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。掌握凸轮机构设计的基本知识,能根据选定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。本章教学目的一、凸轮机构的组成与应用组成:凸轮、推杆(从动件)、机架从动件2应用:广泛用于自动机械、自动控制装置中配气机构车床进刀机构优点:结构简单、紧凑,可以使推杆实现各种预期运动规律。缺点:接触为高副,易于磨损,多用于传力不大的场合。按凸轮形状分:三、凸轮机构的分类盘形凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构按推杆的形状来分尖顶推杆滚子推杆平底推杆平底接触面间容易形成油膜,润滑较好,所以常用于高速传动中。滚动摩擦,所以磨损较小,故可用来传递较大的动力。易于磨损,所以只适用于作用力不大和速度较低的场合。按从动件的运动方式分从动件绕某一固定轴摆动。从动件只能沿某一导路做往复移动;摆动从动件直动从动件利用推杆的重力、弹簧力或其它外力使推杆始终与凸轮保持接触;按凸轮与从动件保持接触的方法分力封闭方法:利用凸轮与推杆构成的几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。槽凸轮机构等宽凸轮机构共轭凸轮几何封闭法:一、基本术语9-2推杆的运动规律以凸轮最小半径r为凸轮的基圆半径。推程运动角:d4.推杆的运动规律:s01远休止角:回程运动角:近休止角:3.行程:h2.凸轮转角δ二、从动件常用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——等加速等减速运动五次多项式运动规律三角函数运动规律余弦加速度运动规律——简谐运动规律正弦加速度运动——摆线运动规律组合运动规律凸轮一般为等速运动,有推杆运动规律常表示为推杆运动参数随凸轮转角δ变化的规律。dtdvdtds运动方程式一般表达式:得推程运动方程:运动始点:d=0,由边界条件推程运动线图刚性冲击多项式运动规律注意起始和终止点速度有突变,使瞬时加速度趋于无穷大,从而产生无穷大惯性力,引起刚性冲击。推程运动线图为保证凸轮机构运动平稳性,常使推杆在一个行程h中的前半段作等加速运动,后半段作等减速运动,且加速度和减速度的绝对值相等。dtdvdtds等减速段:推程运动方程等加速段在起点、中点和终点时,因加速度有突变而引起推杆惯性力的突变,且突变为有限值,在凸轮机构中由此会引等加速等减速运动规律——回程运动方程等加速等减速运动规律运动特性:回程加速段运动方程式:回程减速段运动方程式:柔性冲击五次多项式运动规律五次多项式的一般表达式为2012dtdvdtds推程边界条件在始点处:d1510解得待定系数为五次多项式运动规律的运动线图五次多项式运动规律的运动特性即无刚性冲击也无柔性冲击三角函数运动规律余弦加速度运动规律——简谐运动规律本运动规律的运动特性:推杆加速度在起点和终点有突变,且数值有限,故有柔性冲击。推杆推程运动方程式:摆线运动:一圆在直线上作纯滚动时,其上任一点在直线上的投影运动为摆线运动。本运动规律运动特性:推杆作正弦加速度运动时,其加速度没有突变,因而将不产生冲击。适用于高速凸轮机构,推程运动线图采用目的:避免有些运动规律引起的冲击,改善推杆其运动特性。构造原则:组合运动规律组合示例改进梯形加速度运动规律、根据工作要求选择主体运动规律,然后用其它运动规律组合;、保证各段运动规律在衔接点上的运动参数是连续的;、在运动始点和终点处,运动参数要满足边界条件。组合方式:主运动:等速运动规律组合运动:等速运动的行程两端与正弦加速度运动规律组合起来。组合运动规律示例2:三、推杆运动规律的选择1)对运动规律无特殊要求2)选取应从便于加工和动力特性来考虑。3)低速轻载凸轮机构:易于加工的曲线)高速凸轮机构:首先考虑动力特性,以避免产生过大的冲击。选择推杆运动规律的基本要求满足机器的工作要求;使凸轮机构具有良好的动力特性;使所设计的凸轮便于加工。推杆运动规律几种常见情况运动规律小结:等速运动规律:有刚性冲击低速轻载等加速等减速运动:柔性冲击中速轻载余弦加速度运动规律:柔性冲击中低速重载正弦加速度运动规律:无冲击中高速轻载五次多项式运动规律:无冲击高速中载运动规律运动特性适用场合一、凸轮廓线设计的基本原理假想给整个机构加一公共角速度-,则凸轮相对静止不动,而推杆一方面随导轨以-绕凸轮轴心转动,另一方面又沿导轨作预期的往复移动。推杆尖顶的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。反转法原理:二、图解法设计凸轮轮廓曲线对心尖顶直动推杆盘形凸轮机构已知:凸轮基圆半径r,凸轮以等角速度ω逆时针回转。推杆运动规律为:01:等速上升h;02:最高位置静止不动;03:以正弦加速度运动回到最低位置;04在最低位置静止不动。12012060偏置直动尖端推杆盘形凸轮机构应注意的不同点:先作出基圆和偏距圆,根据推杆偏置方向确定其起始位置。偏距圆:以凸轮轴心O为圆心,以推杆在反转运动中依次占据的位置都是偏距圆的切线.在各反转导路线上量取与位移图相应的位移,得B1、B2、等点即为凸轮轮廓上的点。尖顶偏置直动从动件盘型凸轮机构(1)按已设计好的运动规律作出位移线图;等点;并过这些点作偏距圆的切线)在各反转导路线上量取与位移图相应的位移,得B0图解法例设计说明:将滚子中心看作尖顶,然后按尖顶推杆凸轮廓线的设计方法确定滚子中心的轨迹,称其为凸轮的理论廓线;直动滚子推杆盘形凸轮机构注意:凸轮基圆半径指理论廓线)以理论廓线上各点为圆心,以滚子半径r实际轮廓曲线)求出滚子中心在固定坐标系oxy中的轨迹(称为理论轮廓);(2)再求滚子从动件凸轮的工作轮廓曲线(称为实际轮廓曲线)理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线)凸轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的最小向径。设计步骤:将平底与推杆导路与推杆的交点A视为推杆尖顶,然后确定出点A在反转中各位置1’、2’、…。2.过1’、2’、…作一系列代表推杆平底的直线.作出该直线族的包络线,即为凸轮的实际轮廓曲线平底凸轮机构直动平底推杆盘形凸轮机构摆动推杆盘形凸轮机构设计要求:运动规律与直动推杆的运动规律相同,所不同的是将从动件的位移改为角位移。摆动推杆盘形凸轮机构设计作图步骤:设计步骤:以AO为半径画圆,将摆杆中心A沿反转方向等分得出点A在反转中各位置A1、A2、…。以A1、A2、…为心,AB半径画弧得与基圆交点B1,B2…,以Ai为顶点,φi为顶角做三角形AiBiBi”,B1”,B2”…,线族的包络线,即为凸轮的实际轮廓曲线。根据反转法作出推杆滚子中心在复合运动中轨迹,即为凸轮的理论廓线;据此再作实际廓线;直动推杆圆柱凸轮机构1)确定基圆和推杆的起始位置; 2)作出推杆在反转运动中依次占据的各位置线)根据推杆运动规律,确定推杆在反转所占据的各位置线中的 尖顶位置,即复合运动后的位置; 4)在所占据的各尖顶位置作出推杆高副元素所形成的曲线)作推杆高副元素所形成的曲线族的包络线,即是所求的凸轮 轮廓曲线。 用图解法设计凸轮轮廓曲线小结: 滚子中心在初始点B sincos cossin 廓线方程式三、用解析法设计凸轮的轮廓曲线 偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构滚子中心到达B点时:凸轮转过d (x,y)点坐标为:凸轮理论廓线方程式 实际廓线与理论廓线在法线方向的距离处处相等,且等于滚子半径r 工作廓线上相应点沿理论廓线取该点法向 距离r 凸轮工作廓线方程式凸轮工作论廓线方程式