凸轮机构设计ppt课件

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1、安徽工程科技学院公用 潘存云教授 第八章第八章 凸轮机构设计凸轮机构设计81 凸轮机构的运用和类型凸轮机构的运用和类型82 从动件的运动规律从动件的运动规律83 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计84 凸轮机构根本尺寸确实定凸轮机构根本尺寸确实定1安徽工程科技学院公用 潘存云教授 8 81 1 凸轮机构的运用和类型凸轮机构的运用和类型组成：三个构件、盘组成：三个构件、盘(柱柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。状曲线轮廓、从动件呈杆状。作用：将延续回转作用：将延续回转 =从动件直线挪动或摆动。从动件直线挪动或摆动。优点：可精确实现恣意运动规律，简单紧凑。优点：可精确实现恣意运动规律，简单紧凑。缺陷：

2、高副，线接触，易磨损，传力不大。缺陷：高副，线接触，易磨损，传力不大。运用：内燃机运用：内燃机 、牙膏消费等自动线、补、牙膏消费等自动线、补 鞋机、配钥匙机等。鞋机、配钥匙机等。分类：分类：1)按凸轮外形分：盘形、按凸轮外形分：盘形、挪动、挪动、圆柱凸轮圆柱凸轮(端面端面)。2)按推杆外形分：尖顶、按推杆外形分：尖顶、滚子、滚子、平底从动件。平底从动件。特点：特点：尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；滚子滚子磨损小，运用广；磨损小，运用广；平底平底受力好、光滑好，用于高速传动。受力好、光滑好，用于高速传动。实例实例2安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教

3、授潘存云教授12刀架刀架o3).按从动件运动分：直动按从动件运动分：直动(对心、偏置对心、偏置)、摆动摆动4).按坚持接触方式分：按坚持接触方式分：力封锁重力、弹簧等力封锁重力、弹簧等内燃机气门机构内燃机气门机构机床进给机构机床进给机构几何外形封锁几何外形封锁(凹槽、等宽、等径、主回凸轮凹槽、等宽、等径、主回凸轮)3安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授潘存云教授潘存云教授潘存云教授r1r2r1+r2=constW凹凹槽槽凸凸轮轮主主回回凸凸轮轮等等宽宽凸凸轮轮等等径径凸凸轮轮优点：只需求设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得恣意的运动规律，且构造简单、紧凑、优点：只需求设计适当的轮廓曲线，

4、从动件便可获得恣意的运动规律，且构造简单、紧凑、设计方便。设计方便。缺陷：线接触，容易磨损。缺陷：线接触，容易磨损。4安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授绕线机构绕线机构3潘存云教授12A线线运用实例：运用实例：5安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授3皮带轮皮带轮5卷带轮卷带轮录音机卷带机构录音机卷带机构1放音键放音键2摩擦轮摩擦轮413245放音键放音键卷带轮卷带轮皮带轮皮带轮摩擦轮摩擦轮录音机卷带机构录音机卷带机构6安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授潘存云教授132送料机构送料机构7安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授ot s8 82 2 从动件的运动规律

5、从动件的运动规律凸轮机构设计的根本义务凸轮机构设计的根本义务:1)1)根据任务要求选定凸轮机构的方式根据任务要求选定凸轮机构的方式;名词术语：名词术语：一、从动件的常用运动规律一、从动件的常用运动规律基圆、基圆、推程运动角、推程运动角、基圆半径、基圆半径、推程、推程、远休止角、远休止角、回程运动角、回程运动角、回程、回程、近休止角、近休止角、行程。一个循环行程。一个循环r0h而根据任务要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。2)2)从动件的运动规律从动件的运动规律;3)3)合理确定构造尺寸合理确定构造尺寸;4)4)设计轮廓曲线。设计轮廓曲线。sDBCB shAhsstt8安徽工程科技学

6、院公用 潘存云教授 潘存云教授在推程起始点：在推程起始点：=0=0，s=0 s=0代入得：代入得：C0C00 0，C1 C1h/th/t推程运动方程：推程运动方程：s s h/t h/t v h/tstvah在推程终止点：在推程终止点：=t=t，s=hs=h+刚性冲击刚性冲击同理得回程运动方程：同理得回程运动方程：s sh(1-/t)h(1-/t)v-h/ta0a 01.1.等速运动规律等速运动规律9安徽工程科技学院公用 潘存云教授 2.等加等减速运动规律等加等减速运动规律位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。推程加速上升段边境条件：推程加速上升段边境条件

7、：起始点：起始点：=0=0，s=0 s=0，v v0 0中间点：中间点：=t/2=t/2，s=h/2 s=h/2 求得：求得：C0C00 0，C1 C10 0，C2C22h/2t2h/2t加速段推程运动方程为：加速段推程运动方程为：s 2h2/2tv 4h/2ta 4h2/2t10安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授ah/2tth/2推程减速上升段边境条件：推程减速上升段边境条件：终止点：终止点：=t=t，s=hs=h，v v0 0中间点：中间点：=t/2=t/2，s=h/2 s=h/2 求得：求得：C0C0h h，C1 C14h/t4h/t C2 C2-2h/2t-2h/2t减速段推

8、程运动方程为：减速段推程运动方程为：s h-2h(t)2/2t1sv-4h(t-)/2ta-4h2/2t235462h/02h/0柔性冲击柔性冲击4h2/204h2/203重写加速段推程运动方程为：重写加速段推程运动方程为：s 2h2 /2tv 4h/2ta 4h2/2tv11安徽工程科技学院公用 潘存云教授 同理可得回程等加速段的运动方程为：同理可得回程等加速段的运动方程为：s h-2h2/2tv-4h/2ta-4h2/2t回程等减速段运动方程为：回程等减速段运动方程为：s 2h(t-)2/2tv-4h(t-)/2ta 4h2/2t12安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授设计：潘存云

9、h0 s sa.余弦加速度余弦加速度(简谐简谐)运动规律运动规律推程：推程：s sh1-cos(/t)/2 h1-cos(/t)/2 v hsin(/t)/2ta 2h2 cos(/t)/22t 回程：sh1cos(/t)/2 v-hsin(/t)/2ta-2h2 cos(/t)/22t123456v vVmax=1.57h/20Vmax=1.57h/20在起始和终止处置论上在起始和终止处置论上a a为有限值，产生柔性冲击。为有限值，产生柔性冲击。12345613安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授 savh00.正弦加速度摆线运动规律正弦加速度摆线运动规律推程：推程：s sh/t-s

10、in(2/t)/2 h/t-sin(2/t)/2 vh1-cos(2/t)/ta2h2 sin(2/t)/2t 回程：sh1-/t+sin(2/t)/2 vhcos(2/t)-1/ta-2h2 sin(2/t)/2t无冲击无冲击vmax=2h/0amax=6.28h2/02123456r=h/2=2/0=2/014安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授设计：潘存云vs a hooo00三、改良型运动规律三、改良型运动规律将几种运动规律组合，以改善运动特性。将几种运动规律组合，以改善运动特性。+-正弦改良等速正弦改良等速v s a hooo0015安徽工程科技学院公用 潘存云教授 1.1.

11、凸轮廓线设计方法的根本原理凸轮廓线设计方法的根本原理8 83 3 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计2.2.用作图法设计凸轮廓线用作图法设计凸轮廓线1)1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮对心直动尖顶从动件盘形凸轮2)2)对心直动滚子从动件盘形凸轮对心直动滚子从动件盘形凸轮3)3)对心直动平底从动件盘形凸轮对心直动平底从动件盘形凸轮4)4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮偏置直动尖顶从动件盘形凸轮5)5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构摆动尖顶从动件盘形凸轮机构3.3.用解析法设计凸轮的轮廓曲线用解析法设计凸轮的轮廓曲线16安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授设计：潘存云一、凸轮廓线设计方法的根本原理

12、一、凸轮廓线设计方法的根本原理反转原理：反转原理：根据此原理可以用几何作图的方法根据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：设计凸轮的轮廓曲线，例如：给整个凸轮机构施以给整个凸轮机构施以-时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。O O-3311223 33 31 11 12 22 217安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授设计：潘存云60r0120-1知凸轮的基圆半径知凸轮的基圆半径r0，角速度，角速度和从动件的运动规律，设计该

13、凸和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。轮轮廓曲线。设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺ll作基圆作基圆r0r0。反向等分各运动角。原那么是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原那么是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点衔接成一条光滑曲线。将各尖顶点衔接成一条光滑曲线。1.1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮对心直动尖顶从动件盘形凸轮135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109二、图解法设计绘制盘形凸轮轮廓二、图解法设计绘制盘形凸轮轮廓 6012090901 3 5 78911

14、13 15s 9111312141018安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授2)2)对心直动滚子从动件盘形凸轮对心直动滚子从动件盘形凸轮设计：潘存云s 91113 151 3 5 78r0A120-1设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺ll作基圆作基圆r0r0。反向等分各运动角。原那么是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原那么是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点衔接成一条光滑曲线。将各尖顶点衔接成一条光滑曲线。135789111312142345 67 8910111213146090901876543214131

15、211109实际轮廓实际轮廓实践轮廓实践轮廓作各位置滚子圆的内作各位置滚子圆的内(外外)包络线。包络线。知凸轮的基圆半径知凸轮的基圆半径r0，角速度，角速度和从动件的运动规律，设计和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。该凸轮轮廓曲线。60120909019安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授3)3)对心直动平底推杆盘形凸轮对心直动平底推杆盘形凸轮设计：潘存云s 91113 151 3 5 78r0知凸轮的基圆半径知凸轮的基圆半径r0，角速度，角速度和从动件的运动规律，和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：设计步骤：选比例尺选比例尺ll作基圆作基圆r0r

16、0。反向等分各运动角。原那么是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原那么是：陡密缓疏。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。作平底直线族的内包络线。作平底直线族的内包络线。8765432191011121314-A13578911131214123456781514131211109 60120909020安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授设计：潘存云91113 151 3 5 78O OeA A知凸轮的基圆半径知凸轮的基圆半径r0，角速度，角速度和从动件的运动规律和偏心和从动件的运动规律和偏心距距e，设计该凸轮轮廓曲线。，设计该凸轮轮廓曲

17、线。4)4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮偏置直动尖顶从动件盘形凸轮13578911131214-612345781514131211109设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比例尺ll作基圆作基圆r0;r0;反向等分各运动角反向等分各运动角;确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置;将各尖顶点衔接成一条光滑曲线。将各尖顶点衔接成一条光滑曲线。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8 601209090s2 21安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授5)5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机

18、构摆动尖顶从动件盘形凸轮机构设计：潘存云120B111r0 601209090s 知凸轮的基圆半径知凸轮的基圆半径r0，角速度，角速度，摆杆长度，摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的间隔以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的间隔d，摆杆，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。12345 67 85678B1B2B3B4B5B6B7B860 90-dABl1 2 3 4B222B333B444B555B666B777A1A2A3A4A5A6A7A822安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授yxB0三三.用解析法设计凸轮的轮廓曲线用解析法设计凸轮的轮廓曲线例：偏

19、置直动滚子从动件盘形凸轮机构例：偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构由图可知：由图可知：s0 s0(r02-e2)1/2(r02-e2)1/2实践轮廓线为实际轮廓的等距线。实践轮廓线为实际轮廓的等距线。曲线恣意点切线与法线斜率互为负倒数：曲线恣意点切线与法线斜率互为负倒数：原理：反转法原理：反转法设计结果：轮廓的参数方程设计结果：轮廓的参数方程:x=x()x=x()y=y()y=y()x=(s0+s)sin+ecosy=(s0+s)cos-esin-esinetg=-dx/dy=(dx/d)/(-dy/d)=sin/cos(1)er0r0-rrr0s0snns0yx知：知：r0r0、rTrT、e e

20、、S=S()S=S()23安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授(x,y)rrnn对对(1)(1)式求导，得：式求导，得：dx/ddx/d(ds/d-e)sin+(s0+s)cos(ds/d-e)sin+(s0+s)cos式中式中:“对应于内等距线，对应于内等距线，“对应于外等距线。对应于外等距线。实践轮廓为实践轮廓为B点的坐标：点的坐标：x=y=x-rrcosy-rrsinyxB0eer0r0-rrr0s0snns0yx (dx/d)(dx/d)2+(dy/d)2 得：得：sin=sin=(dy/d)(dx/d)2+(dy/d)2cos=(x,y)(x,y)dy/d(ds/d-e)co

21、s-(s0+s)sin24安徽工程科技学院公用 潘存云教授 8 84 4 凸轮机构根本尺寸确实定凸轮机构根本尺寸确实定 上述设计廓线时的凸轮构造参数上述设计廓线时的凸轮构造参数r0、e、rr等，是预先给定的。实践上，这些参数也是等，是预先给定的。实践上，这些参数也是根据机构的受力情况能否良好、动作能否灵敏、尺寸能否紧凑等要素由设计者确定的。根据机构的受力情况能否良好、动作能否灵敏、尺寸能否紧凑等要素由设计者确定的。1.凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角2.凸轮基圆半径确实定凸轮基圆半径确实定3.滚子半径确实定滚子半径确实定25安徽工程科技学院公用 潘存云教授 B1.凸轮机构的压力角凸轮机构的压力

22、角vG压力角压力角-正压力与推杆上正压力与推杆上B点速度方向之间的夹角点速度方向之间的夹角FxFx机构发生自锁机构发生自锁F工程上要求：工程上要求：max 直动推杆：直动推杆：30摆动推杆：摆动推杆：3545回程：回程：7080提问：平底推杆提问：平底推杆？26安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授BO2.2.凸轮基圆半径确实定凸轮基圆半径确实定nnr0 r0 tg=s+r20-e2ds/d e式中：当导路与瞬心同侧时去式中：当导路与瞬心同侧时去“。对于直动推杆凸轮机构存在一个正确偏置的问题！对于直动推杆凸轮机构存在一个正确偏置的问题！留意：用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，故偏距留意：用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，故偏距 e 不能太大。不能太大。正确偏置：导路位于与凸轮旋转方向正确偏置：导路位于与凸轮旋转方向相反的位置。相反的位置。27安徽工程科技学院公用 潘存云教授 潘存云教授潘存云教授设计：潘存云aa任务轮廓的曲率半径，任务轮廓的曲率半径，实际轮廓的曲率半径，实际轮廓的曲率半径，rT rT滚子半径滚子半径rT rT aarT0rT rT rT aarT rT 轮廓正常轮廓正常外凸外凸rTaa对于外凸轮廓，要保证正常任务，应使：对于外凸轮廓，要保证正常任务，应使：rT min28