中国矿业大学机械原理ppt课件

6　凸轮机构及其设计6.2凸轮机构的分类及封闭形式6.4盘形凸轮轮廓线的作图法设计6.7　凸轮机构的应用6.1概述6.3从动件常用的运动规律6.5盘形凸轮轮轮廓线的解析法设计6.6凸轮机构基本尺寸的确定.　　介绍凸轮机构的特点、应用和分类；简述凸轮机构从动件常用的运动规律与选择知识；论述在选定运动规律时进行凸轮轮廓曲线设计的作图法和解析法；了解凸轮及滚子结构设计、凸轮机构工作能力验算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。　凸轮机构是一种由凸轮、从动件和机架所组成的传动机构。6.1　概述提　要Chapter6CamMechanismsandDesign6　凸轮机构及其设计.6.2　凸轮机构的分类及封闭形式　　凸轮机构的类型很多，根据从动件的运动形式，可分为直动和摆动两类。根据凸轮形状、从动件形状、封闭形式的不同，凸轮机构有如下类型。第一，直动从动件凸轮机构，如图6.1中的(a)～(e)、(i)、(j)所示。第二，摆动从动件凸轮机构，如图6.1中的(f)～(h)所示。第三，从动件与凸轮以力封闭的凸轮机构，如图6.1(c)所示。第四，从动件与凸轮以几何封闭的凸轮机构，如图6.1(i)、(j)所示。.平面凸轮机构的基本类型如下图所示。　　(a)(b)(c)(d)(e)　(f)(g)(h)(i)(j)图6.1　凸轮机构的类型.(a)平面图(1)偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构(b)三维图图6.1(a)　偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构二维动画.2eV21r0ω1AB3C(1)偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构图6.1(a)　偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构三维动画(a)平面图.(2)偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构图61(b)　偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构二维动画.(2)偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构图6.1(b)　偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构三维动画.(3)偏置直动平底从动件盘形凸轮机构32eBC1r0ω1A(b)三维图ω11V223图6.1(c)　偏置直动平底从动件盘形凸轮机构二维动画(a)平面图.(3)偏置直动平底从动件盘形凸轮机构图6.1(c)　偏置直动平底从动件盘形凸轮机构三维动画.(4)摆动尖底从动件盘形凸轮机构图6.1(f)　摆动尖底从动件盘形凸轮机构.(4)摆动尖底从动件盘形凸轮机构图6.1(f)　摆动尖底从动件盘形凸轮机构三维动画.(5)摆动滚子从动件盘形凸轮机构(a)平面图图6.1(g)　摆动滚子从动件盘形凸轮机构.(5)摆动滚子从动件盘形凸轮机构图6.1(g)　摆动滚子从动件盘形凸轮机构三维动画.(6)摆动平底从动件盘形凸轮机构图6.1(h)　摆动平底从动件盘形凸轮机构.(6)摆动平底从动件盘形凸轮机构图6.1(h)　摆动平底从动件盘形凸轮机构三维动画.(7)盘形沟槽凸轮机构图6.1(i)　盘形沟槽凸轮机构三维动画.(8)移动凸轮机构图6.1(e)　移动凸轮机构三维动画(a)平面图.(9)力封闭凸轮机构图6.1(c)　力封闭移动凸轮机构(a)平面图(b)三维图.(10)等宽凸轮机构(a)(b)图6.1(j)　等宽凸轮机构.(11)共轭凸轮机构(b)(a)图6.1(k)　共轭凸轮机构.6.3从动件常用的运动规律图6.2　对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构r0δ0δ01δ'0δ02ADCBω1B'OtS凸轮机构的名词术语δ0称为推程运动角。　　　　　δ01称为远休止角。δ'0称为回程运动角。δ02称为近休止角。.(1)多项式运动规律的一般表达式为　　推程或回程时从动件的位移S(或角位移φ)、速度V(或角速度ω2)、加速度a(或角加速度α2)随时间t的变化规律。因凸轮一般为匀速转动，凸轮转角δ与时间t成正比，所以也可表示为S=S(δ)(位移规律)、V=V(δ)(速度规律)和a=a(δ)(加速度规律)。　　下面介绍多项式运动规律、三角函数运动规律的函数形式以及传动特征。(2)余弦加速度运动规律为(3)正弦加速度运动规律为.　　凸轮以等角速度ω转动，推程角为δ0，行程为h，式(6-1)只保留一次项并求一、二阶导数得S=C0+C1δV=dS/dt=C1ω　　　　　　　(6.2)a=dV/dt边界条件为推程始点处δ=0、S=0；推程终点处δ=δ0、S=h。　　代入式(6.2)得C0=0,C1=h/δ0。同理可以推出回程的运动方程式。S－δ、V－δ及a－δ图如下图所示。6.3.1　一次多项式规律.推程：S=hδ/δ0回程：S=h(1－δ/δ0)V=hω/δ0V=－hω/δ'0a=0a=0图6.3　一次多项式运动曲线.6.3.2　二次多项式运动规律S=C0+C1δ+C2δ2V=dS/dt=C1ω+2C2ωδ　　　　　　　　　　　　　　　　(6.3)a=dV/dt=2C2ω2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　推程等加速度段的边界条件为推程始点处δ=0、S=0、V=0；推程中点处δ=δ0/2、S=h/2。将其代入式(6.3)得C0、C1、C2C0=0、C1=0、C2=2h/δ20二次多项式运动规律的通式为推程等减速度段的边界条件为始点处δ=δ0/2、S=h/2；终点处δ=δ0、S=h、V=0。将其代入式(6.3)得C0、C1、C2C0=－h、C1=4h/δ0、C2=－2h/δ20于是得二次多项式运动规律为.S=2hδ2／δ20S=h(1－2δ2/δ'20)V=4hωδ/δ20V=－4hωδ/δ'20a=4hω2/δ20δ∈[０，δ0／2]δ∈[０，δ'0／2]S=h[1－2(δ0–δ)2/δ20]δ∈[δ0/2,δ0]S=2h[(δ'0－δ)2/δ'20]δ∈[δ'0/2,δ'0]δ∈[０，δ0／2]δ∈[０，δ'0／2]V=4hω(δ0–δ)/δ20V=－4hω(δ'0–δ)/δ'20a=-4hω2/δ'20a=-4hω2/δ20a=4hω2/δ'20推程回程.图6.4　二次多项式运动曲线.6.3.3　五次多项式运动规律S=C0+C1δ+C2δ2+C3δ3+C4δ4+C5δ5V=dS/dt=C1ω+2C2ωδ+3C3ωδ2+4C4ωδ3+5C5ωδ4　　　　　　　　　　(6.7)a=dV/dt=2C2ω2+6C3ω2δ+12C4ω2δ2+20C5ω2δ3五次多项式运动规律的通式为始点处δ=0、S=0、V=0、a=0。终点处δ=δ0、S=h、V=0、a=0。代入式(6.7)得C0=C1=C2=0,C3=10h/δ30，C4=－15h/δ40，C5=6h/δ50，为此得到推程运动方程式。同理推得回程运动方程式以及运动规律。推程时其边界条件为..图6.5　五次多项式运动曲线.6.3.4　余弦加速度运动规律(简谐运动规律)图6.6　余弦加速度规律运动曲线.6.3.5　正弦加速度运动规律(摆线运动规律).图6.7　正弦加速度运动曲线.6.4　盘形凸轮轮廓曲线的作图法设计图6.4F01凸轮轮廓线设计的“反转法”基本原理.图6.4F02　对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计(a)从动件的运动规律曲线6.4.1　对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计已知从动件的运动规律曲线，如图6.4F02所示。.6.4.1　对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计(b)作图过程图6.8　对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计.图6.8　对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计6.4.2　对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计.图6.9　偏置直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线设计2'3'4'5'1'6.4.3　偏置尖底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计.6.4.4　偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计图6.10　偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线设计.图6.11　对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计0.6.5　盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计图6.12　对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计6.5.1　平底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计.凸轮实际廓线方程(B点坐标方程)为图6.12　对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计.偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构如图6.13所示。图6.13　偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计6.5.2　滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计.图6.13　偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计　　图6.13所示为一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构。在图示的坐标系xOy中，取从动件尖底运动的起始点为B0，按反转法，当凸轮转过δ角时，从动件位移为S，则滚子中心B点的坐标，也即凸轮的理论廓线方程为.图6.13　偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计滚子中心B点的坐标为.　　式中e为偏距，S0=(r20-e2)0.5。当凸轮逆时针方向转动，从动件处于凸轮转动中心右侧时，e取正值，反之为负；当凸轮顺时针方向转动，从动件位于凸轮转动中心右侧时，e为负，反之为正。图6.13　偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计.图6.13　偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计　　滚子从动件凸轮的实际廓线是与理论廓线距离为rg(滚子半径)的等距曲线，如图6.13所示。过B点作理论廓线的法线n－n，向内取rg距离、得B'(x'，y')点，B'点即为外凸轮上的一点。B'点的坐标方程即为实际廓线的方程。.　　理论廓线B点处的法线n－n的斜率等于该点切线斜率的负倒数，即由式(6.13)得.　　式中“－”号用于内等距曲线(外凸轮)，“＋”用于外等距曲线(内凸轮)。式中cosθ、sinθ的表达式同前。实际廓线上对应点B'(x',y')的坐标为图6.13偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计.6.5.3　摆动滚子从动件盘形凸轮机构　　如图6.5F01所示，取坐标系xOy，φ0为起始角，从动件滚子中心B0为起始点；OA0反转δ角后，从动件由φ0向外摆动φ角，其滚子中心为B点；a为凸轮转动中心O到从动件固定转动中心A的距离；l为从动件的长度。凸轮的理论廓线方程为图6.5F01　摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓线方程.图6.5F01　摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓线方程凸轮实际廓线方程式同式(6.16)。.6.6　凸轮机构基本尺寸的确定图6.14　偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的受力 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 　　凸轮机构的基本尺寸包括理论基圆半径r0、滚子半径rg、从动件的安装结构尺寸L1和L2、正负偏置距e和压力角α，如图6.14所示。图6.15　偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的机械效率.6.6.1凸轮机构中的作用力与许用压力角　　在图6.14中，凸轮1给滚子2的驱动力为F12，滚子2给推杆3的作用力F23＝F12，机架4在D、E两点给推杆3的作用力分别为F43D、F43E，推杆3上总阻力为G，推杆3上的惯性力不计。由推杆3的力平衡条件∑Fx＝０，∑Fy＝０和∑MA＝０得.化简后得作用力F23与总阻力G的关系为　　若当量摩擦角φ34＝0，则得理想状态下的作用力F230＝G/cosα。此时机械效率η为　　为了提高机械效率， 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 凸轮机构的最大压力角αmax小于许用压力角[α]。在推程阶段，当推杆作移动时，[α]＝30º；当推杆作摆动时，[α]＝35º～45º。在回程阶段，[α]＝70º～80º。.6.6.2　凸轮基圆半径的确定图6.14　偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的受力分析　　在图6.14中，由直角△ACP得关于压力角α的函数式为.图6.15　偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构的机械效率.　　对于图6.12所示的直动平底从动件盘形凸轮机构，由于压力角α始终等于零，所以凸轮基圆半径r0的选择主要影响凸轮轮廓的存在性，如图6.16所示。　　设从动件的运动规律已经确定，若凸轮的基圆半径选为r0＝OB0，当从动件的平底位于B0、B1、B2、B3、…时，不存在一条光滑的曲线与每一个平底相切，即凸轮的轮廓不存在；若凸轮的基圆半径选为r01＝OB'0，当从动件的平底位于B'0、B'1、B'2、B'3、…时，存在一条光滑的曲线与每一个平底相切，该光滑的曲线即为凸轮的轮廓。图6.16　直动平底从动件盘形凸轮机构凸轮基圆半径与轮廓的存在性.6.6.3　滚子半径的确定图6.17　滚子半径rg对凸轮实际轮廓的影响ρminrg＜ρminrg=ρminρminrg＞ρminρmin(a)(b)(c).6.6.4　平底最小长度的确定图6.12　对心直动平底从动件盘形凸轮机构.6.7　凸轮机构的应用　　图6.18是发动机图2.7(a)中的凸轮配气机构，当凸轮转动时，移动从动件2作间歇的上下运动，从而实现气门的开与闭。图6.18　汽车发动机的配气机构(1)　汽车发动机的配气机构.(2)　家用缝纫机的送布机构图6.19　家用缝纫机的送布机构.(3)　曲柄滑块与凸轮组合的块状物料推送机构图6.20　曲柄滑块与凸轮组合的块状物料推送机构.6.8　凸轮副的接触应力　　接触长度为L的两个圆柱体，如图6.8F01(a)所示，在法向力Fn(N)作用下，其接触表面产生局部弹性变形，变形区中的接触应力分布是不均匀的，在理论接触线上接触应力达到最大值，如图6.8F01(b)所示。图6.8F01　两圆柱体的接触应力(a)(b).图6.8F02　两圆柱体的接触应力(c)　(d).σH=ZE[Fn/(L·ρ)]1/2N/mm2　　　　　(6.8F01)ZE={1/[π(1-μ21)/E1+π(1-μ22)/E2]}1/2　　[N/mm2]1/2　　式中E1、E2为凸轮和从动件的弹性模量(N/mm2)，μ1、μ2为凸轮和从动件材料的波松比。　　　　式(6.8F01)中的1/ρ为综合曲率，1/ρ=1/ρ1±1/ρ2，ρ1、ρ2分别为两圆柱体的半径，“＋”号用于外接触，“－”号用于内接触。式中ZE称为弹性系数，其计算式为根据弹性力学的赫兹公式[46]，最大接触应力σH为.凸轮副的许用接触应力　凸轮副的许用接触应力按下式计算表6.8F01接触疲劳强度极限σ0H　[σH]=σ0H/SH·ZN·ZRN/mm2　　　　　(6.8F02).凸轮机构的结构设计(1)　滚子的结构设计图6.8F03　滚子的结构型式滚子的结构可以取多种型式，下面是常见的几种型式。.图6.8F04　滚子的结构型式.6.9圆柱凸轮机构直动从动件圆柱凸轮机构图6.8F05滚子直动从动件圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构可以实现从动件作移动与摆动的空间运动变换。其设计方法与平面凸轮机构的相似。.6.10　高速凸轮机构简介图6.8F07　凸轮机构的动力学模型图6.8F06　凸轮机构的三维模型.图6.8F08所示模型的运动微分方程为图中Fr为工作阻力；Me为从动件的等效质量；ks为弹簧的刚度；Fs为弹簧的初始压力;kf为从动件的纵向刚度；c为从动件运动的阻尼系数。x为从动件运动的实际输出运动规律；xc为从动件运动的理论输出运动规律。图6.8F08　凸轮机构的动力学模型.运动微分方程进一步化简为其中　　　　　　　当c=0,Fr=0时，该凸轮机构处于无阻尼自由振动状态。称为该凸轮机构的一阶固有频率。图6.8F09　运动规律的曲线表示该凸轮机构的工作端动态响应解为.