机械原理-凸轮机构及其设计
机械原理第九章凸轮机构及其设计
凸轮的设计和参数选择
设计原则
凸轮的设计应考虑载荷、速度 和精度等因素,并满足运动学 和强度学的要求。
参数选择
凸轮的参数包括凸轮半径、凸 轮轴角度和凸轮顶点位置等, 应根据具体需求进行选择。
优化方法
通过数学模型和仿真分析,可 以优化凸轮的形状和参数,以 提高凸轮机构的性能。
凸轮机构的运动分析
1
转动运动
通过凸轮的旋转,实现机构的直线或曲线运动。
2
滑动运动
随着凸轮轮廓的变化,机构的接触点会产生水平或竖直方向的滑动运动。
3
摇摆运动
凸轮的摇杆或滚柱可以实现机构的摇摆运动。
凸轮机构的布置和设计原则
1 布置方式
根据机构的运动要求和空间限制,选择合适 的凸轮布置方式,如列状、行状或环状。
2 设计原则
在凸轮机构的设计过程中,要考虑机构的刚 度、强度和稳定性等因素,以提高机构的性 能。
凸轮机构的应用案例
发动机气门机构
凸轮机构用于控制发动机气门的 开闭,保证发动机的正常运行。
印刷机印版定位
凸轮机构用于实现印刷机印版的 准确定位,提高印刷质量。
纸张折叠机构
凸轮机构用于纸张折叠机构,实 现精确的折叠操作。
小结和要点
1 2 3 4
5
6
凸轮机构是一种常见的机械传动机构。 凸轮机构具有多种分类和特点。 凸轮的设计和参数选择需要考虑多个因素。 凸轮机构的运动分析可以通过几何和动力学方法 实现。 凸轮机构的布置和设计应根据具体要求进行选择。
凸轮机构在多个领域都有广泛应用。
凸轮机构是机械工程中常见的一种机构,用于将轮系运动转化为直线或曲线 的机械动作。它具有简单可靠的特点,广泛应用于各个领域。
机械原理课程教案—凸轮机构及其设计
机械原理课程教案—凸轮机构及其设计一、教学目标1. 让学生了解凸轮机构的定义、分类和应用。
2. 使学生掌握凸轮的轮廓曲线设计方法。
3. 培养学生分析、解决凸轮机构实际问题的能力。
二、教学内容1. 凸轮机构的定义及分类1.1 凸轮机构的组成1.2 凸轮机构的分类1.3 凸轮机构的应用2. 凸轮的轮廓曲线2.1 凸轮的轮廓曲线类型2.2 基圆、止点圆和顶点圆的概念2.3 凸轮轮廓曲线的设计方法3. 凸轮机构的设计步骤3.1 确定凸轮的类型和参数3.2 选择合适的凸轮材料3.3 设计凸轮的轮廓曲线3.4 计算凸轮的强度和寿命4. 凸轮机构的实际应用案例分析三、教学方法1. 采用讲授法,讲解凸轮机构的定义、分类和应用。
2. 利用多媒体演示法,展示凸轮机构的运动原理和设计方法。
3. 案例分析法,分析实际应用中的凸轮机构设计。
四、教学准备1. 教案、教材、多媒体课件。
2. 凸轮模型或图片。
五、教学过程1. 导入:简要介绍凸轮机构的定义和应用,激发学生的学习兴趣。
2. 讲解:详细讲解凸轮机构的分类、凸轮的轮廓曲线设计方法。
3. 演示:利用多媒体展示凸轮机构的运动原理和设计方法。
4. 实践:让学生分组讨论,分析实际应用中的凸轮机构设计案例。
6. 作业:布置相关练习题,巩固所学知识。
六、教学评估1. 课堂问答:通过提问方式检查学生对凸轮机构基本概念的理解。
2. 练习题:布置针对性的练习题,巩固学生对凸轮轮廓曲线设计和凸轮机构设计步骤的掌握。
3. 案例分析报告:评估学生对实际应用案例分析的能力,检查学生能否将理论知识运用到实际问题中。
七、拓展学习1. 介绍其他类型的凸轮机构,如摆动凸轮、复合凸轮等。
2. 探讨凸轮机构在现代机械设计中的应用和发展趋势。
八、课后作业1. 复习本节课的内容,重点掌握凸轮机构的分类、凸轮轮廓曲线的设计方法及设计步骤。
2. 分析课后练习题,加深对凸轮机构及其设计的理解。
九、课程回顾与展望2. 展望下一节课的内容,让学生对后续学习有所期待。
机械原理大作业凸轮机构设计
机械原理大作业凸轮机构设计一、凸轮机构概述凸轮机构是一种常见的传动机构,它通过凸轮的旋转运动,带动相应零件做直线或曲线运动。
凸轮机构具有结构简单、运动平稳、传递力矩大等优点,在各种机械设备中得到广泛应用。
二、凸轮基本结构1. 凸轮凸轮是凸起的圆柱体,通常安装在主轴上。
其表面通常为圆弧形或其他曲线形状,以便实现所需的运动规律。
2. 跟随件跟随件是与凸轮配合的零件,它们通过接触面与凸轮相互作用,并沿着规定的路径做直线或曲线运动。
跟随件可以是滑块、滚子、摇臂等。
3. 连杆连杆连接跟随件和被驱动部件,将跟随件的运动转化为被驱动部件所需的运动。
连杆可以是直杆、摇杆等。
三、凸轮机构设计要点1. 几何参数设计设计时需要确定凸轮半径、角度和曲率半径等参数,这些参数的选择将直接影响凸轮机构的运动规律和性能。
2. 运动规律设计根据被驱动部件的运动要求,选择合适的凸轮曲线形状,以实现所需的运动规律。
3. 稳定性设计在设计凸轮机构时,需要考虑其稳定性。
例如,在高速旋转时,可能会发生跟随件脱离凸轮或者产生振动等问题,因此需要采取相应措施提高稳定性。
4. 材料和制造工艺设计在材料和制造工艺方面,需要考虑凸轮机构所承受的载荷和工作环境等因素,选择合适的材料和制造工艺。
四、几种常见凸轮机构及其应用1. 摇臂式凸轮机构摇臂式凸轮机构由摇臂、连杆和被驱动部件组成。
它通常用于实现直线运动或旋转运动,并且具有结构简单、运动平稳等优点。
摇臂式凸轮机构广泛应用于各种机械设备中,如发动机气门控制系统、纺织设备等。
2. 滑块式凸轮机构滑块式凸轮机构由凸轮、滑块、连杆和被驱动部件组成。
它通常用于实现直线运动,并且具有结构简单、运动平稳等优点。
滑块式凸轮机构广泛应用于各种机械设备中,如冲压设备、印刷设备等。
3. 滚子式凸轮机构滚子式凸轮机构由凸轮、滚子、连杆和被驱动部件组成。
它通常用于实现圆弧形运动,并且具有运动平稳、传递力矩大等优点。
滚子式凸轮机构广泛应用于各种机械设备中,如汽车发动机气门控制系统等。
机械原理 4 凸轮机构及其设计
dS e
dS e
arctg d
arctg d
S S0
S r02 e2
η ——转向系数 δ ——从动件偏置方向系数
由式可知:r0↓α ↑
三、按轮廓曲线全部外凸的条件确定平底从动件盘形凸轮机构 凸轮的基圆半径
r0
0
b'
B1
B2 r0
B3
B0
B8
O
B7
§4-2 常用从动件的运动规律
一、几个概念 尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构 1、基圆:凸轮轮廓上最小矢径为半径的圆
2、偏距e:偏距圆
e
A
w
B
r0 O
C
D
h h
二、分析从动件的运动
行程:h(最大位移) 推程运动角:φ=BOB′=∠AOB1 运休止角:φS=∠BOC=∠B1OC1 回程运动角:φ′=∠C1OD 近休止角:φS′=∠AOD
f (x1, y1,) 2(x1
x) dx
d
2( y1
y) dy
d
0
联立求解x1和y1,即得滚子从动件盘形凸轮的实际廓线参数方程:
x1 x rT y1 y rT
dy / d
2
2
dx
d
dy
d
dx / d
b'' B6
B5 B4
四、滚子半径的选择
rT
rT C
rT
B
rT
' O
A '
'
滚子半径rT必须小于理论轮廓曲线外凸部分的
最曲率半径ρ
《机械原理》第四章凸轮机构与其设计
标准传动函数介绍
刚性机构的输入参数x转变为输出参数y仅 与机构几何学有关。此关系在数学上理解 为机构的传动函数y=y(x)
标准传动函数f(z)的单位为1,满足定义域 z∈[0,1],值域f(z) ∈[0,1],且满足边界条 件f(0)=0, f(1)=1。
当满足f(z)=1-f(1-z)时为对称标准传动函 数。
基本概念
行程
从动件往复运动的最大 位移,用h表示。
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第四章 凸轮机构及其设计
基本概念
推程
从动件背离凸轮轴心运 动的行程。
推程运动角
与推程对应的凸轮转角。
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第四章 凸轮机构及其设计
基本概念
回程
从动件向着凸轮轴心运 动的行程。
回程运动角
与回程对应的凸轮转角。
Knowledge Points
凸轮机构的组成 凸轮机构的分类 凸轮机构的优点、缺点
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第四章 凸轮机构及其设计
凸轮机构的组成
凸轮是具有曲线轮廓 或凹槽的构件
凸轮机构一般由凸轮、 从动件和机架三个构 件组成。
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第四章 凸轮机构及其设计
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状分类 按照从动件的型式分
形锁合
所谓形锁合型,是指 利用高副元素本身的 几何形状使从动件与 凸轮轮廓始终保持接 触。
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第四章 凸轮机构及其设计
凸轮机构的优点
结构简单、紧凑,占据空间较小;具有多 用性和灵活性,从动件的运动规律取决于 凸轮轮廓曲线的形状。对于几乎任意要求 的从动件的运动规律,都可以毫无困难地 设计出凸轮廓线来实现。
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机械原理第9章凸轮机构及其设计
第二十一页,编辑于星期日:十四点 分。
②等减速推程段:
当δ =δ0/2 时,s = h /2,h/2 = C0+C1δ0/2+C2δ02/4 当δ = δ0 时,s = h ,v = 0,h = C0+C1δ0+C2δ02
0 = ωC1+2ωC2δ ,C1=-2 C2δ0 C0=-h,C1= 4h/δ0, C2=-2h/δ02
如图所示,选取Oxy坐标系,B0 点为凸轮廓线起始点。当凸轮转过δ 角度时,推杆位移为s。此时滚子中 心B点的坐标为
x (s0 s) sin e cos
y
(s0
s) cos
A7
C8 A6 C7
w
A8
-w
A9
C9 B8 B9 B7 r0
C10
B12100 ° B0
O
B1 a B2
C1 L C2φ1φ0
A10 A0
φ
Φ
o
2
1
2 3 456
180º
7 8 9 10
60º 120º
δ
(1)作出角位移线图;
(2)作初始位置;
A5
C6
B6 B1580°B4
C4
C5
φ3
φC23
A1
↓对心直动平底推杆盘形凸 轮机构
↑偏置直动尖端推杆盘形凸轮机 构
第十一页,编辑于星期日:十四点 分。
↑尖端摆动凸轮机构
↓平底摆动凸轮机构
↑滚子摆动凸轮机构
第十二页,编辑于星期日:十四点 分。
(4)按凸轮与从动件保持接触的方式分
力封闭型凸轮机构
利用推杆的重力、弹簧力或其他外力使推杆与凸轮保持接
触的
此外,还要考虑机构的冲击性能。
机械原理_第4章__凸轮机构及其设计
图4.1 内燃机配气凸轮机构
图4.2
绕线机排线凸轮机构
图4.3所示为录音机卷带装置中的凸轮机构。工作时,凸 轮1处于图示最低位置,在弹簧5的作用下,安装于带轮轴上 的摩擦轮3紧靠卷带轮4,从而将磁带卷紧。停止放音时,凸 轮1随按键上移,其轮廓迫使从动件顺时针方向摆动,使摩 擦轮与卷带轮分离,从而停止卷带。
1. 多项式运动规律
多项式运动规律的一般形式为
s = C 0 + C 1δ + C 2 δ 2 + C 3δ 3 + L + C n δ n
式中, δ 为凸轮转角;s为从动件位 为凸轮转角;s C C C C C 移; 0 , 1 , 2 , 3 ,…, n 为待定常数,可利用边 界条件来确定。 常用的有一次(n=1)多项式(即等速运动规律) 常用的有一次(n=1)多项式(即等速运动规律);二次 (n=2)多项式(即等加速等减速运动规律);五次(n=5) (n=2)多项式(即等加速等减速运动规律);五次(n=5) 多项式运动规律。
图4.10 改进等速 运动规律
图4.11 改进等加速等减速 运动规律
【例4.1】 直动从动件凸轮机构。已知:从动件行程 h=20mm,推程运动角 δ t = 150° ,远休止角 δ s = 60°,回程 运动角 δ h = 120° ,近休止角 δ 's = 30° ;从动件推程、回程分 别采用简谐运动规律和摆线运动规律。试写出从动件一 个运动循环的位移、速度和加速度方程。 解:(1) 从动件推程运动方程。 推程段采用简谐运动规律,故将推程运动角 δ t = 150° 5π /6、行程h=20mm代入简谐运动规律推程运 = 动方程式,可推出
● 4.4 凸轮轮廓曲线的设计——解析法 凸轮轮廓曲线的设计——解析法 曲线的设计—— ●4.4.1 滚子直动从动件盘形凸轮机构 ●4.4.2 滚子摆动从动件盘形凸轮机构理论轮廓 曲线方程 ●4.4.3 平底直动从动件盘形凸轮机构 ●4.4.4 滚子直动从动件圆柱凸轮机构 ● 4.5 凸轮机构基本尺寸的确定 ●4.5.1 凸轮机构的压力角和自锁 ●4.5.2 凸轮基圆半径的确定 ●4.5.3 滚子半径的选择 ●4.5.4 平底从动件的平底尺寸的确定 ● 小结
机械原理-凸轮机构及其设计
第六讲凸轮机构及其设计(一)凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构1.组成:凸轮,推杆,机架。
2.优点:只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线,就可以使推杆得到各种预期的运动规律,而且机构简单紧凑。
缺点:凸轮廓线与推杆之间为点、线接触,易磨损,所以凸轮机构多用在传力不大的场合。
二、凸轮机构的分类1.按凸轮的形状分:盘形凸轮圆柱凸轮2.按推杆的形状分尖顶推杆:结构简单,能与复杂的凸轮轮廓保持接触,实现任意预期运动。
易遭磨损,只适用于作用力不大和速度较低的场合滚子推杆:滚动摩擦力小,承载力大,可用于传递较大的动力。
不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。
平底推杆:不考虑摩擦时,凸轮对推杆的作用力与从动件平底垂直,受力平稳;易形成油膜,润滑好;效率高。
不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。
3.按从动件的运动形式分(1)往复直线运动:直动推杆,又有对心和偏心式两种。
(2)往复摆动运动:摆动推杆,也有对心和偏心式两种。
4.根据凸轮与推杆接触方法不同分:(1)力封闭的凸轮机构:通过其它外力(如重力,弹性力)使推杆始终与凸轮保持接触,(2)几何形状封闭的凸轮机构:利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。
①等宽凸轮机构② 等径凸轮机构③共轭凸轮(二)推杆的运动规律一、基本名词:以凸轮的回转轴心O 为圆心,以凸轮的最小半径r0为半径所作的圆称为凸轮的基圆,r0 称为基圆半径。
推程:当凸轮以角速度转动时,推杆被推到距凸轮转动中心最远的位置的过程称为推程。
推杆上升的最大距离称为推杆的行程,相应的凸轮转角称为推程运动角。
回程:推杆由最远位置回到起始位置的过程称为回程,对应的凸轮转角称为回程运动角。
休止:推杆处于静止不动的阶段。
推杆在最远处静止不动,对应的凸轮转角称为远休止角;推杆在最近处静止不动,对应的凸轮转角称为近休止角二、推杆常用的运动规律1.刚性冲击:推杆在运动开始和终止时,速度突变,加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值,致使推杆产生非常大的惯性力,因而使凸轮受到极大冲击,这种冲击叫刚性冲击。
机械原理第6章 凸轮机构及其设计
优点: 1)从动件可以实现复杂运动规律。 2)结构简单、紧凑,能准确实现预期运动,运动特性好。 3)性能稳定,故障少,维护保养方便。 4)设计简单。 缺点: 凸轮与从动件为高副接触,易于磨损。由于凸轮的轮廓 曲线通常都比较复杂,因而加工比较困难。
2.凸轮机构的分类
盘形凸轮(图6-1)
(1)按凸轮的e and follo wer displacement(凸轮转角 与从动件的位移)
Fig.6-10 Motion of the follower(凸轮机构运动循环图)
6.2 从动件的运动规律及其设计
1.从动件的基本运动规律
(1)多项式类运动规律
1)一次多项式运动规律。
移动凸轮(图6-2)
圆柱凸轮(图6-3) 尖底从动件
(2)按从动件的形状分类
(图6-4)
滚子从动件
平底从动件
曲底从动件
(3)按从动件的运动形式分类
(图6-4、图6-5)
直动从动件 摆动从动件 力封闭方式(图6-6) 形封闭方式(图6-7)
(4)按凸轮与从动件维持高副接触的方式分类
Fig.6-2 Translating cam mechanisms(移动凸轮机构)
1.凸轮机构的相对运动原理
如图6-19a所示,在直动尖底从动件盘形凸轮机构中,当凸轮 以等角速度ω作逆时针方向转动时,从动件作往复直线移动。设 想给整个凸轮机构加上一个绕凸轮回转中心O的反向转动,使反 转角速度等于凸轮的角速度,即反转角速度为-ω。此时,凸轮 将静止不动,而从动件一方面随导路绕O点以角速度-ω转动,分 别占据B′1、B′2,同时又沿其导路方向作相对移动,分别占据B1、 B2等位置。因此,从动件尖底导路的反转和从动件相对导路移动 的复合运动轨迹,便形成了凸轮的轮廓曲线,这就是凸轮机构的 相对运动原理,也称反转法原理
机械原理课程设计凸轮机构设计说明书
全面探究凸轮机构设计原理及方法凸轮机构是一种常用的机械传动装置,通过凸轮和摆杆的配合组成,具有可逆性、可编程性和高精度的特点。
本文将从设计原理、设计方法和优化策略三个方面探究凸轮机构设计的要点。
一、设计原理
凸轮机构的设计原理是在摆杆与凸轮配合时,摆杆可以沿凸轮轮廓实现规定的运动规律,如直线运动、往返运动和旋转运动等。
凸轮可以根据运动轨迹、运动频率和运动速度等要求,通过凸轮轮廓的设计来完成。
凸轮轮廓的设计包括了初步设计、动力学分析、运动规划等步骤。
二、设计方法
凸轮机构的设计方法包括手工绘图及设计软件辅助。
手工绘图是传统的凸轮轮廓设计方法,适用于简单的凸轮机构,如往复式转动机构、转动转动机构等;而对于复杂的凸轮机构,可以利用计算机辅助设计软件,如ProEngineer、CATIA、AutoCAD等,进行三维建模、运动模拟和优化设计。
此外,对于凸轮机构的设计还需要考虑到强度计算、可靠性分析等相关问题。
三、优化策略
凸轮机构的设计优化策略主要包括凸轮轮廓的形状优化、摆杆的长度优化和机构传动效率的优化等。
凸轮轮廓的形状优化通常是通过
Cycloid、Involute、Bezier等曲线的拟合来实现;摆杆的长度优化可以通过数学模型来建立,利用遗传算法、粒子群算法等优化算法进行
求解;传动效率的优化可以通过轮廓优化、材料优化、润滑优化等途
径来进行。
凸轮机构的设计是机械工业中非常重要的一环,它涉及到运动学、动力学、力学等多个学科的知识,需要学习者在多方面进行深入研究
和实践。
通过对凸轮机构的深入探究,我们可以更好地理解机械原理
的精髓,提高机械设计的水平和能力。
机械原理课程教案—凸轮机构及其设计
一、教案概述机械原理课程教案—凸轮机构及其设计教学目标:1. 使学生了解凸轮机构的定义、分类和应用;2. 使学生掌握凸轮的轮廓曲线及其设计方法;3. 使学生熟悉凸轮机构的设计步骤和注意事项。
教学内容:1. 凸轮机构的定义和分类;2. 凸轮的轮廓曲线及其设计;3. 凸轮机构的设计步骤;4. 凸轮机构的应用实例。
教学重点:1. 凸轮机构的分类和应用;2. 凸轮的轮廓曲线及其设计方法;3. 凸轮机构的设计步骤。
教学难点:1. 凸轮的轮廓曲线的设计方法;2. 凸轮机构的设计步骤。
教学准备:1. 教学PPT;2. 凸轮机构的相关图纸和实例;3. 设计软件(如AutoCAD、SolidWorks等)。
教学方法:1. 讲授法:讲解凸轮机构的定义、分类和应用;2. 案例分析法:分析凸轮机构的设计实例;3. 实践操作法:引导学生利用设计软件进行凸轮机构的设计。
二、教学过程1. 导入:通过展示凸轮机构的实例,引导学生思考凸轮机构的定义和作用。
2. 讲解凸轮机构的定义、分类和应用。
3. 讲解凸轮的轮廓曲线及其设计方法。
4. 讲解凸轮机构的设计步骤。
5. 分析凸轮机构的设计实例。
6. 练习:引导学生利用设计软件进行凸轮机构的设计。
三、教学评价1. 课堂问答:检查学生对凸轮机构的定义、分类和应用的掌握情况。
2. 设计练习:评估学生对凸轮机构设计方法的掌握程度。
3. 课后作业:布置相关设计题目,检查学生对凸轮机构设计的实际操作能力。
四、教学拓展1. 介绍其他常见的机械传动机构,如齿轮传动、皮带传动等;2. 介绍凸轮机构的应用领域,如汽车、机械制造等。
五、教学资源1. 教学PPT;2. 凸轮机构的相关图纸和实例;3. 设计软件(如AutoCAD、SolidWorks等)。
六、教学进度安排1. 课时:2课时(90分钟);2. 教学环节:讲解、案例分析、练习。
六、教学内容6. 凸轮机构的动态特性分析a. 运动规律b. 压力角与传动角c. 凸轮与从动件的接触条件d. 凸轮机构的效率与功耗7. 凸轮机构的强度计算a. 凸轮的接触应力b. 从动件的弯曲应力c. 凸轮机构的疲劳寿命d. 安全系数的确定8. 凸轮机构的实验研究a. 实验目的与意义b. 实验设备与方法c. 实验结果分析9. 凸轮机构的设计案例分析a. 案例一:单凸轮机构设计b. 案例二:双凸轮机构设计c. 案例三:组合凸轮机构设计d. 案例讨论与总结10. 凸轮机构的应用与创新a. 凸轮机构的实际应用场景b. 凸轮机构在现代工业中的挑战与机遇c. 凸轮机构的设计创新d. 未来发展趋势与展望七、教学过程1. 导入:通过展示凸轮机构的动态特性实验,引导学生关注凸轮机构的动态特性分析。
机械原理课程教案—凸轮机构及其设计
机械原理课程教案—凸轮机构及其设计一、教学目标1. 使学生了解凸轮机构的分类、工作原理和应用。
2. 培养学生掌握凸轮机构的设计方法和步骤。
3. 提高学生分析问题和解决问题的能力。
二、教学内容1. 凸轮机构的分类及工作原理凸轮机构的分类凸轮的工作原理凸轮机构的应用2. 凸轮的轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线的基本原理常用凸轮轮廓曲线的特点及应用凸轮轮廓曲线的设计方法3. 凸轮的压力角和基圆半径的选择压力角的定义及作用基圆半径的计算方法压力角和基圆半径的选择原则4. 凸轮机构的设计步骤确定凸轮的类型和参数选择合适的轮廓曲线计算压力角和基圆半径校核凸轮的强度和运动性能5. 凸轮机构的设计实例实例分析设计过程演示结果讨论和评价三、教学方法1. 采用讲授法,讲解凸轮机构的基本概念、设计方法和步骤。
2. 利用多媒体演示凸轮机构的工作原理和设计过程。
3. 引导学生进行实例分析,培养学生的实际设计能力。
4. 开展课堂讨论,提高学生的思考和表达能力。
四、教学环境1. 教室环境:宽敞、明亮,配备多媒体教学设备。
2. 教学材料:教案、PPT、参考书籍、设计实例。
五、教学评价1. 课堂参与度:观察学生在课堂上的发言和讨论情况,评价学生的积极性。
2. 作业完成情况:检查学生提交的凸轮机构设计作业,评价学生的理解和应用能力。
3. 期末考试:设置有关凸轮机构设计的题目,评价学生对课程知识的掌握程度。
六、教学活动1. 课堂讲解:讲解凸轮机构的基本概念、分类、工作原理和应用。
2. PPT演示:通过PPT展示凸轮机构的工作原理和设计过程。
3. 实例分析:分析典型凸轮机构设计实例,引导学生掌握设计方法和步骤。
4. 小组讨论:分组讨论凸轮机构设计中的问题,培养学生的团队协作能力。
5. 作业布置:布置凸轮机构设计相关作业,巩固所学知识。
七、教学资源1. PPT:制作精美的凸轮机构教学PPT,展示图片、图表和实例。
2. 参考书籍:提供有关凸轮机构设计和应用的参考书籍,方便学生查阅。
机械原理第四章凸轮机构及其设计
组合运动规律
组合后的从动件运动规律应满足的条件: 1. 满足工作对从动件特殊的运动要求。 2. 各段运动规律的位移、速度和加速度曲线在连接点处其值应分别相等,避免刚性冲击和柔性冲击
,这是运动规律组合时应满足的边界条件。 3. 应使最大速度vmax和最大加速度amax的值尽可能小,以避免过大的动量和惯性力对机构运转造成
摆动从动件盘形凸轮廓线的设计
(1)选取适当的比例尺,作出从动件的位移线图,并将推程和回程区 间位移曲线的横坐标各分成若干等份。与移动从动件不同的是,这 里纵坐标代表从动件的摆角, 单位角度。
移动从动件盘形凸轮廓线的设计
若同时作出这族滚子圆的内、外包络线 h'和 h" 则形成槽凸轮的轮廓曲线。
由上述作图过程可知,在滚子从动件盘形凸 轮机构的设计中,r0指的是理论廓线的基圆半 径。需要指出的是,从动件的滚子与凸轮实 际廓线的接触点是变化的。
移动从动件盘形凸轮廓线的设计
偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构具体设计 步骤演示
凸轮廓线设计的基本原理
反转时,凸轮机构的运动: 凸轮固定不动,而让从动件连同导路一起 绕O点以角速度(-ω)转过φ1角 。 此时从动件将一方面随导路一起以角速度 (-ω)转动,同时又在导路中作相对移动 ,运动到图中粉红色虚线所示的位置,从 动件向上移动的距离与前相同。 从动件尖端所占据的位置 B 一定是凸轮轮 廓曲线上的一点。若继续反转从动件,可 得凸轮轮廓曲线上的其它点。
基本概念
偏距 凸轮回转中心至从动件导路的偏置距离 e。
偏距圆 以e为半径作的圆。
基本概念
行程 从动件往复运动的最大位移,用h表示 。
基本概念
推程 从动件背离凸轮轴心运动的行程。
机械原理 第 章 凸轮机构及其设计
13 14
1) 将位移曲线若干等分;
2) 沿-w方向将偏距圆作相应等分;
3) 沿导路方向截取相应的位移,得 到一系列点;
4) 光滑联接。
5)偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构
取长度比例尺l绘图
s
h
w h/2
13 12 11
10 w
9
8 7
14 1 2
3 4 5 6
O 1 2 3 /2 5 6 7 5 /4 10 11 127 /4 2
↑对心直动尖端推杆盘形 凸轮机构
↓对心直动滚子推杆盘形 凸轮机构
↑偏置直动尖端推杆盘形凸 轮机构
↓对心直动平底推杆盘形 凸轮机构
↑尖端摆动凸轮机构 ↓平底摆动凸轮机构
↑滚子摆动凸轮机构
(4)按凸轮与从动件保持接触的方式分 力封闭型凸轮机构
利用推杆的重力、弹簧力或其他外力使推杆与凸轮保持 接触的
刚性冲击 柔性冲击 无冲击 柔性冲击 无冲击
适用场合
低速轻载 中速轻载 高速中载 中低速中载 中高速轻载
除上述以外,还有其它运动规律,或将上述常用运动规律组 合使用。如“改进梯形加速度运动规律”、“变形等速运动规 律”。
3.推杆运动规律的选择
1)只要求当凸轮转过某一角度δ0时,推杆完成一行程h或φ。
4
89
13 14
取长度比例尺l绘图
14 1
13
2
12 w
3
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4
10
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7
实际廓线
理论廓线
4)偏置直动尖端推杆盘形凸轮机构
取长度比例尺l绘图
s
h
w h/2
13 12 11
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9
凸轮机构及其设计PPT课件
产生非常大的惯性力。 柔性冲击——由于加速度发生有限值的突变,导致从动件产生有限值的惯性
力突变而产生有限的冲击。
压力角、许用压力角 ——从动件在高副接触点所受的法向力与从动件该 点的速度方向所夹锐角α 。压力角过大时,会使机 构的传力性能恶化。工程上规定其临界值为许用压 力角[α]。不同的机器的许用压力角要求不同,凸轮 机构设计时要求 α ≤ [α]。
2) 摆动从动件的压力角
如下图所示, ω1和ω2同向,P点是瞬心点,过 P作垂直于AB延长线得D。由ΔBDP得
tanα =BD/PD
(2)
由ΔADP得
BD =AD-AB= APcos(ψ0 +ψ)-l
P
PD= APsin(ψ0 +ψ)
n
由瞬心性质有 AP ω2 =OP ω1 = (AP-a) ω1
解得
s=h[1-φ/Φ’ +sin(2πφ/Φ’)/2π] v=hω[cos(2πφ/Φ’)-1]/Φ’ a=-2πhω2 sin(2πφ/Φ’)/Φ’2
特点:无冲击,适于高速凸轮。
s
Φ v a
.
h φ
Φ’
φ
φ
21
改进型运动规律
单一基本运动规律不能满足工程要求时,
分别取一、二、五次项,就得到相应幂次的运动规律。
基本边界条件
凸轮转过推程运动角Φ ——从动件上升h 凸轮转过回程运动角Φ’——从动件下降h
将不同的边界条件代入以上方程组,可.求得待定系数Cபைடு நூலகம் 。
16
1) 一次多项式(等速运动)运动规律 边界条件
在推程起始点: φ =0, s=0 在推程终止点: φ =δ0 ,s=h 代入得:C0=0, C1=h/Φ
机械原理课程教案—凸轮机构及其设计
机械原理课程教案—凸轮机构及其设计一、教学目标及基本要求1.了解凸轮机构的基本结构特点、类型及应用,学会根据工作要求和使用场合选择凸轮机构。
2.了解凸轮机构的设计过程,对凸轮机构的运动学、动力学参数有明确的概念。
3.掌握从动件常用运动规律的特点及适用场合,了解不同运动规律位移曲线的拼接原则与方法。
4.掌握凸轮机构基本尺寸设计的原则,学会根据这些原则确定移动滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径、滚子半径和偏置方向,摆动从动件盘形凸轮机构的摆杆长、中心距以及移动平底从动件平底宽度。
5.熟练掌握应用反转法原理设计平面凸轮廓线,学会凸轮机构的计算机辅助设计方法。
二、教学内容及学时分配第一节概述第二节凸轮机构基本运动参数设计第三节凸轮机构基本尺寸设计(第一、二、三节共2学时)第四节凸轮轮廓曲线设计(1.5学时)第五节凸轮机构从动件设计(1学时)第六节凸轮机构的计算机辅助设计(0.5学时)三、教学内容的重点和难点重点:1.凸轮机构的型式选择。
2.从动件运动规律的选择及设计。
3.盘形凸轮机构基本尺寸的设计,凸轮轮廓曲线设计的图解法和解析法。
4.从动件的设计,包括高副元素形状选择,滚子半径和平底宽度的确定。
难点:凸轮轮廓曲线设计的图解法四、教学内容的深化与拓宽空间凸轮机构与高速凸轮机构简介。
五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题充分利用多媒体教学手段,围绕教学基本要求进行教学。
在教学过程中应强调凸轮机构的运动学参数与结构参数的概念及其选用设计;应用反转法原理进行凸轮轮廓曲线的图解法设计时凸轮转角的分度,要注意从动件反转方向;正确确定偏置移动从动件凸轮机构在反转过程中从动件所依次占据的位置线;滚子从动件凸轮机构理论轮廓曲线与实际轮廓曲线的联系和区别等。
要注意突出重点,多采用启发式教学以及教师和学生的互动。
六、主要参考书目1黄茂林,秦伟主编.机械原理.北京:机械工业出版社,20102申永胜主编.机械原理教程(第2版).北京:清华大学出版社,20053孙桓,陈作模、葛文杰主编.机械原理(第七版).北京:高等教育出版社,20064石永刚,徐振华.凸轮机构设计.上海:上海科学技术出版社,1995七、相关的实践性环节凸轮机构运动参数测试实验。
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第六讲凸轮机构及其设计(一)凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构1.组成:凸轮,推杆,机架。
2.优点:只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线,就可以使推杆得到各种预期的运动规律,而且机构简单紧凑。
缺点:凸轮廓线与推杆之间为点、线接触,易磨损,所以凸轮机构多用在传力不大的场合。
二、凸轮机构的分类1.按凸轮的形状分:盘形凸轮圆柱凸轮2.按推杆的形状分尖顶推杆:结构简单,能与复杂的凸轮轮廓保持接触,实现任意预期运动。
易遭磨损,只适用于作用力不大和速度较低的场合滚子推杆:滚动摩擦力小,承载力大,可用于传递较大的动力。
不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。
平底推杆:不考虑摩擦时,凸轮对推杆的作用力与从动件平底垂直,受力平稳;易形成油膜,润滑好;效率高。
不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。
3.按从动件的运动形式分(1)往复直线运动:直动推杆,又有对心和偏心式两种。
(2)往复摆动运动:摆动推杆,也有对心和偏心式两种。
4.根据凸轮与推杆接触方法不同分:(1)力封闭的凸轮机构:通过其它外力(如重力,弹性力)使推杆始终与凸轮保持接触,(2)几何形状封闭的凸轮机构:利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。
①等宽凸轮机构②等径凸轮机构③共轭凸轮(二)推杆的运动规律一、基本名词:以凸轮的回转轴心O为圆心,以凸轮的最小半径r0为半径所作的圆称为凸轮的基圆,r0称为基圆半径。
推程:当凸轮以角速度转动时,推杆被推到距凸轮转动中心最远的位置的过程称为推程。
推杆上升的最大距离称为推杆的行程,相应的凸轮转角称为推程运动角。
回程:推杆由最远位置回到起始位置的过程称为回程,对应的凸轮转角称为回程运动角。
休止:推杆处于静止不动的阶段。
推杆在最远处静止不动,对应的凸轮转角称为远休止角;推杆在最近处静止不动,对应的凸轮转角称为近休止角二、推杆常用的运动规律1.刚性冲击:推杆在运动开始和终止时,速度突变,加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值,致使推杆产生非常大的惯性力,因而使凸轮受到极大冲击,这种冲击叫刚性冲击。
2.柔性冲击:加速度有突变,因而推杆的惯性力也将有突变,不过这一突变为有限值,因而引起有限δυmax=2hω/δa max=6.28hω/δ0δδδυδδδδ2hω/δυ4hω/δ回程: s =h (1-δ/δ0ˊ) v =-h ω/δ0ˊ a =0图示为其推程运动线图。
由图可知,有刚性冲击。
(2)二次多项式运动规律(等加等减速运动规律) 推程增速段: s = 2h δ2/δ02v = 4h ωδ/δ02a = 4h ω2/δ02推程减速段: s = h -2h (δ0-δ)2/δ02v = 4h ω(δ0-δ)/ δ02a = -4h ω2/δ02由图知,有柔性冲击。
(3)五次多项式运动规律其位移方程式为:s =54433561510δδδδδδhhh+-既没有柔性冲击,也没有刚性冲击。
2.2 三角函数运动规律(1)余弦加速度运动规律(又称简谐运动规律) 推程运动方程式为⎪⎭⎪⎬⎫==-=200220002/)/cos(2/)/sin(2/)]/cos(1[δδπδωπδδπδωπδπδh a h v h s 回程运动方程式为⎪⎭⎪⎬⎫-=-=+=20022000'2/)'/cos('2/)'/sin(2/)]'/cos(1[δδπδωπδδπδωπδπδh a h v h s由图知,亦有柔性冲击,只是冲击的次数有所减少。
(2)正弦加速度运动规律(又称摆线运动规律) 推程运动方程式为⎪⎭⎪⎬⎫=-=-=20020000/)/2sin(2/)]/2cos(1[]2/)/2sin()/[(δδπδωπδδπδωπδπδδδh a h v h s回程运动方程式为⎪⎭⎪⎬⎫-=-=+-=20020000'/)'/2sin(2'/]1)'/2[cos(2/)'/2sin()'/(1[δδπδωπδδπδωπδπδδδh a h v h s由图知,既没有刚性冲击,也没有柔性冲击。
常见题型:1.(15分)设一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构推杆的行程16h mm =,推程运动角0120δ︒=。
试分别绘出等速运动规律、等加速等减速运动规律和余弦加速度运动规律在推程段的推杆位移线(s δ-)图;并简述该三种运动规律对凸轮机构产生的冲击情况;若凸轮以等角速度逆时针回转,基圆半径030r mm =,试以余弦加速度运动规律绘出在推程段的凸轮轮廓曲线。
(山科2009)2.(山科2010)3.(15分)如图6所示为凸轮机构推程阶段的运动线图。
设凸轮以等角速度ω转动,在推程时,凸轮的运动角为o δ,推杆完成行程h ,该推杆运动规律为哪一种运动规律?试推导出该推杆推程的运动方程,并分析受到的冲击情况。
图6(三)凸轮轮廓曲线的设计一、凸轮廓线设计方法的基本原理1.原理:反转法。
在设计凸轮廓线时,可假设凸轮静止不动,而使推杆相对于凸轮作反转运动,同时又在其导轨内作预期运动,作出推杆在这种复合运动中的一系列位置,则其尖顶轨迹就是所求的凸轮廓线。
一般步骤:(1)作出推杆在反转中依次占据的位置。
(2)根据选定的运动规律,求出推杆在预期运动中依次占据的位置。
(3)作出轮廓线。
二、用作图法设计凸轮轮廓1.对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构已知:基圆半径,凸轮等ω逆时针转动,运动规律已知要求:设计一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构。
步骤:(1)画位移线图,并对其作等分。
(2)取适当比例尺,根据已知作出基圆。
(3)确定推杆在反转中占据的各位置(相应于运动线图对基圆作相应等分)(4)确定推杆尖顶在预期运动中占据的各位置。
(5)连接各点成光滑曲线。
2.偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构3.偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构已知:基圆半径,滚子半径,凸轮等ω逆时针转动,运动规律已知要求:设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构。
★说明:(1)理论轮廓线:滚子中心的轨迹线。
(2)实际轮廓线:与滚子直接接触的凸轮轮廓曲线,又称工作廓线。
(3)凸轮的基圆半径是指理论廓线的基圆半径。
4.对心直动平底推杆盘形凸轮机构已知:基圆半径,凸轮等ω逆时针转动,运动规律已知。
要求:设计一对心直动平底推杆盘形凸轮机构。
图5.18所示为对心直动平底从动件盘形凸轮机构,其设计基本思路与上述滚子从动件盘形凸轮机构相似。
轮廓曲线具体作图步骤如下:取平底与从动件轴线的交点A当作从动件的尖顶,按照上述尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计方法,求出该尖顶反转后的一系列位置A1、A2、…、A15;然后过点A1、A2、…、A15作一系列代表平底的直线,则得到平底从动件在反转过程中的一系列位置,再作这一系列位置的包络线即得到平底从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线。
5.摆动尖顶推杆盘形凸轮机构已知:基圆半径,位移曲线,摆杆长,机架距OA。
要求:作一摆动尖顶推杆盘形凸轮机构。
分析:要注意到这儿的位移曲线的位移是指角度。
(四)凸轮机构的基本尺寸的确定一、凸轮机构的压力角及其校核1.压力角:推杆在与凸轮接触点处所受正压力的方向(接触点法线方向)与该点速度方向之间的锐角。
2压力角的数学表达式的推导(要会推导):正确偏置:导路位于与凸轮旋转方向ω相反的位置。
(即逆转右偏,顺转左偏)注意: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。
3.凸轮基圆半径的确定对于偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构,如果限制推程的压力角α≤[α], 则可由式压力角的公式导出基圆半径的计算公式为提问:在设计一对心凸轮机构时,当出现α≥[α] 的情况,在不改变运动规律的前提下,可采取哪些措施来进行改进?1)加大基圆半径r 0 :r 0↑ →α↓ 2)将对心改为正偏置:e ↑ →α↓ 3)采用平底从动件,α=0 4滚子半径的确定对于外凸轮廓,要保证正常工作,应使:ρmin > r r 第一类:直动尖顶从动件偏心圆凸轮机构1.如图所示,有一对心直动尖顶从动件偏心圆凸轮机构,O 为凸轮几何中心,O 1为凸轮转动中心,直线AC ^BD ,O 1O =12OA ,圆盘半径R = 60 mm 。
试根据上述条件确定基圆半径r0、行程h,C 点压力角αc和D 点接触时的位移hD 、压力角αD 。
(要求在图中画出并同时计算出)220)][/(e s tg ed ds r +--≥αδ解:(1)r O A0130==mm ;(2)h OC O A=-=1160mm ;(3)αC=0ο;(4)h OO OD O AD=+-=12213708.mm(5)αDO OOD==arctg().12657ο2 图(a)所示对心直动尖底从动件偏心圆盘凸轮机构,O为凸轮几何合中心,O1为凸轮转动中心,直线AC⊥BD,O1O=OA/2,圆盘半径R=OA=60mm。
(1)根据图(a)及上述条件确定基园半径r0,行程h, C点压力角αc和D点接触时的压力角αD,位移hD;(2)若偏心圆盘凸轮几何尺寸不变,仅将从动件由尖底改为滚子,见图(b),滚子半径rT=10mm。
试问,上述参数r0,h,αc,和hD,αD是否改变?对于有改变的参数试分析其增大还是减小?3.一偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构如图所示。
已知凸轮为一偏心圆盘,圆盘半径R=30mm,几何中心为A,回转中心为O,推杆偏距OD=e=10mm,OA=10mm,凸轮以等角速度ω逆时针方向转动。
当凸轮在图示位置,即AD⊥CD时,试求:(1)凸轮的基圆半径r0;(2)图示位置的凸轮机构压力角α;(3)图示位置的凸轮转角φ;(4)图示位置的推杆的位移s;(5)该凸轮机构中的推杆偏置方向是否合理,为什么?河北工业2012第二类:滚子从动件盘形凸轮机构2图示为对心直动滚子从动件盘形凸轮机构,凸轮为一偏心圆盘。
已知圆盘半径40=R mm ,该圆盘的回转中心与几何中心间的距离AO =25mm ,滚子半径r r =10 mm 。
试求:(1)该凸轮的基圆半径 r 0; (2)从动件的行程h ; (3)推程中的最大压力角αmax(4)推程压力角为最大时所对应的从动件的位移 s 为多少?(1)求r 0 即凸轮理论轮廓曲线的最小向径 理论轮廓曲线η 连接OA 并延长交η于C 点,AC l 即为理论廓线上的最小向径mm l l r OA OC 2525)1040(0=-+=-=(2)从动件升程即上升的最大距离,为η的最大和最小向径之差Bαmm r r l h T OA 5025104025)(0=-++=-++=γ(3)OA 水平时出现最大压力角,5.05025sin max===OB AO l l α 0max 30=α (4)3252/3=⨯=OB ABl l mm S 3.18)102540(325=+--=对于图 (a)所示的凸轮机构,要求: (1)写出该凸轮机构的名称; (2)在图上标出凸轮的合理转向。