机械设计基础第五章凸轮机构ppt课件

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1、 5-1 凸轮机构的运用及分类 5-2 推杆的运动规律 5-3 凸轮轮廓曲线的设计 5-4 凸轮机构根本尺寸确实定根本要求根本要求:了解凸轮机构的类型及特点了解凸轮机构的类型及特点掌握从动件常用运动规律的特点掌握从动件常用运动规律的特点掌握凸轮机构根本尺寸确定的原那么掌握凸轮机构根本尺寸确定的原那么熟练掌握反转法原理并进展凸轮机构设计熟练掌握反转法原理并进展凸轮机构设计机械设计根底凸轮机构一、组成二、特点三、分类四、运用机械设计根底凸轮机构一、组成一、组成v由三个构件组成的一种高副机构由三个构件组成的一种高副机构v凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的构凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的构件件v推杆推杆/从动件，

2、运动规律由凸轮廓从动件，运动规律由凸轮廓线和运动尺寸决议线和运动尺寸决议v机架机架推杆凸轮机械设计根底凸轮机构二、特点二、特点优点：优点：实现各种复杂的运动要求实现各种复杂的运动要求构造简单、紧凑构造简单、紧凑设计方便设计方便缺陷：缺陷：点、线接触，易磨损，不适宜高速、重载点、线接触，易磨损，不适宜高速、重载推杆凸轮机械设计根底凸轮机构三、分类三、分类1 按凸轮的外形分2 按从动件的外形分3 按从动件的运动方式分4 按从动件的布置方式分5 凸轮机构的根本概念与参数推杆凸轮机械设计根底凸轮机构1 按凸轮的外形分按凸轮的外形分v盘形凸轮盘形凸轮,实例实例v凸轮呈向径变化的盘形凸轮呈向径变化的盘形v

3、构造简单构造简单,运用最广泛运用最广泛v挪动凸轮挪动凸轮v凸轮呈板型凸轮呈板型,直线挪动直线挪动v圆柱凸轮圆柱凸轮,实例实例v空间凸轮机构空间凸轮机构v凸轮轮廓做在圆柱体上凸轮轮廓做在圆柱体上v空间运动空间运动推杆凸轮凸轮推杆推杆凸轮机械设计根底凸轮机构2 按从动件的外形分按从动件的外形分尖顶推杆尖顶推杆 尖顶一直可以与凸轮轮廓坚尖顶一直可以与凸轮轮廓坚持接触，可实现复杂的持接触，可实现复杂的运动规律运动规律易磨损，只宜用于轻载、低易磨损，只宜用于轻载、低速速滚子推杆滚子推杆 耐磨、承载大，较常用耐磨、承载大，较常用平底推杆平底推杆 接触面易构成油膜，利于光接触面易构成油膜，利于光滑，常用于高

4、速运动滑，常用于高速运动配合的凸轮轮廓必需全部外配合的凸轮轮廓必需全部外凸凸尖顶推杆尖顶推杆滚子推杆滚子推杆平底推杆平底推杆平底推杆平底推杆机械设计根底凸轮机构3 按从动件的运动方式分按从动件的运动方式分v直动推杆直动推杆v往复挪动往复挪动v轨迹为直线轨迹为直线v摆动推杆摆动推杆v往复摆动往复摆动v轨迹为圆弧轨迹为圆弧尖顶推杆尖顶推杆滚子推杆滚子推杆平底推杆平底推杆直动推杆直动推杆摆动推杆摆动推杆机械设计根底凸轮机构4 按从动件的布置方式分按从动件的布置方式分v对心直动推杆对心直动推杆v偏置直动推杆偏置直动推杆尖顶推杆尖顶推杆滚子推杆滚子推杆机械设计根底凸轮机构v普通凸轮机构的命名原那么普通凸

5、轮机构的命名原那么:v布置方式布置方式+运动方式运动方式+推杆外形推杆外形+凸轮外形凸轮外形对心直动尖对心直动尖顶推杆盘形顶推杆盘形凸轮机构凸轮机构偏置直动滚偏置直动滚子推杆盘形子推杆盘形凸轮机构凸轮机构摆动平底推杆摆动平底推杆盘形凸轮机构盘形凸轮机构机械设计根底凸轮机构1 1、基圆：、基圆：凸轮实际轮廓上最小向径为半径所画的圆。凸轮实际轮廓上最小向径为半径所画的圆。6 6、凸轮机构的根本概念与参数、凸轮机构的根本概念与参数2 2、偏距、偏距e e：从动件导路偏离凸轮回转中心的间隔。从动件导路偏离凸轮回转中心的间隔。w wO Orminrminw wrminrminO Oe e机械设计根底凸轮

6、机构3 3、推程：、推程：4 4、升程：、升程：从动件尖顶被凸轮轮廓推进，以一定的从动件尖顶被凸轮轮廓推进，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 A到达到达最远位置最远位置B B的过程。的过程。从动件在推程中所走过的间隔从动件在推程中所走过的间隔h h。5 5、推程运动角：、推程运动角：6 6、远休止角：、远休止角：t=AOBt=AOB升程角升程角与推程相应的凸轮转角与推程相应的凸轮转角tt。S=BOCS=BOC从动件在最远位置停顿不动所对从动件在最远位置停顿不动所对应的凸轮转角应的凸轮转角ss。w wA AB B rminrminO OB BC CD Dttss

7、h h机械设计根底凸轮机构9 9、近休止角：、近休止角：8 8、回程运动角：、回程运动角：h=CODh=CODs=AODs=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。与回程相应的凸轮转角与回程相应的凸轮转角hh。从动件在最近位置停顿不动从动件在最近位置停顿不动所对应的凸轮转角所对应的凸轮转角ss。hhssw wA ABBrminO OB BC CD Dttssh h机械设计根底凸轮机构 以纵坐标代表从动件位移以纵坐标代表从动件位移s2 s2，横坐标代表凸轮转角，横坐标代表凸轮转角1

8、1或或t t，所画出的位移与转角之间的关系曲线。，所画出的位移与转角之间的关系曲线。1010、从动件位移线图：、从动件位移线图：上升上升停停降降停停t t11s2s2A AB BC CD Dh h2p2phhsstt ssA Ahhssw wA ABBrminrminO OB BC CD Dttssh h 从动件位移线图决议从动件位移线图决议于凸轮轮廓曲线的外形。于凸轮轮廓曲线的外形。机械设计根底凸轮机构1 1、推程：、推程：2 2、升程：、升程：3 3、推程运动角：推程运动角：4 4、运休止角：运休止角：7 7、近休止角：、近休止角：6 6、回程运动角：回程运动角：5 5、回程：回程：ABA

9、B偏置尖顶直动从动件盘形凸轮偏置尖顶直动从动件盘形凸轮 t t s s h h ssw wA ABBO OB BC CD Dh hCDCDh ht t s s h h ss 左图为自动机床中的横向进给机构，当凸轮等速回转一周时，凸轮的曲线外廓推进从动件带动刀架完成以下动作：车刀快速接近工件，等速进刀切削，切削终了刀具快速退回，停留一段时间再进展下一个运动循环。四、运用四、运用一、凸轮机构的运动过程二、推杆常用运动规律三、选择运动规律应留意的问题机械设计根底凸轮机构A一、凸轮机构的运动过程一、凸轮机构的运动过程v从动件的运动规律是指从动件的位移、速度、加速度等随从动件的运动规律是指从动件的位移、

10、速度、加速度等随时间时间t t或凸轮转角或凸轮转角j j变化的规律变化的规律v基圆基圆(以凸轮轮廓最小向径所组成的圆以凸轮轮廓最小向径所组成的圆)，基圆半径，基圆半径r0r0v推程，推程运动角推程，推程运动角0 0v远休止，远休止角远休止，远休止角01 01 v回程，回程运动角回程，回程运动角0 0 v近休止，近休止角近休止，近休止角02 02 v行程升程，行程升程，h hv运动线图运动线图:从动件的位移、速度、加速度等随从动件的位移、速度、加速度等随时间时间t t或凸轮转角或凸轮转角j j变化关系图变化关系图0 010 02r0 0推程推程 01远休止远休止 0回程回程 02近休止近休止ts

11、0BCDhA机械设计根底凸轮机构二、推杆常用运动规律二、推杆常用运动规律1 等速运动2 等加速等减速运动3 摆线运动v留意：留意：v为便于了解各种运动规律特性为便于了解各种运动规律特性,本章将运动规律单独运用于推本章将运动规律单独运用于推程或回程程或回程机械设计根底凸轮机构1 等速推程运动等速推程运动一次多项式运动规律一次多项式运动规律推程推程(00)运动方程：运动方程：位移方程：位移方程：速度方程：速度方程：加速度方程：加速度方程：v运动线图运动线图v冲击特性：始点、末点刚性冲击冲击特性：始点、末点刚性冲击v适用场所：低速轻载适用场所：低速轻载hs 0 0v 0a 0-0 /hs 0 /hv

12、 0a+机械设计根底凸轮机构等速回程运动续等速回程运动续回程回程(00)运动方程：运动方程：位移方程：位移方程：速度方程：速度方程：加速度方程：加速度方程：v运动线图运动线图v冲击特性：始点、末点刚冲击特性：始点、末点刚性冲击性冲击v适用场所：低速轻载适用场所：低速轻载01 /hs/0 hv0as 0v 0a 00-+-0h 机械设计根底凸轮机构2 等加速等减速运动等加速等减速运动二次多项式运动规律二次多项式运动规律v推程推程v运动方程运动方程:v运动线图运动线图v冲击特性：起、中、末点柔性冲击冲击特性：起、中、末点柔性冲击v适用场所：低速轻载适用场所：低速轻载2022 hs 20202 )(

13、hhss 00v 0a 0h/2h/20/20/2h204 hv 2024 ha 2004 )(hv2024 ha(00/2)(0/20)加速段加速段减速段减速段位移方程位移方程速度方程速度方程加速度方程加速度方程机械设计根底凸轮机构3 摆线运动摆线运动正弦加速度运动正弦加速度运动推程推程运动方程：运动方程：v运动线图运动线图v冲击特性：无冲击冲击特性：无冲击v适用场所：高速轻载适用场所：高速轻载av0 00 1 2 3 4 5 6 7 8shA2ph0 00221 sinhs0021 coshv020222 sinha机械设计根底凸轮机构三、选择运动规律应留意的问题三、选择运动规律应留意的问

14、题v实践运用时实践运用时,推程或回程的运动规律可采用单一运动规律推程或回程的运动规律可采用单一运动规律,也可以也可以将几种运动规律复合运用将几种运动规律复合运用v1.当机械的任务过程只需求推杆实现一定的任务行程，而对运当机械的任务过程只需求推杆实现一定的任务行程，而对运动规律无特殊要求时，主要思索动力特性和便于加工动规律无特殊要求时，主要思索动力特性和便于加工v低速轻载时，便于加工优先；低速轻载时，便于加工优先；v速度较高时，动力特性优先。速度较高时，动力特性优先。v2.当机械的任务过程对推杆运动规律有特殊要求时：当机械的任务过程对推杆运动规律有特殊要求时：v转速较低时，首先满足运动规律，其次

15、再思索动力特性和加工转速较低时，首先满足运动规律，其次再思索动力特性和加工v转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动机械设计根底凸轮机构一、凸轮廓线设计的根本原理二、作图法设计凸轮廓线机械设计根底凸轮机构AAAAAAAAAAA A A一、凸轮廓线设计的根本原理一、凸轮廓线设计的根本原理v解析法、作图法解析法、作图法v相对运动原理法相对运动原理法:(也称反转也称反转法法):v对整个系统施加对整个系统施加-w运动运动v此时，凸轮坚持不动此时，凸轮坚持不动v推杆作复合运动推杆作复合运动=反转运动反转运动(-)+预期运动预期运动(s)A Ar0-

16、r0机械设计根底凸轮机构二、作图法设计凸轮廓线二、作图法设计凸轮廓线v作图步骤：作图步骤：v1 根据从动件的运动规律：作出根据从动件的运动规律：作出位移线图位移线图S2-1，并等分角度，并等分角度v2 定基圆定基圆v3 作出推杆在反转运动中依次占作出推杆在反转运动中依次占据的位置据的位置v4 据运动规律，求出从动件在预据运动规律，求出从动件在预期运动中依次占据的位置期运动中依次占据的位置v5 将两种运动复合，就求出了从将两种运动复合，就求出了从动件尖端在复合运动中依次占动件尖端在复合运动中依次占据的位置点据的位置点v6 将各位置点联接成光滑的曲线将各位置点联接成光滑的曲线v7 在实际轮廓上再作

17、出凸轮的实在实际轮廓上再作出凸轮的实践轮廓践轮廓1 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构2 对心直动滚子推杆盘形凸轮机构机械设计根底凸轮机构1 对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构知：知：r0，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线设计：凸轮廓线解：解：1.定比例尺定比例尺l 2.初始位置及推杆位移曲线初始位置及推杆位移曲线3.确定推杆反转运动占据的各确定推杆反转运动占据的各位置位置4.确定推杆预期运动占据的各确定推杆预期运动占据的各位置位置5.推杆高副元素族推杆高副元素族6.推杆高副元素的包络线推杆高副元素的包络线s0h120060090

18、090机械设计根底凸轮机构2 对心直动滚子推杆盘形凸轮机构对心直动滚子推杆盘形凸轮机构知：知：r0，推杆运动规律，滚子半径，推杆运动规律，滚子半径rr,凸轮逆时针方向转动凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线设计：凸轮廓线解：解：1.定比例尺定比例尺l 2.初始位置及推杆位移曲线初始位置及推杆位移曲线注：两条廓线，实际实践廓线注：两条廓线，实际实践廓线实践廓线基圆实践廓线基圆rmin实际廓线基圆实际廓线基圆r03.确定推杆反转运动占据的各位置确定推杆反转运动占据的各位置4.确定推杆预期运动占据的各位置确定推杆预期运动占据的各位置5.推杆高副元素族推杆高副元素族6.推杆高副元素的包络线推杆高副元素的包

19、络线s0h120060090090实际轮廓实际轮廓实践轮廓实践轮廓机械设计根底凸轮机构3小结小结运用反转法时应留意：运用反转法时应留意：要能正确了解凸轮实践廓线和实际廓线的关系要能正确了解凸轮实践廓线和实际廓线的关系要正确确定推杆的反转方向要正确确定推杆的反转方向正确确定推杆在反转运动中占据的位置正确确定推杆在反转运动中占据的位置直动推杆：推杆在反转前后两位置线的夹角应等于凸轮的转角直动推杆：推杆在反转前后两位置线的夹角应等于凸轮的转角摆动推杆：反转前后推杆摆动中心和凸轮轴心的两连线之间的夹角摆动推杆：反转前后推杆摆动中心和凸轮轴心的两连线之间的夹角应等于凸轮的转角应等于凸轮的转角正确确定推杆

20、的位移或摆角正确确定推杆的位移或摆角直动推杆：位移等于推杆所在位置与实际廓线的交点和与基圆交点直动推杆：位移等于推杆所在位置与实际廓线的交点和与基圆交点之间的间隔之间的间隔摆动推杆：角位移等于推杆所在位置与推杆起始位置之间的夹角摆动推杆：角位移等于推杆所在位置与推杆起始位置之间的夹角机械设计根底凸轮机构一、压力角二、基圆半径的选择三、滚子半径确实定四、凸轮和滚子的资料五、凸轮的加工方法机械设计根底凸轮机构一、压力角与许用值sincos FFFFF1max1 ftgfFF即：自锁80)(45)(30回程：摆动，移动推程：二、凸轮基圆半径确实定 基圆半径越大，压力基圆半径越大，压力角越小，但构造尺

21、寸较大角越小，但构造尺寸较大22berseddstg (3)从动件偏置方向的选择22berseddstg 凸轮逆时针回转，从动件右偏置凸轮顺时针回转，从动件左偏置三、凸轮轮廓外形与滚子半径的关系外凸凸轮廓线0rr0minmin0min 0rr0minmin0min实践廓线出现尖点 0rr0minmin0min实践廓线出现交叉，从动件不能准确地实现预期的运动规律运动失真v内凹凸轮廓线 无论滚子半径多大，总能由实际轮廓求出实践轮廓。v运动失真v缘由：v防止方法：v滚子半径的选择v思索构造、强度与运动规律等要素rmin0min0min0大大)8.0(减小滚子半径brrr结论结论:内凹凸轮廓线：内凹凸

22、轮廓线：滚子半径无限制滚子半径无限制外凸凸轮廓线：外凸凸轮廓线：实际轮廓的最小曲率半径大于滚子半径实际轮廓的最小曲率半径大于滚子半径,即即minrr实践设计时，应保证实践设计时，应保证amin=min-rr a=35 mm机械设计根底凸轮机构四、凸轮和滚子的资料四、凸轮和滚子的资料凸轮的主要失效方式为磨损和疲劳点蚀。凸轮的主要失效方式为磨损和疲劳点蚀。对凸轮和滚子的资料要求：对凸轮和滚子的资料要求：任务外表硬度高任务外表硬度高耐磨耐磨有足够的外表接触强度有足够的外表接触强度凸轮芯部有较强的韧性凸轮芯部有较强的韧性常用的凸轮资料：常用的凸轮资料：40Cr 40Cr、20Cr 20Cr、40CrM

23、nTi 40CrMnTi常用的滚子资料：常用的滚子资料：20Cr 20Cr或者滚动轴承或者滚动轴承五、五、凸轮轮廓的加工凸轮轮廓的加工凸轮轮廓的加工方法通常有两种凸轮轮廓的加工方法通常有两种1.1.铣、锉削加工铣、锉削加工 对用于低速、轻载场所的凸轮，可以运用反转法原理在未淬火凸对用于低速、轻载场所的凸轮，可以运用反转法原理在未淬火凸轮轮坯上经过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手工锉削方法加工而成。轮轮坯上经过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手工锉削方法加工而成。必要时可进展淬火处置，但用这种方法那么凸轮的变形难以得到修正。必要时可进展淬火处置，但用这种方法那么凸轮的变形难以得到修正。2.2.数控加工数控加工 采用数控线切割机床对淬火凸轮进展加工，这是目前最常用的一采用数控线切割机床对淬火凸轮进展加工，这是目前最常用的一种凸轮加工方法。加工时运用解析法，求出凸轮轮廓曲线的种凸轮加工方法。加工时运用解析法，求出凸轮轮廓曲线的x,yx,y坐标，并将坐标，并将xOyxOy坐标系的原点换算成切割时的起点，而滚子半径相当于钼丝半径再加上坐标系的原点换算成切割时的起点，而滚子半径相当于钼丝半径再加上放电间隙。放电间隙。作业：5.3、5.6