凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算.ppt

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第四章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),4-1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類,①盤形凸輪機(jī)構(gòu)——平面凸輪機(jī)構(gòu) ②移動凸輪機(jī)構(gòu)——平面凸輪機(jī)構(gòu) ③圓柱凸輪機(jī)構(gòu)——空間凸輪機(jī)構(gòu),一、應(yīng)用：,二、組成：,凸輪——一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通過高副接觸,從動件：平動，擺動,機(jī)架,三、分類：,1、按凸輪的形狀：,當(dāng)從動件的位移、速度、加速度必須嚴(yán)格按照預(yù)定規(guī)律變化時(shí)，常用凸輪機(jī)構(gòu)。,五、要求,2、按從動件的型式：,①尖底從動件：用于低速； ②滾子從動件：應(yīng)用最普遍； ③平底從動件：用于高速。,3、按鎖合的方式：,力鎖合（重力、彈簧力）、幾何鎖合,四、特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：1、能夠?qū)崿F(xiàn)精確的運(yùn)動規(guī)律；2、設(shè)計(jì)較簡單。,缺點(diǎn)：1、承載能力低，主要用于控制機(jī)構(gòu)；2、凸輪輪廓加工困難。,1、分析從動件的運(yùn)動規(guī)律 2、按照運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓,4-2 常用從動件的運(yùn)動規(guī)律,2、偏距e：偏距圓,一、幾個(gè)概念,尖底偏置直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu),1、基圓：,凸輪輪廓上最小矢徑為半徑的圓,推程運(yùn)動角：φ=BOB′=∠AOB1 運(yùn)休止角：φS=∠BOC=∠B1OC1 回程運(yùn)動角：φ′=∠C1OD 近休止角：φS′=∠AOD,從動件位移線圖：從動件速度線圖，加速度線圖,二、分析從動件的運(yùn)動,行程：h(最大位移),上升——停——降——停,三、常用從動件運(yùn)動規(guī)律,剛性沖擊： 由于加速度發(fā)生無窮大突度而引起的沖擊稱為剛性沖擊。,1、勻速運(yùn)動規(guī)律（推程段）,邊界條件：當(dāng) t=0時(shí)，S=0；當(dāng) 時(shí)，S=h,所以：c=0，,勻速運(yùn)動在升程中的運(yùn)動方程,回程中的運(yùn)動方程,2、等加速等減速運(yùn)動規(guī)律,柔性沖擊 ： 加速度發(fā)生有限值的突變 （適用于中速場合）,,,等加速段,邊界條件1,所以,邊界條件2,所以,從動件在勻加速上升過程中的運(yùn)動方程,等減速段,邊界條件1,所以,邊界條件2,所以,從動件在勻加速上升過程中的運(yùn)動方程,3、加速度按余弦運(yùn)動規(guī)律變化,運(yùn)動特征： 若 為零，無沖擊， 若 不為零，有沖擊,,所以,從動件按余弦加速規(guī)律上升時(shí)的運(yùn)動方程為,4、加速度按正弦運(yùn)動規(guī)律變化（了解）,運(yùn)動特征：沒有沖擊,5、組合運(yùn)動規(guī)律 為了獲得更好的運(yùn)動特征，可以把上述幾種運(yùn)動規(guī)律組合起來應(yīng)用，組合時(shí)，兩條曲線在拼接處必須保持連續(xù)。,所以,從動件按余弦加速規(guī)律上升時(shí)的運(yùn)動方程為,設(shè)計(jì)方法：作圖法，解析法 已知 轉(zhuǎn)向。作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓,,一、直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 反轉(zhuǎn)法,4-3 凸輪輪廓的設(shè)計(jì),1、尖底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計(jì)： 已知 轉(zhuǎn)向,（3）在理論輪廓上畫出一系列滾子，畫出滾子的內(nèi)包絡(luò)線——實(shí)際輪廓曲線。,設(shè)計(jì)滾子從動件凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)， 凸輪的基圓半徑是指理論輪廓 曲線的基圓半徑。,2、滾子從動件,（1）去掉滾子，以滾子中心為尖底。,（2）按照上述方法作出輪廓曲線——理論輪廓曲線,（3）過B1、B2…點(diǎn)作出一系列平底，得到一直線族。 作出直線族的包絡(luò)線，便得到凸輪實(shí)際輪廓曲線。,3、平底從動件,（1）取平底與導(dǎo)路的交點(diǎn)B0為參考點(diǎn),（2）把B0看作尖底，運(yùn)用上述方法找到B1、B2…,二、擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu),已知：ω轉(zhuǎn)向，r0，a，l，ψmax，φ-ψ,4—4 用解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線,一、滾子從動件盤形凸輪,1．理論輪廓曲線方程,（1）直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu),圖示偏置直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。求凸輪理論廓線的方程，反轉(zhuǎn)法給整個(gè)機(jī)構(gòu)一個(gè)繞凸輪軸心O的公共角速度-ω，這時(shí)凸輪將固定不動，而從動件將沿-ω方向轉(zhuǎn)過角度ψ，滾子中心將位于B點(diǎn)。B點(diǎn)的坐標(biāo)，亦即理論廓線的方程為：,,ra為理論廓線的基圓半徑,式1,對于對心從動件凸輪機(jī)構(gòu)，因e=0，所以s0=ra,,（2）擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu),擺動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。仍用反轉(zhuǎn)法使凸輪固定不動，而從動件沿-ω方向轉(zhuǎn)過角度，滾子中心將位于B點(diǎn)。B點(diǎn)的坐標(biāo)，亦即理論廓線的方程為：,,ψ0為從動件的起始位置與軸心連線OA0之間的夾角。,,式2,式3,在設(shè)計(jì)凸輪廓線時(shí)，通常e、r0、rT、a、l等是已知的尺寸，而s和ψ是的函數(shù)，它們分別由已選定的位移方程s=s(ψ)和角位移方程ψ=ψ（ψ）確定。,2．實(shí)際廓線方程,滾子從動件盤形凸輪的實(shí)際廓線是圓心在理論廓線上的一族滾子圓的包絡(luò)線。由微分幾何可知，包絡(luò)線的方程為：,,式中x1、y1為凸輪實(shí)際廓線上點(diǎn)的直角坐標(biāo)。,對于滾子從動件凸輪，由于產(chǎn)生包絡(luò)線（即實(shí)際廓線）的曲線族是一族滾子圓，其圓心在理論廓線上，圓心的坐標(biāo)由式1~3確定，所以由式4有：,,式4,,,聯(lián)立求解x1和y1，即得滾子從動件盤形凸輪的實(shí)際廓線參數(shù)方程：,,上面的一組加減號表示一根外包絡(luò)廓線，下面的一組加減號表示另一根內(nèi)包絡(luò)廓線。,4-5 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定,擺動從動件：[α]=40~50 直動從動件：[α]=30~38,一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和自鎖,壓力角：接觸點(diǎn)法線與從動件上作用點(diǎn)速度方向所夾的銳角。,自鎖,極限壓力角,→l2，l1，f，潤滑,二、按許用壓力角確定凸輪回轉(zhuǎn)中心位置和基圓半徑,,,η——轉(zhuǎn)向系數(shù) δ——從動件偏置方向系數(shù),由式可知：r0↓α↑,1、滾子（尖底）直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu),三、按輪廓曲線全部外凸的條件確定平底從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪的基圓半徑,,四、滾子半徑的選擇,滾子半徑rT必須小于理論輪廓曲線外凸部分的 最小曲率半徑ρmin，設(shè)計(jì)時(shí)，,