机械设计课件:第三章 凸轮机构

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机械设计基础 第三章 凸轮机构

机械设计基础 第三章 凸轮机构
s h 0
0

v
0 a +


0 -

机械设计基础——凸轮机构
等速运动(续)
回程(0’0) 运动方程: 位移方程: s h1 / 0 ' 速度方程: v h / 0 加速度方程:a 0

s h 0’
0
0
v

0 - -
s h 2h( 0 )
2
h
推程 运动方程:
s
h/2
0
0/2 0
0/2

s
v
2h
2

4 h
2 0
v
02 4h 2 a 02
0 a 0
运动线图 冲击特性:起、中、末点柔性冲击 适用场合:低速轻载

机械设计基础——凸轮机构
三、从动件运动规律的选择
实际使用时, 推程或回程的运动规律可采用单一运动规律 ,也可以 将几种运动规律复合使用。 1. 当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程,而对运 动规律无特殊要求时,主要考虑动力特性和便于加工 低速轻载时,便于加工优先; 速度较高时,动力特性优先。 2. 当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时: 转速较低时,首先满足运动规律,其次再考虑动力特性和加工 转速较高时,兼顾运动规律和动力特性,采用组合运动
t
0
推程
01
远休止
rb
0’
回程
02
近休止



C
回程,回程运动角0’ 近休止,近休止角02 行程(升程),h 运动线图: 从动件的位移、速度、加速度等随时 间t或凸轮转角j变化关系图
机械设计基础——凸轮机构

机械设计基础第3章凸轮机构

机械设计基础第3章凸轮机构

2)运动线图(推程):表3-1
s
h
3)运动特点:产生刚性冲击
ψ
∵ 从动件在运动开始和终止的瞬
Φ
t
时,因速度有突变,则加速度 v
a在理论上出现瞬时的无穷大,
hω/Φ
ψ
导致从动件突然产生非常大的 a
t
惯性力,因而使凸轮机构受到
ψ
极大的冲击,这种冲击称为刚
t
性冲击。
4)适用场合:低速运动或不宜单独使用。
ψ
点作各自的垂线与水平线,交点
v
Φ
即为s曲线上的点,光滑连接这
些点,得到s图。
ψ a
3)运动特点:产生柔性冲击
∵在首、末两点从动件的加速度
ψ
有突变,因此也有柔性冲击。
4)适用场合:中、低速运动。
4、正弦加速度(摆线)运动规律 从动件在运动过程中加速度呈正弦曲线规律变化。
1)运动方程:表3-1 s=h[ψ/Φ-sin(2πψ/Φ)/2π]
一、压力角α与作用力的关系
(前面已讲过)压力角α(或传动角γ)的大小反映 了机构传动性能的好坏。α↓( 或γ↑),机构的传动性能越好。
压力角α:作用在从动件上的驱动力 方向(即沿接触点处的法线方向)与该力 作用点的绝对速度方向之间所夹的锐角。 注意:对于滚子从动件,压力角要作在
理论廓线上。
F可分解为:F′= Fcosα——有效分力
4 2 3
1
图3-4
如图所示的靠模车削机 构,工件1转动时,并和靠模 板3一起向右移动,由于靠模 板的曲线轮廓推动,刀架2带 着车刀按一定的运动规律作 横向运动,从而车削出具有 曲线表面的手柄。
如图所示的绕线机构,当 具有凹槽的圆柱凸轮转动时, 迫使从动件作往复移动,从而 均匀地将线绕在轴上。

机械设计基础凸轮机构

机械设计基础凸轮机构

+ (2)移动凸轮 当盘形凸轮的回转中心趋于无
穷远时,则成为移动凸轮,当移动凸轮沿 工作直线往复运动时,推动从动件作往复 运动。如靠模车削机构。
+ (3)圆柱凸轮
3.2 凸轮的分类(2)
按从动件的形状分:尖底、滚子、平底。
滚子从动件
平底从动件
从动件与凸轮之间易形
凸轮与从动件之间为滚 成油膜,润滑状况好,受
F1=Fcosα (有效分力) F2=Fsin α(有害分力)
a ↑→ F2 ↑ F1 →效率η↓ 当 a 大于一定值, 将自锁. 一般, 推程 [a ] = 30 (移动)
35 — 45 (摆动) 回程无自锁 [a ' ] = 70~ 80

F F2 t
Q
t F1 ν
a

Q
a' 过大 将造成滑脱
3、 压力角 a 与基圆半径 r0
从动件尖顶被凸轮轮廓推动,以一定的
3、推程:运动规律由离回转中心最近位置A到达
最远位置B的过程。
4、行程:
从动件在推程中上升的最大位移h。
5、推程运动角:
与推程相应的凸轮转角δ0。 δ0= ∠AOB
O
B'
h
A
δs' D δ0
δ0 ' δs
w
B
C
6、远停程:
凸轮由B转动到C,从 动件在最远位置停止不 动。
3.2 凸轮的分类(4)
按凸轮与从动件维持接触的方式分:外力锁合(重 力、弹簧力、其他力)、几何锁合(通过几何形状来锁 合)
弹簧力锁合
重力锁合
几何锁合
滚子对心移动从动件盘形凸轮机构
机构中凸轮匀速旋转,带动从动件往复移动,滚子接触,摩擦阻 力小,不易摩擦,承载能力较大,但运动规律有局限性,滚子 轴处有间隙,不宜高速。

《机械设计原理》第3章凸轮机构

《机械设计原理》第3章凸轮机构

5’ 3’
1’
12’
13’ 14’
1 3 5 7 8 9 11 13 15
设计:潘存云
设计步骤小结:
①选比例尺μl作基圆rmin。 ②反向等分各运动角。原则是:陡密缓疏。
③确定反转后,从动件尖顶在各等份点的位置。
④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。
中南大学专用
作者: 潘存云教授
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮
回 凸 轮
作者:潘存云教授
优点:只需要设计适当的轮廓曲线,从动件便可获得
任意的运动规律,且结构简单、紧凑、设计方便。
缺点:线接触,容易磨损。
中南大学专用
作者: 潘存云教授
应用实例:
3
线 2 A 设计:潘存云 1
中南大学专用
绕线机构
作者: 潘存云教授
卷带轮
12 1 放 放音 音键 键
设计:潘存云
5
1.等速运动(一次多项式)运动规律 s2
在推程起始点:δ1=0, s2=0
在推程终止点:δ1=δt ,s2=h 代推入程得运: 动方C0=程0:, C1=h/δt
δt
v2
s2 =hδ1/δt
v2 a2
= =
hω1 0
/δt
同理得回程运动方程:
a2 刚性冲击 +∞
s2=h(1-δ1/δh ) v2=-hω1 /δh a =0 2 中南大学专用
5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构
中南大学专用
作者: 潘存云教授
一、凸轮廓线设计方法的基本原理
反转原理:
给整个凸轮机构施以-ω1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。

机械设计基础 第3章 凸轮机构

机械设计基础 第3章 凸轮机构

图4-16 “反转法”原理
3.3.1 偏置顶尖制动从动件盘形凸轮轮廓绘制
已知凸轮基圆半径rb,偏距e及偏置方位,凸轮以等角速度ω顺时针转动,从动件
的位移线图,试绘制凸轮轮廓。
3.3.2 直动滚子从动件盘形凸轮轮廓绘制
理论轮廓曲线η ——
滚子中心当作从动件的尖端,先按绘制 尖端从动件凸轮的步骤和方法绘出一条凸轮 轮廓曲线 。
圆称为基圆,基圆半径用r。表示。(2)推
从动件
程运动角如图3-7所示,主动件凸轮匀速转
动,从动件被凸轮推动直动,从动件的尖顶
以一定运动规律从最近位置运动到最远位置,
这一过程称为推程。从动件位移h称为升程
或升距,凸轮对应 转 过的 角 度币 称 为推 程 运 行程
动角。
远休止角﹐当凸轮继续回转时,由于凸轮的 向径不变,从动件的尖顶在最远位置划过凸 轮表面,保持不动,这一过程称为远停程, 此时凸轮转过的角度。称为远休止角。
s
h
δ0
δ
v
δ a
+∞
δ
刚性冲击 -∞
图4-13 等速运动规律线图
3.2.2 从动件常用的运动规律
2 等加速等减速运动规律
从动件在推程的前半段做等加速运动, 在后半段做等减速运动的运动规律, 称为 等加速等减速运动规律 从动件在推程的前半段为等加速,后半段 为等减速的运动规律,称为等加速等减速运动 规律。通常前半段和后半段完全对称,即两者 的位移相等,加速运动和减速运动加速度的绝 对值也相等。 等加速等减速运动规律的位移线图由两段 抛物线组成,而速度线图由两段斜直线组成。
s
h/2
1 23 4 5
δ0
v
2hω/δ0
h/2 6δ

《机械设计凸轮机构》ppt课件

《机械设计凸轮机构》ppt课件
3. min<rT时, '<0,实 践轮廓发生相交,无法实 现该运动规律。
为了使凸轮轮廓既不 变尖,又不相交,滚子半径 必需小于实际轮廓外凸部分 的最小曲率半径 min。
4、平底直动从动件盘形凸轮
〔1〕取平底与导路的交点A0为参 考点。
〔2〕把A0看作尖底,运用上述 方法找到A1、A2…
〔3〕过A1、A2…点作出一系 列平底,得到不断线族。 作出直线族的包络线,便得到 凸轮实践轮廓曲线。
2、以rmin为半径作基圆,基圆 与导路的交点A0,就是从动件尖 顶的起始位置
3、在基圆中,根据从动件运 动规律作出对应升程角δt 、 回程角δh、远休止角δs 和近 休止角δs'
4、根据从动件各对应角的等分 数等分基圆的角度,衔接基圆圆 心与等分点A1'、 A2'……并延伸 O A1'、 OA2'、……
O
B'
h
A δs' D
δt δs δh w
BC
偏置尖顶直动从动件盘形凸轮
二、从动件常用运动规律 1、匀速运动规律〔推程段〕
s2
h
δ1
O
δ1
t
v 2
O
a2

O
v0 δ1 t
δ1
t
-∞
刚性冲击:
由于加速度发生无穷大 突度而引起的冲击称为 刚性冲击。
2、等加速等减速运动规律
a0 h
0
s
1
4
9
4 1 O1 2 3 4 5 j
本章要求
§3-1 凸轮机构的运用和分类 一、凸轮机构的运用 二、凸轮机构的分类
一、凸轮机构的运用
1、凸轮机构组成: 凸轮是一个具有曲 线轮廓的构件。含 有凸轮的机构称为 凸轮机构。它由凸 轮、从动件和机架 组成。

03机械设计基础-凸轮机构

03机械设计基础-凸轮机构

图3-9 简谐运动
四、改进型运动规律简介
为了消除位移曲线上的折点,可将位移 线图作一些修改。如图3-10所示,将行程始、 末两处各取一小段圆弧或曲线OA及BC,, 并将位于曲线上的斜直线与这两段曲线相切, 以使曲线圆滑。当推杆按修改后的位移规律 运动时,将不产生刚性冲击。但这时在OA 及BC这两段曲线处的运动将不再是等速运动。
v2 r0 r s 2 s2 tan
显然,在其他条件不变的情况下,基 圆半径r0越小,压力角越大。基圆半径过 小,压力角会超过许用值而使机构效率太低 甚至发生自锁。因此实际设计中,只能在保 证凸轮轮廓的最大压力角不超过许用值的前 提下,考虑缩小凸轮的尺寸。
凸轮机构的优点:只需设计适当的凸轮轮廓, 便可使从动件得到所需的运动规律,结构简 单、紧凑、设计方便。
缺点:运动副为点接触或线接触,易磨损,所 以,通常多用于传力不大的控制机构。
二、凸轮机构的分类 • 按凸轮的形状分 1. 盘形凸轮 a) 移动凸轮 b) 2. 圆柱凸轮 c)
• 按从动件的形状分 1. 尖底从动件 a) 2. 滚子从动件 b) 3. 平底从动件 c)
图3-10 改进的等速运动位移曲线 思考:从动件的运动规律由什么决定? 从动件的运动规律取决于凸轮的外廓.
§3-3 盘状凸轮轮廓设计
根据工作条件要求,选定了凸轮机构的 型式、凸轮转向、凸轮的基圆半径和从动件 的运动规律后,就可以进行凸轮轮廓曲线的 设计。凸轮轮廓曲线的设计有图解法和解析 法。图解法简便易行、直观,但精确度低。 不过,只要细心作图,其图解的准确度是能 够满足一般工程要求的。解析法精确度较高, 但设计工作量大,可利用计算机进行计算。
( 3 )取 B1C1=11’ 、 B2C2=22’ 、 ... 得反转后尖 顶位置B1、B2、B3、...。

机械设计基础第三章凸轮机构PPT课件

机械设计基础第三章凸轮机构PPT课件
1凸轮
e
第8页/共39页
凸轮机构 ——由凸轮,从动件和 机架构成的三杆高副机构。
h
e
第9页/共39页
第10页/共39页
凸轮机构的分类
h
e
第11页/共39页
Байду номын сангаас
按从动件分: a.按从动件的运动分类
直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构
凹槽凸轮 滚子
h
e
第12页/共39页
b.按从动件的形状分类
滚子从动件 凸轮机构
第4页/共39页
凸轮机构的特点
凸轮机构的优点:
只要适当地设计凸轮的轮廓曲线, 便可使从动件获得任意预定的运 动规律,且机构简单紧凑。
h
凸轮机构的缺点:
凸轮与从动件是高副接触, 比压较大,易于磨损,故
这 动种 力e机 不构 大一 的般 场仅 合用 。于传递
第5页/共39页
小 结 按从动件的运动分类
第30页/共39页
1.偏心尖顶直动从动件
• 已知基圆半径及从动件位移曲线
第31页/共39页
直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
已知r0,偏心距e及从动件的运动规律
e
s
120 90 ° 90 ° 60 °
°
第32页/共39页
1.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制
s成的运动规律称为简谐运动 2
推程
位移 H
0
v2
a2
1(t)
速度
回程
1(t)
加速度
1(t)
第26页/共39页
三、其他运动规律
位移 S2 1(t) 曲线:
改进的等加速等减速运动规律 正弦运动规律 高次代数方程
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( 二 ) 从动件的运动规律
从动件位移与凸轮转角之间的关系曲线,称为从动件位移线图 从动件位移线图取决于凸轮轮廓曲线的形状 从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同的轮廓曲线
一. 等速运动 凸轮作等速运动
→从动件也作等速运动V2=C
启动瞬间: 速度由0 →V0, 终止瞬间: 速度由V0→0 ,
a 由0 →∞ a 由0→-∞
→刚性冲击
S h
V
a ∞
-∞
二. 简谐运动
点在圆周上作匀速运动, 它在这个 圆的直径上的投影所构成的运动。
凸轮作匀速运动, S2按余弦规律变 化→余弦加速度运动→始点与终点 有柔性冲击。
三. 正弦加速度运动(摆线运动)
优点: 无速度突变,也无加速度突变, 没有任何冲击→高速凸轮
缺点: 加速度最大值较大,惯性力较 大,加工精度要求高
§3-3 凸轮机构的压力角
压力角 从动件在高副接触点所受的法向压力与 从动件在该点的线速度方向所夹的锐角。
Fx Fy tan
自锁: 当有害分力Fx引起的摩擦阻力大于有用 分力Fy。
凸轮机构的压力角是凸轮设计的重要参数 运动过程中,压力角的大小是变化的。 凸轮机构的最大压力角要小于许用压力角
压力角与凸轮机构尺寸的关系
、从动件长LAB、从动杆运动规律
1.作位移曲线 4.-w等份基圆得从动杆的回转中心
2.等份S- 图 3.作基圆
5.量取相应转角
6.作轮廓线
w1
2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 A5
A4
L B0 B1
O
B2 AB
A0
B3 21 22 A1
23 A2
A3
设计凸轮注意事项
变尖
1.合理选择滚子的半径
→按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓 设计方法的原理
相对运动原理 (解析法、作图法)
反转法: 给整个机构加 -ω运动
凸轮不动, 机架反转, 推杆作复合运动
1.尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮:
已知:rmin、h、w1、从动杆运动规律 注意比例一致
凸轮转角 从动杆运动 解:1.作位移曲线(取比例μl)
0 180 等速上升 h
r: 滚子半径;
min:理论轮廓的最小曲率半径;
: 实际轮廓的曲率半径。
r 过大→凸轮工作
= min - r
廓线变尖或失真
r 要求 r < min
0
r 过小→滚子及滚
子销的强度会不够
r > min→失真
2.合理选用基圆半径 基圆半径↑→ 推程廓线平缓↑ 结构↑ →消除运动失真
消除运动失真:减小滚子半径或加大基圆半径
2.等份S2- 1图
180 210 上停程
3.作基圆(注意比例一致)
210 300 等速下降
4.-w 等份基圆得导轨
300 360
h S2
下停程
5.量取相应位移
Байду номын сангаас
6.作轮廓线 w1 h
11
10 9
8
0 1 2
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1
7 6 54
1800 3000 3600 2100
第三章 凸轮机构
§3-1 凸轮机构的应用和分类型 §3-2 从动件的常用运动规律 §3-4 图解法设计凸轮轮廓
§3-1 凸轮机构的应用和类型
凸轮:具有曲线轮廓的原动件 从动杆:运动规律受凸轮限制 机架
(一)特点和应用
凸轮:外型按一定运动规则 建立起来的构件,对从动件运动起着决定性作用。
优点: 可实现各种复杂的运动要求,结构简单、紧凑。 缺点:点、线接触,易磨损,不适合高速重载。
直动从动件盘形凸轮机构的压力角 度表达式
tan OP e ds d e
rb2 e2 s
rb2 e2 s
基圆半径越大,压力角越小。从传 力角度来看,基圆半径越大越好; 从结构紧凑的角度来看,基圆半径 越小越好。 在设计时,应在满足许用压力角 要求的前提下,考虑缩小凸轮的尺 寸。
§3-4 图解法设计凸轮轮廓
小结: 1.基本概念: ①术语:推程,回程,推程(回程)运动
角,远(近)休止角,升程,基圆,向径 ②运动线图
2.基本内容:①凸轮,从动件的分类 ②三种运动规律线图的绘制 ③对心直动从动件盘形凸轮轮廓的图
解法
适传递运动,不宜传递动力。
(二)分类 1)按照凸轮形状分类: 盘形、圆柱、移动 2)按照从动件形状分类: 尖顶、平底、滚子
注意:设法使凸轮与从动件始终保持接触 ←重力、弹簧力、凸轮上的凹槽。
凸轮的轮廓线是按照从动件的运动规律来设计的 →介绍常用的
§3-2从动件的常用运动规律
(一)凸轮运动常用术语
2.滚子(对心直动)从动件:
按尖顶从动件作凸轮轮廓线β0(理论轮廓) →以β0各点为圆心作圆(滚子半径为径)
→作这些圆的包络线β(实际轮廓)
理论廓线β0
实际廓线β
3.平底(对心直动)从动件 图3-14 p.46
按尖顶从动件作理论轮廓线一系列点A0,A1,A2,....
→过各点作作各位置的平底A0B0,A1B1,A2B2......
基圆:以轮廓的最小向径所作的圆rmin-基圆半径 推程:从动件从离回转中心最近→最远的这一过程。 升程h:推程所移动的距离。 推程运动角δ与t:推程对应
的凸轮转角。 回程;回程运动角δh 远休止角从δS动: 件 在最远不动转角BC。 近休止角δ最S′近: 位置不动的转角DA。
( 二 ) 从动件的运动规律
B10 A0 B0 A1 →作这些平底的包络线
A10
w1
B9
B1 A2 B2
→实际轮廓
A9
A3
B3
B8
A8
A4
B4
B7 A7
B6 A6
A5
B5
实际廓线β
摆动从动件盘形凸轮 轮廓的绘制: 图3-15
2 1
O
A
w1
rmin
LoA
O A0
A1
A2 A3
摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制
已知: 解:
rmin、LOA、w1
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