機(jī)械原理課件凸輪機(jī)構(gòu)chapter

1、Chapter 5Cam mechanisms5.1Characteristics and Classification of Cam MechanismsUsed for transmitting complicated and precise motion dwell for a short time during a cycle 5.1.1 Characteristics of Cam Mechanisms組成： cam driver (具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件) a follower the driven element the frame 凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的加速度，速度，位移嚴(yán)格按預(yù)定

2、規(guī)律變化，尤其原動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件間歇運(yùn)動(dòng) 特點(diǎn)： 1 the cost for cutting cam contour is high 2 it cant transmit heavy load,used for control mechanisms5.1.2 Classifications of cam Mechanisms1 By the cam shape (a) plate cam (or disc cam) (b) Translating cam (c) three dimensional cam2.By the motion type of the follower (a) T

3、ranslating follower (b) Oscillating follower 3.By the shape of the follower end (a).knife-edge follower 能與任意復(fù)雜的凸輪輪廓接觸，凸輪輪廓易磨損，傳力不大，低速。 (b). roller follower 可承受較大載荷，最常用。 (c). flat-faced follower 簡(jiǎn)單，低廉，易形成潤(rùn)滑油膜，高速。 4 By the manner of keeping the cam and the follower in contact (a).force-closed cam mech

4、anisms (力鎖和)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)(b). form-closed cam mechanisms要求1、分析從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2、按照運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓5.2 Follower Motion Curvesdesign steps:確定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ，然后確定凸輪輪廓。.概念(key concept)行程htotal follower travel,the lift 偏距offset 偏距圓offset circle. 以尖底偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例基圓半徑r0：凸輪輪廓上對(duì)O點(diǎn)的最短向徑；基圓：以O(shè)為圓心，r0為半徑的圓；Base circle,prime circle二、分析從

5、動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)推程 推桿從最低位置A上升到最高位置 B，尖底與凸輪接觸點(diǎn)：AB。遠(yuǎn)休 推桿遠(yuǎn)停不動(dòng)，尖底與凸輪接觸點(diǎn)： BC。回程 推桿由最高位置B下降到最低位置 A， 尖底與凸輪接觸點(diǎn)：CD。近休推桿近停不動(dòng)；尖底與凸輪接觸點(diǎn)： DA。升 停 降 停行程htotal follower travel,the lift-最大位移Cam angle for rise推程運(yùn)動(dòng)角：0=BOB=AOB1Cam angle for outer dwell遠(yuǎn)休止角： S=BOC=B1OC1Cam angle for return回程運(yùn)動(dòng)角： 0 =C1OD Cam angle for inner dwell近休

6、止角： S =AODdisplacement curve速度，加速度圖同理 v-s=v-t a-s=a-t5.2.1 Constant velocity Motion Curve勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（推程段） a =lim( 慣性力（inertia force） F=-ma rigid impulse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。5.2.2 Constant Acceleration and Deceleration Motion Curve first half of the riseacceleration second half of the risedeceler

7、ation soft impulse柔性沖擊 ：加速度發(fā)生有限值的突變 Used for low and intermediate speed cams.5.2.3 Cosine Acceleration Motion Curve（simple harmonic motion curve）運(yùn)動(dòng)特征：若 為零，無沖擊，若 不為零，有沖擊 soft impulse 5.2.4 Sine Acceleration Motion curve -(cycloid（擺線） Motion curve)No rigid and soft impulse high-speed cams5.2.5 3-4-5 P

8、olynomail Motion Curve 3.4.5次多項(xiàng)式（略）526 Combined Motion Curve （略）5.3 plate Cam with Translating Roller (or knife-edge) Methods graphical Design:principle of inversion（反轉(zhuǎn)法） Analytical:一、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)法 反轉(zhuǎn)法FLASH動(dòng)畫Given that:Clock-wise1、畫出基圓、偏距圓，尖底從動(dòng)件的起始位置C0(B0) 。2、將S運(yùn)動(dòng)圖做等分。 (推程運(yùn)動(dòng)角和回程運(yùn)動(dòng)角)3、沿方向，按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律等分

9、基圓角度，得到C1、C2C9各點(diǎn) 。4、過C1點(diǎn)作偏距圓的切線，量取11B1C1，得到B1。5、將得到的B0、B1、B2B9各點(diǎn)連成光滑曲線。注意：1、注意反轉(zhuǎn)方向，分點(diǎn)一定沿w方向分。2、分段數(shù)不宜過小，實(shí)際設(shè)計(jì)中，常取5一個(gè)間隔。3、過基圓上的點(diǎn)可作偏距圓的2條切線，應(yīng)根據(jù) 偏置方式和反轉(zhuǎn)方向w正確作出其中的一條切線。4 、位移線圖與凸輪輪廓線圖的比例尺應(yīng)一致。5、the centerline of the follower must always be tangent to the offset circle 尖底從動(dòng)件凸輪輪廓的設(shè)計(jì)動(dòng)畫5.3.2 Graphical Synthesis

10、 of Plate Cam with Translating Roller follower. Roller centrereference point. 得到理論輪廓曲線(pitch curve of the cam) 畫小滾子，做包絡(luò)線 envelope of the family of the roller circles 實(shí)際輪廓曲線cam contour 設(shè)計(jì)滾子從動(dòng)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。滾子從動(dòng)件凸輪輪廓的設(shè)計(jì)動(dòng)畫BT is the common normal二、擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)Plate Cam with Oscillating Rolle

11、r Follower已知：轉(zhuǎn)向，r0，a，l，max，-1、作基圓、反轉(zhuǎn)圓和擺桿的初始 位置C0 (B0) 。2、將S運(yùn)動(dòng)圖做等分。3、在反轉(zhuǎn)圓上從OA起，按從動(dòng)件 運(yùn)動(dòng)規(guī)律等分反轉(zhuǎn)圓角度，得到 A1、A2A9各點(diǎn)。它們?yōu)榉崔D(zhuǎn)后 從動(dòng)件回轉(zhuǎn)軸心的位置。4、以分點(diǎn)Ai為圓心，l 為半徑，作圓弧與基圓交于C1、C2、C9；從AiCi向外量取對(duì)應(yīng)的從動(dòng)件擺角1、2 ，得到B1、B2、B9。5、將得到的B0、B1、B2B9各點(diǎn)連 成光滑曲線。擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪輪廓的設(shè)計(jì)動(dòng)畫擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)動(dòng)畫（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(dòng)件

12、Plate Cam with Translating Flat-faced Follower（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平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)動(dòng)畫平底從動(dòng)件凸輪輪廓設(shè)計(jì)動(dòng)畫5.3.3 Analytical Synthesis of the Pitch Curce5.3.4 Analytical Synthesis of the Cam Contour5.3.5 Locus of Centres of Milling Cutter.example 5-1 (study after class) 5.3.6 Pressure Angle pl

13、ate cam with translating roller follower F凸輪作用于從動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力方向,Along common normal pressure angle壓力角：接觸點(diǎn)法線與從動(dòng)件上作用點(diǎn)速度方向所夾的銳角。F F 有用分力 F有害分力side-thrust 摩擦，jam過大，機(jī)構(gòu)自鎖 （allowable pressure angle ） N從動(dòng)件偏置方向系數(shù)N=+1 positive offset mechanism(導(dǎo)路偏左)-1 negative offset mechanism(導(dǎo)路偏右)rp cam es larger!機(jī)構(gòu)不緊湊。5.3.7 Radiu

14、s of Curvature凸輪輪廓的曲率影響到凸輪能否正常工作。 滾子半徑的選擇r 理論廓線的曲率半徑ra 實(shí)際廓線的曲率半徑 理論廓線外凸： convex section of pitch curve. ra=rrr1 On the convex section of pitch curve. 曲線正常 cusp尖端 壓力太高，易損壞 motion distortion 0.1pR0.15p實(shí)際廓線交叉5.4.2-5.4.5（略）omitted復(fù)習(xí)思考題1、 連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)在組成方面有何不同，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？2、 凸輪機(jī)構(gòu)中，剛性沖擊是指什么？舉出一種存在剛性沖擊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3、 凸輪

15、機(jī)構(gòu)中，柔性沖擊是指什么？舉出一個(gè)具有柔性沖擊的從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律。4、 何謂凸輪的理論輪廓與實(shí)際輪廓？5、 凸輪機(jī)構(gòu)中的力鎖合與幾何鎖合各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？6、 為什么不能為了機(jī)構(gòu)緊湊，而任意減小盤形凸輪的基圓半徑？7、設(shè)計(jì)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，如實(shí)際輪廓上出現(xiàn)尖點(diǎn)，將可能出現(xiàn)什么后果？面對(duì)這一實(shí)際結(jié)果，設(shè)計(jì)上應(yīng)如何加以處理？ 習(xí)題1、圖（a）和圖（b）分別為滾子對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)和滾子偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，已知：R=100mm，OA=20mm，e=10mm，rT=10mm，試用圖解法確定；當(dāng)凸輪自圖示位置（從動(dòng)件最低位置）順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)90時(shí)兩機(jī)構(gòu)的壓力角及從動(dòng)件的位移值。(a)(b)2、設(shè)計(jì)一偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪回轉(zhuǎn)方向及從動(dòng)件初始位置如圖所示。已知偏距e=10mm，基圓半徑r0=40mm，滾子半徑rT=10mm，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下：=150，S=30，=120，S=60，從動(dòng)件在推程以簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升，行程h=20mm；回程以等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律返回原處，試?yán)L出從動(dòng)件位移線圖及凸輪輪廓曲線。 3、設(shè)計(jì)一平底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪回轉(zhuǎn)方向及從動(dòng)件初始位置如圖所示。已知