09 凸轮机构及其设计.pptx

第1页：第9章 凸轮机构及其设计目录与本章重点

第9章 凸轮机构及其设计

• 9-1凸轮机构的应用和分类
• 9-2从动件常用运动规律
• 9-3凸轮轮廓曲线的设计
• 9-4凸轮机构基本尺寸的确定本章重点:凸轮机构的名词术语从动件的常用运动规律及特点凸轮轮廓的设计基圆半径、滚子半径、压力角等参数的选择本章难点:基圆半径、滚子半径、压力角等参数的选择

第2页：9-1 凸轮机构的应用和分类

9-1 凸轮机构的组成和类型

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3机架2从动件e1凸轮高副组成

第3页：由凸轮，从动件和机架

凸轮机构——由凸轮，从动件和机架构成的三杆高副机构。

第4页：凸轮机构的应用和分类动画演示页

凸轮机构的应用和分类动画演示页

本页以机构运动简图与图形符号为主，源课件未提取到成段文字，图中标注为构件与运动副的编号，建议对照原图理解其在9-1 凸轮机构的应用和分类中的作用。

第5页：内燃机配气机构应用二

应用一、内燃机配气机构应用二、绕线机构12应用三、送料机构应用四、自动机床上的走刀机构

第6页：凸轮机构的应用和分类：分类1按照凸轮

2)按照从动件形状分类:尖顶、平底、滚子3)按照从动件运动方式分类:移动、摆动二、分类1)按照凸轮形状分类:盘形、移动、圆柱

第7页：一般凸轮机构

4）一般凸轮机构的命名原则:布置形式+运动形式+推杆形状+凸轮形状对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构摆动平底推杆盘形凸轮机构

第8页：凸轮机构的封闭

• 力封闭凸轮机构–重力封闭–弹簧力封闭
• 几何封闭凸轮机构等宽凸轮等径凸轮主回凸轮凹槽凸轮注意:必须设法使凸轮与从动件始终保持接触

凸轮机构的封闭(锁合)方法

第9页：按从动件的运动分类

按从动件的运动分类摆动从动件凸轮机构直动从动件凸轮机构按从动件的形状分类滚子从动件凸轮机构尖顶从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构小结按凸轮的形状分类盘形凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构

第10页：9-2 从动件常用运动规律

9-2 从动件的常用运动规律

基圆：以轮廓的最小向径所作的圆(rmin－基圆半径)升程ｈ：推程所移动的距离推程运动角δt：与推程对应的凸轮转角。推程：从动件从离回转中心最近→最远的这一过程回程运动角δh：与回程对应的凸轮转角。

第11页：从动件常用运动规律：凸轮运动

• 一、凸轮运动常用术语远休止角δs:从动件在最远位置不动凸轮转角(BC)近休止角δs′:从动件最近位置不动的转角(DA)位移Ｓ2:从动件移动的距离→Ｓ2是时间的函数

第12页：圆弧段

圆弧段

第13页：从动件常用运动规律动画演示页

从动件常用运动规律动画演示页

本页以机构运动简图与图形符号为主，源课件未提取到成段文字，图中标注为构件与运动副的编号，建议对照原图理解其在9-2 从动件常用运动规律中的作用。

第14页：以最短向径所作的圆

基圆（rmin）——以最短向径所作的圆

第15页：从动件常用运动规律动画演示页（续）

从动件常用运动规律动画演示页（续）

本页以机构运动简图与图形符号为主，源课件未提取到成段文字，图中标注为构件与运动副的编号，建议对照原图理解其在9-2 从动件常用运动规律中的作用。

第16页：从动件常用运动规律动画演示页（续）

从动件常用运动规律动画演示页（续）

本页以机构运动简图与图形符号为主，源课件未提取到成段文字，图中标注为构件与运动副的编号，建议对照原图理解其在9-2 从动件常用运动规律中的作用。

第17页：从动件常用运动规律动画演示页（续）

从动件常用运动规律动画演示页（续）

本页以机构运动简图与图形符号为主，源课件未提取到成段文字，图中标注为构件与运动副的编号，建议对照原图理解其在9-2 从动件常用运动规律中的作用。

第18页：推杆的最大位移。

δ112000600180012006003000h升程h——推杆的最大位移。

其对应的凸轮转角δt——推程运动角δt

第19页：段从动件在远处停止

δ112000600180012006003000hδtEF段从动件在远处停止，其对应的转角δs——远休止角。

δs远休止角推程运动角

第20页：段从动件回落

δ112000600180012006003000hδtDF段从动件回落—回程δs远休止角推程运动角

第21页：从动件常用运动规律动画演示页（续）

从动件常用运动规律动画演示页（续）

本页以机构运动简图与图形符号为主，源课件未提取到成段文字，图中标注为构件与运动副的编号，建议对照原图理解其在9-2 从动件常用运动规律中的作用。

第22页：从动件常用运动规律动画演示页（续）

δ112000600180012006003000hδtδsδhδs'δt——推程运动角；

δs——远休止角δh——回程运动角；δs’——近休止角

第23页：凸轮机构的运动过程

• 基圆(以凸轮轮廓最小向径所组成的圆)，基圆半径rmin
• 推程，推程运动角δt
• 远休止，远休止角δs
• 回程，回程运动角δh
• 近休止，近休止角δs’
• 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δ变化关系图δtδsδhδs’rminδt推程δs远休止δh回程δs’近休止tδ1s20BCDωhA’

A凸轮机构的运动过程

第24页：从动件常用运动规律：从动件的常用运动规律

• 位移方程：
• 速度方程：
• 加速度方程：

重点：如何根据从动件的运动规律（Ｓ2与δ1函数关系）作运动线图→有几种？特点？二、从动件的常用运动规律凸轮的外型由从动件运动规律决定:Ｓ2与δ1函数关系曲线

第25页：多项式运动规律

• 多项式运动规律–一次多项式运动规律——等速运动–二次多项式运动规律——等加速等减速运动
• 三角函数运动规律–余弦加速度运动——简谐运动–正弦加速度运动——摆线运动常用运动规律：

第26页：多项式运动规律推程段

多项式运动规律推程段(0≤δ≤δt)运动方程hsδ0δtvδ0aδ0-→+→1.等速运动——一次多项式运动规律边界条件:刚性冲击

第27页：一次多项式运动规律

一次多项式运动规律——等速运动（续）回程段(0≤δ≤δh)运动方程sδ0vδ0aδ0δh-→→++→-→δthAδtδsδhδs’rminBCDωA’

第28页：在启动与终止段用其

δ1120°40°120°80°→在启动与终止段用其它运动规律过渡→适于低速、轻载、从动杆质量不大，要求匀速处。

h例：已知从动件作等速运动,ｈ＝20mm，δt＝120°,δS＝40°,δh＝120°,δs′＝80°,作运动线图。取作图比例μl

第29页：二次多项式运动规律

• 2.二次多项式运动规律-等加速等减速运动
• 推程段运动方程:sδ0δtvδ0aδ0h/2h/2δt/2δt/2h边界条件:推程加速段:

第30页：推程运动方程

• 推程运动方程:sδ0δtvδ0aδ0h/2h/2δt/2δt/2h(0≤δ≤δt/2)(δt/2≤δ≤δt)加速段减速段位移方程速度方程加速度方程2.二次多项式运动规律-等加速等减速运动柔性冲击

第31页：如升程前半行程取

→位移1 : 4 : 9如升程前半行程取χ=3149升程后半段等减速→对应的Ｓ2X为9 : 4 : 10h/2hδ作图:(升程)前半行程(h/2)→等加速后半行程(h/2)→等减速位1 : 4 : 9 :16移16 : 9 : 4 : 1δt

第32页：简谐运动分析

3简谐运动分析:点在圆周上作匀速运动时,它在这个圆的直径上的投影所构成的运动。始点与终点有柔性冲击中、低速凸轮机构

第33页：

本页源文件未提取到文字内容，仅有图片，位于「简谐运动分析」与「从动件在推」之间，建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第34页：从动件在推

实际上,从动件在推、回程的运动规律并非要相同。作图:图7-6注意:横轴和半圆的等分点一定要相同（不是度数相同）

第35页：从动件常用运动规律动画演示页（续）

从动件常用运动规律动画演示页（续）

本页以机构运动简图与图形符号为主，源课件未提取到成段文字，图中标注为构件与运动副的编号，建议对照原图理解其在9-2 从动件常用运动规律中的作用。

第36页：从动件常用运动规律动画演示页（续）

从动件常用运动规律动画演示页（续）

本页以机构运动简图与图形符号为主，源课件未提取到成段文字，图中标注为构件与运动副的编号，建议对照原图理解其在9-2 从动件常用运动规律中的作用。

第37页：从动件常用运动规律动画演示页（续）

从动件常用运动规律动画演示页（续）

本页以机构运动简图与图形符号为主，源课件未提取到成段文字，图中标注为构件与运动副的编号，建议对照原图理解其在9-2 从动件常用运动规律中的作用。

第38页：正弦加速度运动

• 4.正弦加速度运动——摆线运动推程
• 运动方程：
• 运动线图
• 冲击特性：无冲击
• 适用场合：高速凸轮
• 缺点：加速度最大值amax较大，惯性力较大，要求较高的加工精度aδvδϕ0ϕ00 1 2 3 4 5 6 7 8sδhA2πhϕ0

第39页：9-3 凸轮轮廓曲线的设计

9-3 凸轮轮廓曲线的设计相对运动原理

反转法：给整个机构加-ω运动凸轮不动，机架反转，从动件作复合运动一、设计方法的原理→按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓

第40页：凸轮廓线设计

• 对整个系统施加-ω运动
• 凸轮保持不动
• 推杆作复合运动=反转运动(-ω) +往复移动(s)AAr0ω-ωr0

凸轮廓线设计的基本原理相对运动原理法:(运动学反转法):

第41页：凸轮轮廓曲线的设计：直动从动件盘形凸轮

• 二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制1、对心直动尖顶从动件盘形凸轮的设计3、滚子(对心直动)从动件凸轮的设计4、平底(对心直动)从动件凸轮的设计2、偏置直动尖顶从动件凸轮的设计

第42页：作图法设计凸轮

作图法设计凸轮廓线作图步骤：1.根据从动件的运动规律,作出位移线图s-δ，并等分运动角;(或根据位移方程求出各对应δ的s)2.画基圆,并等分运动角,并作出对应射线；

根据推杆位移作出在反转运动中依次占据的位置,求出推杆尖端在反转运动中依次占据的位置点4.将各位置点联接成光滑的曲线

第43页：对心直动尖顶从动件杆

• 1.对心直动尖顶从动件杆盘形凸轮:已知:rmin、h、w1、从动杆运动规律凸轮转角从动杆运动0180°等速上升h180°210°远休止210°300°等速下降300°360°近休止解:1.作位移曲线(取比例μl)S2δ103600180021003000h1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 122.等份S2-δ1图w10123456789103.作基圆(注意比例一致)4.-ω等分基圆得导轨5.量取相应位移6.作轮廓线注意比例一致11h

第44页：偏置直动尖顶推杆盘形

sδ0h2.偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构已知：rmin，ω(逆时针),偏距e，运动规律设计：凸轮廓线步骤：1.取比例尺μl,画基圆和偏距圆;

分析推杆运动规律;3.等分δ0,并作出对应射线；4.根据推杆位移作出在反转运动中依次占据的位置,求出推杆尖端在反转运动中依次占据的位置点;

第45页：

本页源文件未提取到文字内容，仅有图片，位于「偏置直动尖顶推杆盘形」与「从动件按尖顶从动件作」之间，建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第46页：从动件按尖顶从动件作

3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)理论廓线β0实际廓线β→以β0各点为圆心作圆(滚子半径为半径)→作这些圆的包络线β(实际轮廓)已知：rmin，推杆运动规律，滚子半径rr,凸轮逆时针方向转动动画

第47页：从动件按尖顶从动件作（续）

4平底(对心直动)从动件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......→作这些平底的包络线→实际轮廓实际廓线βA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10ω注意：平底左右侧的长度

第48页：凸轮轮廓曲线的设计：摆动从动件盘形凸轮

• 三、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制ωrminLoAOAδδ

第49页：凸轮轮廓曲线的设计动画演示页

ωr0ω分析：-ω

第50页：摆动推杆盘形凸轮机构

• 2.初始位置及推杆位移曲线
• 3.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
• 5.推杆高副元素族
• 6.推杆高副元素的包络线φδ10Φωφφφφφφφφφφφφ

摆动推杆盘形凸轮机构设计已知：rmin，机架长度，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线解：1.定比例尺μl

第51页：9-4 凸轮机构基本尺寸的确定

9-4 凸轮机构基本尺寸的确定

α↑→有害分力F’’↑当α大于一定值将自锁.一般,推程[α] = 30°(移动)35°－45°(摆动)回程[α'] = 70°—80°αQ力的关系F’F’’Fop

第52页：基圆半径的确定S0=

ω1P点为速度瞬心，于是有：v=lOPω1nnP→ lOP=v2/ω1eαds2/dδ1= ds2/dδ1= lOC+ lCP=lOC= elCP= ds2/dδ1-eC(S2+S0)tgαs0s2Dv2rmin二、基圆半径的确定S0= r2min-e2tgα=S2+ r2min-e2ds2/dδ1-e结论1、在最大压力角小于许用压力角的前提下，尽可能选用小的基圆半径。

2、为了减小推程压力角，应将从动件导路向相对速度瞬心的同侧偏置

第53页：滚子半径的选择

• 实际廓线曲率半径：ρa
• 理论廓线曲率半径：ρ
• 滚子半径：rr1内凹凸轮廓线
• ρa=ρ+rr
• 理论廓线最小
• 结论：无论滚子半径多大，总能由理论廓线得到实际廓线2外凸凸轮廓线
• ρa=ρ-rr
• ρ>rr，ρa>0，实际廓线平滑
• ρ=rr，ρa=0，实际廓线变尖
• ρ<rr，ρa<0，实际廓线出现交叉，切割，运动失真ρa=ρ-rr＝0ρarr理论实际ρaρρa=ρ+rrρρ>rrρρa=ρ-rr<0rrρ=rrρρa=ρ-rr>0ρ<rr三、滚子半径的选择动画

第54页：作业：P171-173习题

作业:P171-173习题：9-7、9-9Homework