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1、天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,凸輪機構及其設計,41 凸輪機構的應用和分類,42 推桿的運動規(guī)律,43 凸輪輪廓曲線的設計,44 凸輪機構基本尺寸的確定,,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,41 凸輪機構的應用和分類,結構：三個構件、盤(柱)狀曲線輪廓、從動件呈桿狀。,作用：將連續(xù)回轉 從動件直線移動或擺動。,優(yōu)點：可精確實現(xiàn)任意運動規(guī)律，簡單緊湊。,缺點：高副，線接觸

2、，易磨損，傳力不大。,應用：內燃機 、牙膏生產(chǎn)等自動線、補鞋機、配鑰匙機等。,分類：1)按凸輪形狀分：盤形、 移動、 圓柱凸輪 ( 端面 ) 。,2)按推桿形狀分：尖頂、 滾子、 平底從動件。,特點： 尖頂構造簡單、易磨損、用于儀表機構；,滾子磨損小，應用廣；,平底受力好、潤滑好，用于高速傳動。,實例,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,3).按推桿運動分：直動(對心、偏置)、 擺動,4).按保持接觸方式分： 力封閉（重力、彈簧等）,,,內

3、燃機氣門機構,機床進給機構,,幾何形狀封閉(凹槽、等寬、等徑、主回凸輪),天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,r1+r2 =const,主回凸輪,等寬凸輪,優(yōu)點：只需要設計適當?shù)妮喞€，從動件便可獲得任意的運動規(guī)律，且結構簡單、緊湊、設計方便。,缺點：線接觸，容易磨損。,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授

4、,作者：潘存云教授,繞線機構,應用實例：,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,送料機構,,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,,,,,,,,,,42 推桿的運動規(guī)

5、律,凸輪機構設計的基本任務: 1)根據(jù)工作要求選定凸輪機構的形式;,,,名詞術語：,一、推桿的常用運動規(guī)律,基圓、,推程運動角、,基圓半徑、,推程、,遠休止角、,回程運動角、,回程、,近休止角、,行程。一個循環(huán),,,而根據(jù)工作要求選定推桿運動規(guī)律，是設計凸輪輪廓曲線的前提。,2)推桿運動規(guī)律;,3)合理確定結構尺寸;,4)設計輪廓曲線。,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,運動規(guī)律：推桿在推程或回程時，其位移S、速度V、 和加速度a 隨時間t 的變化規(guī)律。,形式：

6、多項式、三角函數(shù)。,S=S(t) V=V(t) a=a(t),天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,邊界條件： 凸輪轉過推程運動角0從動件上升h,一般表達式：s=C0+ C1+ C22++Cnn (1),求一階導數(shù)得速度方程： v = ds/dt,求二階導數(shù)得加速度方程： a =dv/dt =2 C22+ 6C32+n(n-1)Cn2n-2,其中：凸輪轉角，d/dt=凸輪角速度, Ci待定系數(shù)。,= C1+ 2C2++nCnn-1,凸輪轉過回程運動角0從動件下降h,天津工業(yè)大

7、學專用 作者： 潘存云教授,在推程起始點：=0， s=0,代入得：C00， C1h/0,推程運動方程： s h/0,v h /0,在推程終止點：=0 ，s=h,剛性沖擊,s = C0+ C1+ C22++Cnn,v = C1+ 2C2++nCnn-1,a = 2 C22+ 6C32+n(n-1)Cn2n-2,,同理得回程運動方程： sh(1-/0 ),v-h /0,a0,a 0,1.一次多項式（等速運動）運動規(guī)律,一、多項式運動規(guī)律,天津工業(yè)大學專用

8、 作者： 潘存云教授,2.二次多項式（等加等減速）運動規(guī)律,位移曲線為一拋物線。加、減速各占一半。,推程加速上升段邊界條件：,起始點：=0， s=0， v0,中間點：=0 /2，s=h/2,求得：C00， C10，C22h/20,加速段推程運動方程為：,s 2h2 /20,v 4h /20,a 4h2 /20,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,,,,,,,推程減速上升段邊界條件：,終止點：=0 ，

9、s=h，v0,中間點：=0/2，s=h/2,求得：C0h， C14h/0 C2-2h/20,減速段推程運動方程為：,s h-2h(0 )2/20,,v -4h(0-)/20,a -4h2 /20,,,,,,柔性沖擊,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,設計：潘存云,二、三角函數(shù)運動規(guī)律,1.余弦加速度(簡諧)運動規(guī)律,

10、推程： sh1-cos(/0)/2,v hsin(/0)/20,a 2h2 cos(/0)/220,回程： sh1cos(/0)/2,v-hsin(/0)/20,a-2h2 cos(/0)/220,,,,,,,,,,,,,,,在起始和終止處理論上a為有限值，產(chǎn)生柔性沖擊。,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,2.正弦加速度（擺線）運動規(guī)律,推程： sh/0-sin(2/0)/2,vh1-cos(2/0)/0,a2h2 sin(2/0)/20,無沖擊,,,,,,,,,,

11、,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,,,設計：潘存云,一、凸輪廓線設計方法的基本原理,反轉原理：,依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設計凸輪的輪廓曲線。,給整個凸輪機構施以-1時，不影響各構件之間的相對運動，此時，凸輪將靜止，而從動件尖頂復合運動的軌跡即凸輪的輪廓曲線。,,,,,,,43 凸輪輪廓曲線的設計,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,,,,作者：潘存云教授,設計：潘存云

12、,,,,,,,,,,,,,,,,,,已知凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。,設計步驟小結： 選比例尺l作基圓r0 。 反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。 確定反轉后，從動件尖頂在各等份點的位置。 將各尖頂點連接成一條光滑曲線。,,,,1.對心直動尖頂從動件盤形凸輪,,二、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制,,,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,2)對心直動滾子推桿盤形凸輪,設計：潘存云,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

13、,,,,,,,,,理論輪廓,實際輪廓,作各位置滾子圓的內(外)包絡線。,已知凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。,,,,,,,,,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,,作者：潘存云教授,3)對心直動平底推桿盤形凸輪,設計：潘存云,已知凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動件的運動規(guī)律，設計該凸輪輪廓曲線。,作平底直線族的內包絡線。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,天津工業(yè)大學專用

14、 作者： 潘存云教授,,,,作者：潘存云教授,設計：潘存云,已知: 凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動件的運動規(guī)律和偏心距e，設計該凸輪輪廓曲線。,4)偏置直動尖頂從動件盤形凸輪,,,,,,,,,,,,,,,,,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,5)擺動尖頂推桿盤形凸輪機構,設計：潘存云,已知: 凸輪的基圓半徑r0，角速度，擺桿長度l以及擺桿回轉中心與凸輪回轉中心的距離d，擺桿角位移方程，設計該凸輪輪廓曲線。,,,天津工業(yè)大學專用

15、 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,,,3.用解析法設計凸輪的輪廓曲線,1) 偏置直動滾子推桿盤 形凸輪機構,實際輪廓線為理論輪廓的等距線。,曲線任意點切線與法線斜率互為負倒數(shù)：,原理：反轉法,設計結果：輪廓的參數(shù)方程: x=x() y= y(),,x=,(s0+s)sin,+ ecos,y=,(s0+s)cos,- esin,,,tan= -dx/dy,=(dx/d)/(- dy/d),= sin/cos,,r0,,已知：r0、rT、e、、S=S(),天津工業(yè)大學專用

16、 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,,,對(1)式求導，得： dx/d(ds/d- e)sin+(s0+s)cos,式中: “”對應于內等距線， “”對應于外等距線。,實際輪廓為B點的坐標： x= y=,x - rrcos,,y - rrsin,dy/d(ds/d- e)cos-(s0+s)sin,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,94 凸輪機構基本尺寸的確定,上述設計廓線時的

17、凸輪結構參數(shù)r0、e、rr等，是預先給定的。實際上，這些參數(shù)也是根據(jù)機構的受力情況是否良好、動作是否靈活、尺寸是否緊湊等因素由設計者確定的。,1.凸輪機構的壓力角,2.凸輪基圓半徑的確定,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,1.凸輪機構的壓力角,壓力角正壓力與推桿上B點速度方向之間的夾角,,F,若大到使F ,機構發(fā)生自鎖,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,作

18、者：潘存云教授,工程上要求：max ,直動推桿：30,擺動推桿：3545,回程：7080,提問：平底推桿？,0,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,,作者：潘存云教授,,P點為相對瞬心：,由BCP得:,2.凸輪基圓半徑的確定,ds/d,OP= v/,= ds/dt / d/dt,=ds/d,運動規(guī)律確定之后，凸輪機構的壓力角與基圓半徑r0直接相關。,=(ds/d-e)/(s0+s),tan=(OP-e)/BC,r0 , ,圖示凸輪機構中，導路位于右側。,e , ,天津工業(yè)大學專用

19、 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,設計：潘存云,同理，當導路位于中心左側時，有：, CP = ds/d + e,=(ds/d+e)/(s0+s),tan=(OP+e)/BC,e ,,OP= v/,= ds/dt / d/dt,=ds/d,此時，當偏距e增大時，壓力角反而增大。,對于直動推桿凸輪機構存在一個正確偏置的問題！,天津工業(yè)大學專用 作者： 潘存云教授,本 章 重 點,從動件運動規(guī)律及沖擊特性；,掌握用圖解法求理論輪廓、基圓、壓力角、升程等；,凸輪壓力角與基圓半徑r0的關系。,