机械设计基础(第五版)讲义
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3 2 1 v 1 2 3 4 Ф 5 6 4 6s 5
h
φ
h 2 2 a cos 2 2
φ
a
柔性冲击：
在起始和终止处理论上a为 有限值，产生柔性冲击。
φ
3-2 从动件的常用运动规律
3. 正弦加速度运动（了解）
1 2 s h sin 2 h 2 v 1 cos
φ7
A6
90 ° 60 ° B5 B8 B7 B6 B’7 B’6
φ4
B’5 A4
φ6
A5
φ5
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
曲面凸轮
力锁合
形锁合
设计步骤小结： 3-4 图解法设计凸轮轮廓 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。 2、滚子直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 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。 ⑤ 作各位置滚子圆的内(外)包络线
3-4 图解法设计凸轮轮廓 滚子半径的确定
amax/ms-1
h/2× ∞
冲 击 刚 性
推荐应用 范围 低速轻载
2.00 1.57
2.00 1.88 2.00
4.00 4.93
6.28 5.77 4.89
柔 性 柔 性
—— —— ——
中速轻载 中速中载
高速轻载 高速中载 高速轻载
余弦加速度
正弦加速度 五次多项式 变形梯形加 速度
3-3 凸轮机构的压力角
第3章 凸轮机构
§3-1 凸轮机构的应用和类型
§3-2 从动件的常用规律
§3-3 凸轮机构的压力角 §3-4 图解法设计凸轮轮廓
3-1 凸轮机构的应用和类型
内燃机配气机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
靠模车削机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
3
线 2
A
1
绕线机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
卷带轮 2 1 1 放音键 放音键 5 3 3
定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角α。
一、压力角ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ作用力的关系
不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。 n F
Ff
F′ B
F F
---- 有用分力，沿导路方向 ---- 有害分力，垂直于导路
α
[α]=30˚ ---F直动从动件； F tan [α]=35°～45°--- 摆动从动件； ω F ″↑ F′一定时， α↑ [α]=70°～80°--- 回程。
min
T
3-4 图解法设计凸轮轮廓
3、对心直动平底从动件盘形凸轮 对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。 对心直动平底从动件凸轮机构中，已知
凸轮的基圆半径rmin，角速度ω 和从动件的 可通过增大rmin解决此问题。 运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。
ω
7’ 5’ 3’ 1’ 1 3 5 78 8’ 9’ 11’
s0 ω
min
“+” 用于导路和瞬心位于中心两侧； “-” 用于导路和瞬心位于中心同侧；
能太大。
S + r2min - e2
C
n e ds/d φ
显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小。
3-4 图解法设计凸轮轮廓 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-ω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。
rmin
o 0 01 ’0 02 ω
B
t
0
’0
01
C
3-2 从动件的常用运动规律
三、常用运动规律
位移 速度 加速度
线图。从动件运动规律通常表示成 的函数：
s f
v f
a f
3-2 从动件的常用运动规律
1. 等速运动
s vdt C 0 C1t
ρa －工作轮廓的曲率半径；rT－滚子半径； ρ －理论轮廓的曲率半径。 内凹 r
T
外凸
ρ
轮廓 正常
ρ
ρa
ρ
轮廓 正常
rT
ρ
a
ρa＝ρ＋rT
轮廓 变尖 rT
ρ > rT ρa＝ρ－rT
轮廓失真 rT
ρ
ρ ＝rT ρ <rT ρa＝ρ－rT＝0 ρa＝ρ T r 对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：ρ －r><0
3-4 图解法设计凸轮轮廓
4、摆动从动件盘形凸轮机构
A
4’ 3’ 2’ 1’ 1 2 3 4 5’ 6’ 7’ 8’ 5 6 7 8
l
d
φ1
B’2
A1 - ω
A8
2 A2 B’1 B’3 B1 B2 B3 B B’4φ3 ω 120°B rmin A3 4
φ
摆动从动件凸轮机构中，已 知凸轮的基圆半径rmin，角速 度ω，摆杆长度l以及摆杆回 A7 转中心与凸轮回转中心的距 离d，摆杆角位移方程，设计 该凸轮轮廓曲线。
盘形凸轮
圆柱凸轮 移动凸轮
按照从动件的型式：
尖顶从动件 平底从动件 滚子从动件
3-2 从动件的常用运动规律
一、凸轮机构设计的基本任务
1) 2) 3) 4) 根据工作要求选定凸轮机构的形式； 从动件运动规律； s 合理确定结构尺寸； h 设计轮廓曲线。
B’ A D
02
二、基本概念与名称
• 基圆 • 升程 • 远休止角 • 推程运动角 • 近休止角 • 回程运动角
摩擦轮 4 4
皮带轮 皮带轮
录音机卷带机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
2
3
1 送料机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构组成： 凸轮、从动件、机架。 凸轮机构的优点:
只需设计适当的凸轮轮廓
结构简单、紧凑，设计方便
凸轮机构的缺点:
高副机构，易磨损
3-1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状：
3’ 2’ 1’ ω
-ω
1 2
1
O
2
3
3
依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓 曲线。
设计步骤小结： 3-4 图解法设计凸轮轮廓 ① 选比例尺μl作基圆rmin; ② 反向等分各运动角; ③ 确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置; 1、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 ④ 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。
若α大到一定程度时，会有：
F″
O
Ff > F′
机构发生自锁
n
为了保证凸轮机构正常工作，要求： αmax < [α]
3-3 凸轮机构的压力角
二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系 P点为速度瞬心， 于是有： v = lOPω → lOP = v / ω = ds/d φ = lOC + lCP
n
v B s v P s0
-ω
1’ 2’ 3’ 12 4’ 3 4 5’ 5 6’ 6 7 7’ 8 8’
12’
13’ 14’ 9 11 13 15
15 14’ 14 13’ 13 12 11 9 10 12’
11’
设计步骤：
rmin 10’ 9’ 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。 O rmin ③确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。 ④作平底直线族的内包络线。
h s h v v0 a 0
v C1 dv a 0 dt
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。
3-2 从动件的常用运动规律
2. 简谐运动
h s 1 cos 2 h v sin 2
同理，当导路位于中心左侧时，有： lOP =lCP- lOC → lCP = ds/d φ + e lCP = (S+S0 ) tan α 注意： S0= rmin2-e2
n
ds/d φ + e B s 得： tan α =用偏置法可减小推程压力角，但 S + r2min - e2 Dα r 于是： tan α = ds/d φ ± e 同时增大了回程压力角，故偏距 e 不 P O
lOC = e
lCP = ds/d φ - e
S0= r2min - e2
ω
lCP = (S+S0 ) tan α
ds/d φ - e tanα = S + r2min - e2 rmin ↑ → α↓
D rmin α O e C
n
ds/d φ
若发现设计结果α〉[α]，可增大 rmin
3-3 凸轮机构的压力角
2h 2 2 a sin 2
运动特征：没有冲击
3-2 从动件的常用运动规律
4. 改进型运动规律
s h
将几种运动 规律组合， 以改善运动
o v o a o
φ Ф
φ +∞ 正弦改进等速 φ -∞
特性。
3-2 从动件的常用运动规律 四、运动规律的特性比较
运动规律 等速 等加速等减 速 vmax/ms-1 h/× 1.00
h
φ
h 2 2 a cos 2 2
φ
a
柔性冲击：
在起始和终止处理论上a为 有限值，产生柔性冲击。
φ
3-2 从动件的常用运动规律
3. 正弦加速度运动（了解）
1 2 s h sin 2 h 2 v 1 cos
φ7
A6
90 ° 60 ° B5 B8 B7 B6 B’7 B’6
φ4
B’5 A4
φ6
A5
φ5
盘形凸轮
移动凸轮
圆柱凸轮
曲面凸轮
力锁合
形锁合
设计步骤小结： 3-4 图解法设计凸轮轮廓 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。 2、滚子直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 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。 ⑤ 作各位置滚子圆的内(外)包络线
3-4 图解法设计凸轮轮廓 滚子半径的确定
amax/ms-1
h/2× ∞
冲 击 刚 性
推荐应用 范围 低速轻载
2.00 1.57
2.00 1.88 2.00
4.00 4.93
6.28 5.77 4.89
柔 性 柔 性
—— —— ——
中速轻载 中速中载
高速轻载 高速中载 高速轻载
余弦加速度
正弦加速度 五次多项式 变形梯形加 速度
3-3 凸轮机构的压力角
第3章 凸轮机构
§3-1 凸轮机构的应用和类型
§3-2 从动件的常用规律
§3-3 凸轮机构的压力角 §3-4 图解法设计凸轮轮廓
3-1 凸轮机构的应用和类型
内燃机配气机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
靠模车削机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
3
线 2
A
1
绕线机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
卷带轮 2 1 1 放音键 放音键 5 3 3
定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角α。
一、压力角ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ作用力的关系
不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。 n F
Ff
F′ B
F F
---- 有用分力，沿导路方向 ---- 有害分力，垂直于导路
α
[α]=30˚ ---F直动从动件； F tan [α]=35°～45°--- 摆动从动件； ω F ″↑ F′一定时， α↑ [α]=70°～80°--- 回程。
min
T
3-4 图解法设计凸轮轮廓
3、对心直动平底从动件盘形凸轮 对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。 对心直动平底从动件凸轮机构中，已知
凸轮的基圆半径rmin，角速度ω 和从动件的 可通过增大rmin解决此问题。 运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。
ω
7’ 5’ 3’ 1’ 1 3 5 78 8’ 9’ 11’
s0 ω
min
“+” 用于导路和瞬心位于中心两侧； “-” 用于导路和瞬心位于中心同侧；
能太大。
S + r2min - e2
C
n e ds/d φ
显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小。
3-4 图解法设计凸轮轮廓 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-ω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。
rmin
o 0 01 ’0 02 ω
B
t
0
’0
01
C
3-2 从动件的常用运动规律
三、常用运动规律
位移 速度 加速度
线图。从动件运动规律通常表示成 的函数：
s f
v f
a f
3-2 从动件的常用运动规律
1. 等速运动
s vdt C 0 C1t
ρa －工作轮廓的曲率半径；rT－滚子半径； ρ －理论轮廓的曲率半径。 内凹 r
T
外凸
ρ
轮廓 正常
ρ
ρa
ρ
轮廓 正常
rT
ρ
a
ρa＝ρ＋rT
轮廓 变尖 rT
ρ > rT ρa＝ρ－rT
轮廓失真 rT
ρ
ρ ＝rT ρ <rT ρa＝ρ－rT＝0 ρa＝ρ T r 对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：ρ －r><0
3-4 图解法设计凸轮轮廓
4、摆动从动件盘形凸轮机构
A
4’ 3’ 2’ 1’ 1 2 3 4 5’ 6’ 7’ 8’ 5 6 7 8
l
d
φ1
B’2
A1 - ω
A8
2 A2 B’1 B’3 B1 B2 B3 B B’4φ3 ω 120°B rmin A3 4
φ
摆动从动件凸轮机构中，已 知凸轮的基圆半径rmin，角速 度ω，摆杆长度l以及摆杆回 A7 转中心与凸轮回转中心的距 离d，摆杆角位移方程，设计 该凸轮轮廓曲线。
盘形凸轮
圆柱凸轮 移动凸轮
按照从动件的型式：
尖顶从动件 平底从动件 滚子从动件
3-2 从动件的常用运动规律
一、凸轮机构设计的基本任务
1) 2) 3) 4) 根据工作要求选定凸轮机构的形式； 从动件运动规律； s 合理确定结构尺寸； h 设计轮廓曲线。
B’ A D
02
二、基本概念与名称
• 基圆 • 升程 • 远休止角 • 推程运动角 • 近休止角 • 回程运动角
摩擦轮 4 4
皮带轮 皮带轮
录音机卷带机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
2
3
1 送料机构
3-1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构组成： 凸轮、从动件、机架。 凸轮机构的优点:
只需设计适当的凸轮轮廓
结构简单、紧凑，设计方便
凸轮机构的缺点:
高副机构，易磨损
3-1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构的分类
按照凸轮的形状：
3’ 2’ 1’ ω
-ω
1 2
1
O
2
3
3
依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓 曲线。
设计步骤小结： 3-4 图解法设计凸轮轮廓 ① 选比例尺μl作基圆rmin; ② 反向等分各运动角; ③ 确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置; 1、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 ④ 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。
若α大到一定程度时，会有：
F″
O
Ff > F′
机构发生自锁
n
为了保证凸轮机构正常工作，要求： αmax < [α]
3-3 凸轮机构的压力角
二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系 P点为速度瞬心， 于是有： v = lOPω → lOP = v / ω = ds/d φ = lOC + lCP
n
v B s v P s0
-ω
1’ 2’ 3’ 12 4’ 3 4 5’ 5 6’ 6 7 7’ 8 8’
12’
13’ 14’ 9 11 13 15
15 14’ 14 13’ 13 12 11 9 10 12’
11’
设计步骤：
rmin 10’ 9’ 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。 O rmin ③确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。 ④作平底直线族的内包络线。
h s h v v0 a 0
v C1 dv a 0 dt
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。
3-2 从动件的常用运动规律
2. 简谐运动
h s 1 cos 2 h v sin 2
同理，当导路位于中心左侧时，有： lOP =lCP- lOC → lCP = ds/d φ + e lCP = (S+S0 ) tan α 注意： S0= rmin2-e2
n
ds/d φ + e B s 得： tan α =用偏置法可减小推程压力角，但 S + r2min - e2 Dα r 于是： tan α = ds/d φ ± e 同时增大了回程压力角，故偏距 e 不 P O
lOC = e
lCP = ds/d φ - e
S0= r2min - e2
ω
lCP = (S+S0 ) tan α
ds/d φ - e tanα = S + r2min - e2 rmin ↑ → α↓
D rmin α O e C
n
ds/d φ
若发现设计结果α〉[α]，可增大 rmin
3-3 凸轮机构的压力角
2h 2 2 a sin 2
运动特征：没有冲击
3-2 从动件的常用运动规律
4. 改进型运动规律
s h
将几种运动 规律组合， 以改善运动
o v o a o
φ Ф
φ +∞ 正弦改进等速 φ -∞
特性。
3-2 从动件的常用运动规律 四、运动规律的特性比较
运动规律 等速 等加速等减 速 vmax/ms-1 h/× 1.00