機械設(shè)計基礎(chǔ)教程(凸輪傳動).ppt
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浙江大學專用,機械設(shè)計基礎(chǔ),浙江大學機械原理與設(shè)計教研室,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,10－1凸輪機構(gòu)的組成、應用和分類,一、組成,凸輪機構(gòu)由三個基本構(gòu)件組成,,1、機架,2、凸輪,3、從動件(桿),二、應用,從理論上講凸輪機構(gòu)能完成任何運動規(guī)律(有的稱凸輪機構(gòu)為萬能機構(gòu)),特別是其他機構(gòu)不能完成的運動規(guī)律,它都能完成,只要能設(shè)計出這種凸輪。,由于凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便，因此在實際工程中應用的十分廣泛。如：,內(nèi)燃機、自動車床的進刀機構(gòu)、上下料機構(gòu)、印刷機、紡織機、插秧機、縫紉機等機械設(shè)備中得到廣泛的應用。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,三、分類,1、按凸輪的形狀分：,盤形凸輪、,移動凸輪、,圓柱凸輪。,2、按推桿形狀分：尖頂、滾子、平底從動件。,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）幾何形狀封閉(凹槽、等寬、等徑、主回凸輪),浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,內(nèi)燃機氣門機構(gòu)靠彈簧力封閉,,機床進給機構(gòu)幾何形狀封閉,浙江大學專用,等寬凸輪,等徑凸輪,主回凸輪,凹槽凸輪,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,10－2推桿(從動件)的運動規(guī)律,所為推桿運動規(guī)律，是指從動件在推程或回程時，其運動參數(shù)(即位移S、速度V、加速度a)隨凸輪轉(zhuǎn)角δ變化的規(guī)律。,一、推桿的常用運動規(guī)律,,,,,,,,,,,,,,名詞術(shù)語：,基圓、,基圓半徑r0、,推程、,推程運動角δt、,遠休止角δS、,回程、,回程運動角δt/、,近休止角δS/、,行程h。,S—δ之間的關(guān)系可用運動線圖來表示。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,分類：多項式、三角函數(shù)。,（一）多項式運動規(guī)律,一般表達式：S=C0+C1δ+C2δ2+…+Cnδn(1),,,,剛性沖擊,,1、一次多項式（等速運動）運動規(guī)律,推程運動方程：S＝hδ/δt,V＝hω/δt,a=0,同理得回程運動方程：,s＝h(1-δ/δ’t),v＝-hω/δ’t,a＝0,當：δ=0，s=0；δ=δt，s=h代入得：C0＝0，C1＝h/δt,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,2、二次多項式（等加等減速）運動規(guī)律,,,,,,,,,,,,,柔性沖擊,推程加速上升段邊界條件：,起始點：δ=0，S=0，V＝0,中間點：δ=δt/2，s=h/2,求得：C0＝0，C1＝0，C2＝2h/δt2,加速段推程運動方程為：,s＝2hδ2/δt2,V＝4hωδ/δt2,a＝4hω2/δt2,推程減速上升段邊界條件：,中間點：δ=δt/2，S=h/2,終止點：δ=δt，S=h，V＝0,求得：C0＝－h(huán)，C1＝4h/δt，C2＝-2h/δt2,減速段推程運動方程為：,S＝h-2h(δt-δ)2/δt2,V＝-4hω(δt-δ)/δt2,a＝-4hω2/δt2,1,2,3,4,5,6,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,(二)、三角函數(shù)運動規(guī)律,1、余弦加速度（簡諧）運動規(guī)律,推程：S＝h[1-cos(πδ/δt)]/2,V=πhωsin(πδ/δt)/2δt,a=π2hω2cos(πδ/δt)/2δt2,,,,,,,,,,,,,,,回程：S＝h[1＋cos(πδ/δt’)]/2,V=-πhωsin(πδ/δt’)/2δt’,a=-π2hω2cos(πδ/δt’)/2δ’t2,在起始和終止點，a有突變，所以會產(chǎn)生柔性沖擊。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,二、選擇運動規(guī)律,等加等減速2.04.0柔性中速輕載,五次多項式1.885.77無高速中載,余弦加速度1.574.93柔性中速中載,正弦加速度2.06.28無高速輕載,改進正弦加速度1.765.53無高速重載,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,10-3凸輪輪廓曲線的設(shè)計,一、凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理,反轉(zhuǎn)原理：,,,,,,給整個凸輪機構(gòu)施以-ω時，不影響各構(gòu)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。,根據(jù)這個原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計凸輪的輪廓曲線，例如：,尖頂凸輪繪制動畫,滾子凸輪繪制動畫,二、按給定運動規(guī)律用圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,1、尖底對心直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計,已知：凸輪的基圓半徑r0，角速度ω和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,,,,設(shè)計步驟：,3、將基圓沿－ω方向分與運動線圖相對應的等分點，并過這些等分點作從動件的導路線；,4、從基圓開始，在各從動件的導路線上量取與運動線圖相對應的長度，得從動件尖頂在各導路線上的位置；,5、光滑連接尖頂在各導路線上的位置，得凸輪輪廓曲線。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,2、滾子對心直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,理論輪廓,,實際輪廓,已知：凸輪的基圓半徑r0，滾子半徑rT，角速度ω和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,設(shè)計方法：,把滾子中心視作為尖底從動件的尖底，按尖底從動件設(shè)計,所得的曲線為理論廓線,然后作等距曲線,得實際廓線。,等距曲線－－公法線方向兩曲線的距離相等。其作法為：以理論廓線為圓心作一些列的滾子,再作滾子的包絡(luò)線。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,3、平底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計,已知：凸輪的基圓半徑r0，角速度ω和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,設(shè)計方法：,把平底與導路的交點A視作為尖底從動件的尖底，按尖底從動件設(shè)計,求出A點在導路線上的一系列1/、2/點，過這些點作一系列的平底，然后作這些平底的內(nèi)包絡(luò)線，得凸輪的實際廓線。,,,,,,,,,,,,,,,,,,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,4、尖底偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計,已知：凸輪的基圓半徑r0，角速度ω，從動件的運動規(guī)律和偏距e，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,設(shè)計步驟：,3、將基圓沿－ω方向分與運動線圖相對應的等分點，并過這些等分點作從動件的導路線；,4、從基圓開始，在各從動件的導路線上量取與運動線圖相對應的長度，得從動件尖頂在各導路線上的位置；,5、光滑連接尖頂在各導路線上的位置，得凸輪輪廓曲線。,浙江大學專用,設(shè)計步驟：,3、將基圓沿－ω方向分與運動線圖相對應的等分點，并過這些等分點作偏距圓的切線，得從動件的導路線；,4、從基圓開始，在各從動件的導路線上量取與運動線圖相對應的長度，得從動件尖頂在各導路線上的位置點；,5、光滑連接尖頂在各導路線上的位置點，得凸輪輪廓曲線。,,,,,,,,,,,,,,,,,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,5、滾子偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計,已知：凸輪的基圓半徑r0，滾子半徑rT，角速度ω、從動件的運動規(guī)律和偏距e，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,設(shè)計方法：,把滾子中心視作為尖底從動件的尖底，按尖底從動件設(shè)計,所得的曲線為理論廓線,然后作等距曲線,得實際廓線。,6、尖底擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計,已知：凸輪的基圓半徑r0，角速度ω，擺動推桿長度lAB以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離lAo，從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,浙江大學專用,,,o,設(shè)計步驟：,1、將運動線圖φ—δ分為若干個等分；,2、以O(shè)點為圓心，r0為半徑作圓；根據(jù)lAo定出A點的位置，以A點為圓心，lAB為半徑作圓弧與基圓交與于B點，B點即為起始位置；,3、以O(shè)點為圓心，lAo為半徑作圓；并將此圓沿－ω方向分為與φ—δ線圖相對應的等分點；它們便是反轉(zhuǎn)后各個擺桿位置的擺動中心；,4、以各個擺桿的擺動中心為圓心，lAB為半徑作一系列圓弧，量取各擺桿與φ—δ線圖相對應的角位移，得一系列的B/點光滑連接這一系列的B/點，得凸輪輪廓曲線。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,7、滾子或平底擺動從動件,同前所述，如采用滾子或平底從動件，那么上述連接的B/1、B/2、...各點所得的光滑曲線即為凸輪的理論輪廓，過這些點作一系列滾子或平底,然后作它們的包絡(luò)線便可求得凸輪的實際輪廓。,10－4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定,,F,,,F/,F//,一、凸輪機構(gòu)的壓力角,凸輪對從動件作用點的力的方向與該點的速度方向所夾的銳角α，稱為壓力角。,B,E,F/=COSα有效力,F//=SINα有害力,α,,、F/,,、F//,,,當α增大到某一個數(shù)值時（F//引起的摩擦阻力超過F/時），機構(gòu)將發(fā)生自鎖。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,因此，在實際設(shè)計中，為安全起見，根據(jù)理論分析和實踐經(jīng)驗，推薦許用壓力角〔α〕取以下數(shù)值：,推程許用壓力角：,〔α〕直＝30～38,〔α〕擺＝40～50,回程許用壓力角：,〔α〕＝70～80,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,,F,,,F/,F//,B,E,二、壓力角α與S、ds/dδ、r0、e的關(guān)系,0≤|α|＜,浙江大學專用,最小基圓半徑r0min的確定，工程上常根據(jù)諾模圖來確定r0,應用實例：一對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)，δt＝45，h=13mm,推桿以正弦加速度運動，要求αmax≦30，試確定凸輪的基圓半徑r0。,,諾模圖,作圖得：h/r0＝0.26,r0≧50mm,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,三、滾子半徑的確定,ρa－工作輪廓的曲率半徑，ρ－理論輪廓的曲率半徑，rr－滾子半徑,,ρa＝ρ＋rr,ρ>rr,ρa＝ρ－rr,輪廓正常,輪廓正常,外凸,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,,ρ＝rr,ρa＝ρ－rr＝0,,ρ下載提示(請認真閱讀)
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