析法一、尖頂移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)一、尖頂移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu) 已知已知: 的轉(zhuǎn)

11、向,的轉(zhuǎn)向,rb, e,s=s( ),(1)取定取定oxy坐標(biāo),坐標(biāo),x或或y軸平行于導(dǎo)路軸平行于導(dǎo)路線,且使初始位置在第一象限;線,且使初始位置在第一象限;(4)寫出凸輪輪廓上點(diǎn))寫出凸輪輪廓上點(diǎn)B的坐標(biāo)。的坐標(biāo)。11cossinsincosBBBByxyx220ersbB1B- sxyOS0eB0rb注意:注意: 逆時(shí)針為正。逆時(shí)針為正。求凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)值。求凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)值。(二)尖頂擺動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)(二)尖頂擺動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu) 已知:已知: 的轉(zhuǎn)向,的轉(zhuǎn)向,rb,中心距中心距l(xiāng)OA=a,擺桿長,擺桿長L , ,)((1)取定取定oxy坐標(biāo),坐標(biāo),x或或y軸在軸

12、在O1O2 線上,且使初始位置在第一象限;線上,且使初始位置在第一象限;(4)寫出凸輪輪廓上點(diǎn)寫出凸輪輪廓上點(diǎn)B的坐標(biāo)。的坐標(biāo)。11cossinsincosBBBByxyx注意:注意: 逆時(shí)針為正。逆時(shí)針為正。LB0O1O2arb0B1Bxy- 求凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)值。求凸輪輪廓曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)值。二、滾子從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)二、滾子從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計(jì)步驟:輪廓曲線的設(shè)計(jì)步驟:(1)求出滾子中心在固定坐標(biāo)系求出滾子中心在固定坐標(biāo)系oxy中的軌跡中的軌跡 (稱為理論輪廓稱為理論輪廓););(2)再求滾子從動件凸輪的工作再求滾子從動件凸輪的工作輪廓曲線(輪廓曲線(稱為實(shí)際輪廓曲線稱為

13、實(shí)際輪廓曲線)。)。 理論輪廓曲線上點(diǎn)理論輪廓曲線上點(diǎn)B處的法線處的法線n-n的斜率:的斜率:ddyddxdydxtgBBBB/ 實(shí)際輪廓曲線上對應(yīng)點(diǎn)實(shí)際輪廓曲線上對應(yīng)點(diǎn)C點(diǎn)的點(diǎn)的坐標(biāo):坐標(biāo):xyrbB0nnBC理論輪廓曲線理論輪廓曲線實(shí)際輪廓曲線實(shí)際輪廓曲線rrxC=xB rrcos yC=yB rrsin 三、平底移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)三、平底移動從動件盤型凸輪機(jī)構(gòu)(1)選定)選定oxy坐標(biāo)如圖;坐標(biāo)如圖;xyO(2)寫出點(diǎn))寫出點(diǎn)B1的坐標(biāo);的坐標(biāo);TbTBBsropyx)( ,11(4)寫出凸輪輪廓上點(diǎn))寫出凸輪輪廓上點(diǎn)B的坐標(biāo)。的坐標(biāo)。11cossinsincosBBBByxyx注意

14、:注意: 逆時(shí)針為正。逆時(shí)針為正。B12SrbB1PP為構(gòu)件為構(gòu)件1、2的瞬心的瞬心v2=op. -4-5 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角是指從動件在高副接觸點(diǎn)所受的法向壓力與從動件在該點(diǎn)的線速度方向之間所加的銳角,常用表示。一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和自鎖一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和自鎖壓力角越小,機(jī)構(gòu)受力越好自鎖:自鎖: 當(dāng)當(dāng)a a角大到某一數(shù)值時(shí),角大到某一數(shù)值時(shí),必將會出現(xiàn)必將會出現(xiàn)F1rrmin min=rrminrr minrr滾子半徑選擇:小于外凸部分最小滾子半徑選擇:小于外凸部分最小曲率半徑,曲率半徑, rr 0.8 min曲率半徑計(jì)算式:ddydxddydddxddyddx22222/322計(jì)算機(jī)編程:給定一基圓半徑,根據(jù)公式計(jì)算最小曲率半徑 ,求得滾子半徑 1) 滾子半徑滿足強(qiáng)度等要求 ,計(jì)算實(shí)際輪廓尺寸等 2) 不滿足 ,增大基圓半徑,重新計(jì)算,直到 滿足條件

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