机械原理第九章

第九章凸轮机构及其设计CamsandItsDesign§9-1凸轮机构的应用和分类§9-2推杆的运动规律§9-3凸轮轮廓曲线的设计§9-4凸轮机构基本尺寸的确定返回◆了解凸轮机构的分类及应用。◆了解推杆常用的运动规律及推杆运动规律的选择原则。◆使学生掌握凸轮机构设计的基本知识，能根据选定的凸轮类型和推杆的运动规律设计出凸轮的轮廓曲线。◆掌握凸轮机构基本尺寸确定的原则。本章教学目的§9-1凸轮机构的应用和分类1．凸轮机构的应用Applicationofcammechanism内燃机配气凸轮机构自动机床进刀机构巧克力送料机构绕线机引线机构印刷机械分度机构◆凸轮机构的优点结构简单、紧凑，通过适当设计凸轮廓线可以使推杆实现各种预期运动规律，同时还可以实现间歇运动。 ◆凸轮机构的缺点接触为高副，易于磨损，制造困难。2.凸轮机构的特点Characteristicsofcammechanisms◆组成凸轮机构的基本构件凸轮、推杆（从动件）、机架◆凸轮机构的应用领域凸轮机构广泛用于自动机械、自动控制装置和装配生产线中。3.凸轮机构的分类Classificationofcammechanism1)按凸轮形状分Bythecamshape盘状凸轮移动凸轮圆柱凸轮还有圆锥凸轮、弧面凸轮、球面凸轮等。作者：潘存云教授2）按推杆（从动件）形状分Bythefollowershape尖顶推杆滚子推杆平底推杆3）按推杆运动形式分Bythefollower’smotiontype摆动推杆直动推杆4）按推杆与凸轮的保持接触方式分Bythemannerofkeepingthecamandthefollowerincontact重力弹簧力优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：线接触，容易磨损。凹槽凸轮等径凸轮等宽凸轮作者：潘存云教授共轭凸轮大连民族学院大连民族学院优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：线接触，容易磨损。凸轮机构设计的基本任务:1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;名词术语：一、推杆的常用运动规律基圆、推程运动角、基圆半径、推程、远休止角、回程运动角、回程、近休止角、行程。一个循环2)推杆运动规律;3)合理确定结构尺寸;4)设计轮廓曲线。§9-2推杆的运动规律Thefollower’smotiontype1等速运动刚性冲击推程运动方程：s＝hδ/δ0v＝hω/δ0v＝-hω/δ0a＝0a＝0回程运动方程：s＝h(1-δ/δ0)推杆作等速运动时，其位移线图为一过原点的倾斜直线。速度线图为一条水平直线，V0的大小为位移线图中倾斜直线的斜率。加速度为零。此种运动规律只适用于低速运动的场合. 等加速等减速运动减速段推程运动方程为：s＝h-2h(δ0–δ)2/δ20v＝-4hω(δ0-δ)/δ20a＝-4hω2/δ20加速段推程运动方程为：s＝2hδ2/δ20v＝4hωδ/δ20a＝4hω2/δ20这种运动规律只适用于中速运动场合.3余弦加速度运动(简谐运动)推程：s＝h[1-cos(πδ/δ0)]/2v＝πhωsin(πδ/δ0)δ/2δ0a＝π2hω2cos(πδ/δ0)/2δ20回程：s＝h[1＋cos(πδ/δ’0)]/2v＝-πhωsin(πδ/δ’0)δ/2δ’0a＝-π2hω2cos(πδ/δ’0)/2δ’20在起始和终止处理论上a为有限值，产生柔性冲击。4正弦加速度运动(摆线运动)正弦加速度运动的速度曲线和加速度曲线都是始终连续变化的，它没有刚性冲击，也没有柔性冲击，可用于高速。回程：s＝h[1－(δ/δ’0)＋sin(2πδ/δ’0)/(2π)]v＝hω[cos(2πδ/δ’0)－1]/δ’0a＝-2πhω2sin(2πδ/δ’0)/δ’20 推程：S=h(δ/δ0-1/2sin2δ/δ0) V=hω/δ0(1-cos2δ/δ0) a=2hω2/δ02(sin2δ/δ0) 5五次多项式运动其运动曲线和加速度曲线均连续而无突变，故既无刚性冲击又无柔性冲击。 推程：S=h10(δ/δ0)3-15(δ/δ0)4+6(δ/δ0)5                        V=hω/δ030(δ/δ0)2-60(δ/δ0)3+30(δ/δ0)4        a=hω2/δ0260(δ/δ0)-180(δ/δ0)2+120(δ/δ0)3 回程：S=h10(δ/δ0)3+15(δ/δ0)4-6(δ/δ0)5                       V=-hω/δ030(δ/δ0)2-60(δ/δ0)3+30(δ/δ0)4       a=-hω2/δ0260(δ/δ0)-180(δ/δ0)2+120(δ/δ0)3等速运动规律在始末两点存在刚性冲击，故需加以改进。下图为正弦加速度与等速运动规律组合而成的改进型等速运动规律，凸轮的推程运动角δ0分为三段：δ1段和δ3段为半个周期的正弦加速度运动规律，δ2段为等速运动规律。这种组合运动规律无刚性冲击和柔性冲击。通常取δ1=δ3=δ2/2=δ0/4。6组合运动二、推杆运动规律的选择1.机器的工作过程只要求凸轮转过一角度δ0时，推杆完成一行程h(直动推杆)或φ(摆动推杆)，对运动规律并无严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸轮。2.机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工作要求的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮。sun理由：②amax↑动量mv↑,若机构突然被卡住，则冲击力将很大(F=mv/t)。对重载凸轮，则适合选用vmax较小的运动规律。惯性力F=-ma↑对强度和耐磨性要求↑。对高速凸轮，希望amax愈小愈好。①vmax↑3.对高速凸轮，要求有较好的动力特性，除了避免出现刚性或柔性冲击外，还应当考虑vmax和amax。 运动规律   vmax　(hω/Ф0)×  amax　(hω2/Ф02)×    冲击   应用 等速运动 1.00 ∞ 刚性 低速轻负荷 改进型等速（正弦） 1.33 8.38 - 低速重负荷 等加速等减速 2.00 4.00 柔性 中速轻负荷 余弦加速度 1.57 4.93 柔性 中低速中负荷 正弦加速度 2.00 6.28 - 中高速轻负荷 改进型正弦加速度 1.76 5.53 - 中高速重负荷 改进型梯形加速度 2.00 4.89 - 高速轻负荷 3-4-5多项式 1.88 5.77 - 高速中载荷一、凸轮廓线设计方法的基本原理反转法Inversionprinciple依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线.给整个凸轮机构施以-ω时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。§9-3凸轮轮廓曲线的设计已知：基圆半经r0，角速度ω，推杆运动规律设计步骤：①选比例尺μl作基圆r0。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后推杆尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1.对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构二、用作图法设计凸轮廓线动画演示直动尖顶推杆盘形凸轮机构理论轮廓实际轮廓⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线。2.对心直动滚子推杆盘形凸轮机构已知：基圆半经r0，角速度ω，推杆运动规律动画演示直动滚子推杆盘形凸轮机构④作平底直线族的内包络线。3.对心直动平底推杆盘形凸轮机构已知：基圆半经r0，角速度ω，推杆运动规律4.偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构已知：基圆半经r0，角速度ω，偏距e，推杆运动规律上述设计廓线时的凸轮结构参数r0、e、rr等，是预先给定的。实际上，这些参数也是根据机构的受力情况是否良好、动作是否灵活、尺寸是否紧凑等因素由设计者确定的。§9-4凸轮机构基本尺寸的确定1、凸轮机构压力角受力图中，由∑Fx=0，∑Fy=0，∑MB=0得：-Fsin(α+φ1)+(FR1－FR2)cosφ2=0－G+Fcos(α+φ1)－(FR1+FR2)sinφ2=0FR2cosφ2(l+b)－FR1cosφ2b=0由以上三式消去FR1、FR2得：α↑分母↓F↑若α大到使分母趋于0，则F∞机构发生自锁考虑摩擦时驱动力的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式理想情况（无摩擦）时驱动力的表达式凸轮机构的瞬时效率称αc=arctg[1/(1+2b/l)tgφ2]-φ1为临界压力角。增大导轨长度l或减小悬臂尺寸b可提高αc 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 上要求：αmax≤[α]直动推杆：[α]＝30°摆动推杆：[α]＝35°～45°回程：[α]’＝70°～80°提问：平底推杆α＝？0P点为相对瞬心：由△BCP得:2.凸轮基圆半径的确定ds/dδOP=v/ω=[ds/dt]/[dδ/dt]=[ds/dδ]运动规律确定之后，凸轮机构的压力角α与基圆半径r0直接相关。=(ds/dδ-e)/(s0+s)tgα=(OP-e)/BCr0↑α↓图示凸轮机构中，导路位于右侧。e↑α↓C同理，当导路位于中心左侧时，有：∴CP=ds/dδ+e=(ds/dδ+e)/(s0+s)tgα=(OP+e)/BCe↑α↑OP=v/ω=[ds/dt]/[dδ/dt]=[ds/dδ]此时，当偏距e增大时，压力角反而增大。对于直动推杆凸轮机构存在一个正确偏置的问题！“+”用于导路和瞬心位于凸轮回转中心的两侧；显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小。正确偏置：导路位于与凸轮旋转方向ω相反的位置。正确偏置错误偏置“-”用于导路和瞬心位于凸轮回转中心的同侧；设计时要求：α≤[α]于是有：对心布置有：tgα=ds/dδ/(r0+s）确定上述极值r0min不方便，工程上常根据诺模图来确定r0。1)加大基圆半径r0，2)将对心改为偏置，3)采用平底从动件,α=0r0↑α↓e↑α↓诺模图:应用实例：一对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，δ0＝45º，h=13mm,推杆以正弦加速度运动，要求:αmax≦30º，试确定凸轮的基圆半径r0。作图得：h/r0＝0.26r0≧50mmρa——工作轮廓的曲率半径，ρ——理论轮廓的曲率半径，rr——滚子半径ρ<rrρa＝ρ－rr<0对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：ρmin>rr3.滚子半径的确定ρa＝ρ＋rrρ＝rrρa＝ρ－rr＝0轮廓正常轮廓变尖ρ>rrρa＝ρ－rr轮廓正常外凸可用求极值的方法求得ρmin,常采用上机编程求得ρmin工程上要求ρmin≥1～5mm若不满足此条件时：增大r0减小rr滚子尺寸受强度、结构的限制，不能做的太小，取滚子半径rr=(0.1-0.5)r04.平底尺寸l的确定a)作图法确定：l=2lmax+(5~7)mmlmax=[ds/dδ]maxP点为相对瞬心，有：b)计算法确定：BC=OP=v/ω=[ds/dt]/[dδ/dt]=[ds/dδ]l=2[ds/dδ]max+(5~7)mmv=OP·ω对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。可通过增大r0解决此问题。小结：在进行凸轮廓线设计之前，需要先确定r0,而在定r0时，应考虑结构条件（不能太小）、压力角、工作轮廓是否失真等因素。在条件允许时，应取较大的导轨长度L和较小的悬臂尺寸b。对滚子推杆，应恰当选取rr，对平底推杆，应确定合适的平底长度l。还要满足强度和工艺性要求。本章重点①从动件运动规律：特性及作图法；②理论轮廓与实际轮廓的关系；③凸轮压力角α与基圆半径r0的关系；④掌握用 图解 交通标志图片大全及图解交通标志牌图片大全及图解建筑工程建筑面积计算规范2013图解乒乓球规则图解老年人智能手机使用图解 法设计凸轮轮廓曲线的步骤与方法；作业 P287:9-1,9-7,9-8.