凸輪機構及其設計

凸輪機構及其設計第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1凸輪機構的應用和分類4.1.1凸輪機構的特點和應用1.特點凸輪機構是一種結構簡單、緊湊的機構，具有很少的活動構件，占據空間小最大優(yōu)點：對于任意要求的從動件運動規(guī)律，都可以毫無困難地設計出凸輪廓線來實現。缺點：由于是高副接觸，易磨損。因此，多用于傳力不大的場合。第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2.應用●實現無特定運動規(guī)律要求的工作行程●實現有特定運動規(guī)律要求的工作行程●實現對運動和動力特性有特殊要求的工作行程●實現復雜的運動規(guī)律雙凸輪組合寫R字機圓柱凸輪輸送機凸輪繞線機第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1.2凸輪機構的分類1.按凸輪的形狀分盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2.按從動件的型式分尖頂從動件滾子從動件平底從動件

第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3.按從動件的運動分擺動從動件移動從動件偏置移動從動件對心移動從動件第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4.按凸輪與從動件維持接觸（鎖合）的方式分力鎖合形鎖合溝槽凸輪等寬凸輪等徑凸輪第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月DrbeABCsCDh行程推程運動角遠休止角回程運動角近休止角Bos4.2從動件的運動規(guī)律凸輪的基圓該位置為初始位置4.2.1基本概念偏距圓1.直動從動件凸輪機構第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月推程運動角凸輪的基圓遠休止角回程運動角近休止角行程對心直動從動件盤形凸輪機構第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月O1O22.擺動從動件凸輪機構AB1B推程運動角CD遠休止角回程運動角近休止角oB最大擺角擺角第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月從動件運動規(guī)律的一般表示主動件凸輪一般作勻速轉動（角速度為），從動件的運動規(guī)律的數學方程式為位移速度加速度類速度類加速度4.2.2運動規(guī)律第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1.多項式運動規(guī)律其位移方程的一般形式為:式中，ω為凸輪的轉角（rad)；c0，c1，c2，….cn為n+1個待定系數。第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月OS（1）等速運動規(guī)律推程的運動方程：hvOvOa從動件在運動起始位置和終止兩瞬時的加速度在理論上由零值突變?yōu)闊o窮大，慣性力也為無窮大。由此的沖擊稱為剛性沖擊。適用于低速場合。其推程的邊界條件為：第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月0amax-amaxa（2）等加速等減速運動規(guī)律推程等加速運動的邊界條件為：推程等加速運動的方程式為：149410h1423560s0vvmax第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月在運動規(guī)律推程的始末點和前后半程的交接處，加速度雖為有限值，但加速度對時間的變化率理論上為無窮大。由此引起的沖擊稱為柔性沖擊。（3）n≥3的高次多項式運動規(guī)律適當增加多項式的冪次，就有可能獲得性能良好的運動規(guī)律。但冪次越高，要求的加工精度也愈高。適用于中、低速場合。0amax-amaxa第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月vmaxa123456amax-amaxv1234562.三角函數運動規(guī)律（1）余弦加速度運動規(guī)律1'2'3'4'5'6'0s123456h該運動規(guī)律在推程的開始和終止瞬時，從動件的加速度仍有突變，故存在柔性沖擊。因此適用于中、低速場合。，s推程階段運動方程：第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月12345678sohs''s'S=S''-S'2'1'3'4'6'h/25'7's（2）正弦加速度運動規(guī)律推程階段的正弦加速度方程為：12345678ovvmax12345678oaamax-amax這種運動規(guī)律的速度及加速度曲線都是連續(xù)的，沒有任何突變，因而既沒有剛性沖擊、又沒有柔性沖擊，可適用于高速凸輪機構。第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3.組合運動規(guī)律運動規(guī)律組合時應遵循以下原則：（1）對于中、低速運動的凸輪機構，要求從動件的位移曲線在銜接處相切，以保證速度曲線的連續(xù)。即要求在銜接處的位移和速度應分別相等。（2）對于中、高速運動的凸輪機構，要求從動件的速度曲線在銜接處相切，以保證加速度曲線連續(xù)，即要求在銜接處的位移、速度和加速度應分別相等。為了獲得更好的運動特性，還可以將以上各種運動規(guī)律組合起來加以應用。在選擇從動件的運動規(guī)律時，除了要考慮剛性沖擊和柔性沖擊以外，還要對各種運動規(guī)律所具有的最大速度vmax和最大加速度amax及其影響加以比較。第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月a0修正梯形組合運動規(guī)律a12345678oamax=(h2/2)×4.00amax=(h2/2)×6.28等加速等減速運動規(guī)律正弦加速度運動規(guī)律a=10.1250.50.875修正梯形組合運動規(guī)律amax=(h2/2)×4.888第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3凸輪輪廓曲線的設計（圖解法）已知從動件的運動規(guī)律及凸輪機構的基本尺寸及轉向，求凸輪輪廓曲線上點的坐標值或作出凸輪的輪廓曲線。1.設計思路4.3.1設計原理第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月r0esB0BosB1S-S-2.反轉法原理第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）對心機構4.3.2直動從動件盤形凸輪機構211.尖頂直動從動件盤型凸輪機構sO180o120o60o12345678910-180o120oB0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10C1C8C9C6C5C7C3C4C2C10C0第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月r0O（2）偏置機構-c1c2c3c4c5c6c7c0e180oB1B3B4B2B5B8B6c10c8c9B7120oB9B1060oB0oS180o120o60o12345678910h第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月輪廓曲線的設計步驟：（1）將滾子中心作為尖頂從動件的尖頂求出理論輪廓；（2）再求滾子從動件凸輪的工作輪廓曲線即實際輪廓曲線。注意：（1）理論輪廓與實際輪廓互為等距曲線；（2）凸輪的基圓半徑是指理論輪廓曲線的最小向徑。2.滾子直動從動件盤形凸輪第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月213.平底移動從動件盤型凸輪機構-180o120o第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3.3擺動從動件盤形凸輪機構第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月O180o120o60oo12345678910A1A2A3A5A6A7A8A9A10A400000000000rbC0L180°60°120°C1C2C3C4C5C6C7C8C9C101B12B23B3B4B5B6B7B8B9B10RA0a-尖頂擺動從動件盤型凸輪機構平底和滾子擺動從動件盤形凸輪機構的設計可參照直動從動件盤形凸輪機構。第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月21R4.3.4圓柱凸輪輪廓曲線的設計圓柱凸輪可以展成平面移動凸輪B-RB0xy02Rnnrrv1v21v2第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4平面凸輪輪廓曲線的設計（解析法）4.4.1理論基礎動系x’oy’相對于靜系xoy轉動，動點A固定在動系上，隨動系相對靜系轉動。轉過θ角后，動點A在靜系中的坐標為（x1，y1），在動系中坐標為（x2，y2）。顯然，若動系未轉，動點A在靜系中的坐標為（x2，y2）。由圖知，A點在靜坐標系中運動時，其位置坐標關系為：用解析法設計凸輪輪廓曲線時，靜系固定在機架上，動系固定在凸輪上。第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.2直動從動件盤形凸輪機構凸輪順時針轉時η=1；凸輪逆時針轉時η=-1。從動件導路偏于y軸正側時δ=1；偏于y軸負側時δ=-1。第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4.4.3擺動從動件盤型凸輪機構第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4.5凸輪機構基本尺寸的確定4.5.1凸輪機構的壓力角與自鎖設計基本尺寸時務必使max[]許用壓力角的推薦值：工作行程移動從動件，[]=30o~38o擺動從動件，[]=40o~45o非工作行程：可在70o~80o之間選取壓力角α：從動件所受凸輪對其的驅動力F與從動件上與凸輪的接觸點的運動速度V2之間所夾的角。第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1.直動移動從動件盤型凸輪機構

當ηδ=1，稱為正偏置，當ηδ=-1，為負偏置。

從動件偏置的目的是減少推程壓力角。設計凸輪機構時應采用正偏置，以減少推程壓力角?；鶊A半徑的確定：在max[]前提下，盡可能取小的基圓半徑。正偏置負偏置第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2.擺動從動件盤型凸輪機構Ｐ為凸輪與從動件的速度瞬心第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4.5.2滾子半徑的確定1.理論曲線內凹時實際輪廓為光滑曲線

2.理論曲線外凸時顯然，要保證實際輪廓為光滑曲線，滾子半徑的大小應受到理論廓線的最小曲率半徑的制約。第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）理論廓線的最小曲率半徑大于滾子半徑時′min’minrT實際輪廓為光滑曲線

（2）理論廓線的最小曲率半徑等于滾子半徑時實際輪廓出現尖點

第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月minrr為避免運動失真，建議：（3）理論廓線的最小曲率半徑小于滾子半徑時實際輪廓相交而造成從動件運動失真第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4.5.3