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1、第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动1 11 1 1 1 凸轮传动的组成、应用和分类凸轮传动的组成、应用和分类凸轮传动的组成、应用和分类凸轮传动的组成、应用和分类一、组成一、组成凸轮1、从动件2、机 架3二、应用二、应用 广泛用于s、v、a要求严格的自动、半自动机械中。内燃机配气内燃机配气凸轮机构凸轮机构自动机床自动机床进刀机构进刀机构第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动2 2三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类uu按凸轮的形状分按凸轮的形状分盘形凸轮3平板移动凸轮圆柱凸轮 第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动3 3uu按从动件
2、分按从动件分尖底从动件:易磨损,用于低速轻载滚子从动件:承载大、耐磨平底从动件:用于高速,不能与凹形轮廓接触uu按从动件运动分按从动件运动分直动摆动uu按从动件位置分按从动件位置分对心偏置第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动4 4四、保持接触的方法四、保持接触的方法凸轮传动中,从动件与凸轮应始终保持接触,这种作用称为锁合。所以在凸轮机构中,要使从动件在工作行程和回程中始终与凸轮锁合在一起。uu 力封闭法力封闭法重力弹簧压力uu 形封闭法形封闭法凹槽等径凸轮等宽凸轮第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动5 5(四)按凸轮与从动件维持接 触(锁合)方式分:
3、力锁合形锁合尖顶从动件滚子从动件平底从动件二)按从动件上高副元 素的几何形状分:摆动从动件移动从动件偏置移动从动件对心移动从动件三)按从动件的运动分盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮一)按凸轮的形状分:凸凸轮轮机机构构的的分分类类分类小结分类小结:第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动6 6 一般凸轮机构的命名原则一般凸轮机构的命名原则:u布置形式布置形式+运动形式运动形式+推杆形状推杆形状+凸轮形状凸轮形状对心对心直动直动尖顶推尖顶推杆杆盘形凸轮机构盘形凸轮机构偏置偏置直动直动滚子推滚子推杆杆盘形凸轮机构盘形凸轮机构摆摆动动平底推杆平底推杆盘形凸轮机构盘形凸轮机构第三章第三章第三章
4、第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动7 72 2 从动件的常用运动规律及其选择从动件的常用运动规律及其选择从动件的常用运动规律及其选择从动件的常用运动规律及其选择设计凸轮传动:工作要求凸轮轮廓曲线从动件运动规律从动件运动:上升停下降停AB:推程t :推程运动角s :远休止角t :回程运动角s :近休止角CD:回程h :升程r0 :基圆半径r0位移位移s s2 2与转角与转角 1 1关系关系位移线图:位移线图:第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动8 8一、常用的从动件运动规律一、常用的从动件运动规律一、常用的从动件运动规律一、常用的从动件运动规律 位移线图、速度线图、加
5、速度线图统称为从动件运动线图(从动件运动规律)1一次多项式(n=1):等速运动规律2二次多项式(n=2):等加速与等减速运动规律3五次多项式运动规律(n=5)u 多项式类的运动规律多项式类的运动规律式中1 为凸轮转角;s为推杆位移;C0,C1,C2,Cn为待定系数,可利用边界条件等确定。对于多项式运动规律,其多项式中待定系数的数对于多项式运动规律,其多项式中待定系数的数目应与边界条件的数目相等,其数目多少应根据工作目应与边界条件的数目相等,其数目多少应根据工作要求来确定。但当边界条件增多时,会使设计计算复要求来确定。但当边界条件增多时,会使设计计算复杂,加工精度也难以达到,故通常不宜采用太高次
6、数杂,加工精度也难以达到,故通常不宜采用太高次数的多项式。的多项式。第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动9 9升程阶段:边界条件:1 1、等速运动等速运动(一一次次多项式多项式)运动方程:运动规律:r0第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动10 10a特点:A点:l 设计简单、匀速进给l 始点、末点存在刚性冲击刚性冲击l 用于低速、轻载、从动件质 量小的凸轮机构。s21ht1v2v01t第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动11 11边界条件边界条件回程阶段回程阶段:运动方程运动方程第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动
7、凸轮传动12 122 2、等、等加等加等减速运动减速运动h1s20123456149410tt/2h/20v2110a2u 0t/2:加速,上升h/2u t/2t:减速,上升h/2边界条件 第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动1313中间位置:加速度有突变(有限值)柔性冲击柔性冲击(O O,A A,B B)。不适合高速。运动方程运动方程第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动14 14边界条件边界条件待定系数待定系数运动方程运动方程第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动15 153 3、简谐运动、简谐运动(余旋加速度余旋加速度)012
8、3456123456s2 1ht11v2a2OARs2=R-RcosR=h/2/=1/t始末两点(O.A)仍有柔性冲击柔性冲击不适于高速。MS R第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动16 164 4、摆线运动、摆线运动(正弦正弦加速度加速度)无刚性冲击和柔性冲击无刚性冲击和柔性冲击,可用于高速。v21a21Rsh1ts2 当滚圆沿纵坐标一作匀速纯当滚圆沿纵坐标一作匀速纯滚动时,圆周上一点的轨迹为一滚动时,圆周上一点的轨迹为一摆线。此时,该点在纵坐标上的摆线。此时,该点在纵坐标上的投影随时间变化的规律称为摆线投影随时间变化的规律称为摆线运动规律。运动规律。第三章第三章第三章
9、第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动17 172 2、从动件运动规律的选择、从动件运动规律的选择、从动件运动规律的选择、从动件运动规律的选择只有位移要求,运动规律无严格要求简单、易于加工运动规律有特殊要求满足运动规律要求。高速运动考虑动力性能,减少惯性力、冲击的影响。第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动18 183 3 设计凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线q 方法:作图法简单、直观,但精度低一般设计解析法精度高,CAD/CAM中普遍采用精确设计q 反转法反转法反转法反转法的基本原理给机构加上-凸轮静止不动从动件转动且沿导路移动从动件尖底运动
10、轨迹 凸轮轮廓曲线第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动19 19一、一、一、一、对心直动尖底从动件盘形凸轮设计对心直动尖底从动件盘形凸轮设计对心直动尖底从动件盘形凸轮设计对心直动尖底从动件盘形凸轮设计已知:r0、(逆时针)、从动件运动规律。1 2 345678912345678912060 601201s20r0步骤步骤步骤步骤:1、按比例作位移线图、按比例作位移线图,分成若干份。分成若干份。2、画基圆、画基圆,确定从动件起始位置确定从动件起始位置B0。B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B1B2B3B4B5B6B7B8B93、从、从B0开始开始,沿沿-方向方向,与位
11、移线图对应划与位移线图对应划分基圆分基圆,得得B0、B1、B2、,过圆心作射过圆心作射线线OB1、OB2、。4、在各射线上从、在各射线上从Bi点量取对应的位移量,得一系列点点量取对应的位移量,得一系列点Bi。5、用光滑曲线将系列点、用光滑曲线将系列点Bi连接起来,即为所求的凸轮轮廓曲线。连接起来,即为所求的凸轮轮廓曲线。O第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动2020二、二、二、二、对心直动滚子从动件盘形凸轮设计对心直动滚子从动件盘形凸轮设计对心直动滚子从动件盘形凸轮设计对心直动滚子从动件盘形凸轮设计B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B1B2B3B4B5B6B7B8B
12、9O已知:r0、rT、(逆时针)、从动件运动规律。步骤:1、将滚子中心视为尖底从动件的尖底,按前述方法作出凸轮的理论轮廓曲线理论轮廓曲线。2、在理论轮廓曲线上取一系列点为圆心,以滚子半径rT为半径作一系列圆弧,作圆弧的包络线实际轮廓曲线实际轮廓曲线。(1)理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线;(2)凸轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的最小向径。注意第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动21 21B1B2B3B4B5B6B7B8B9O三、三、三、三、对心直动平底从动件盘形凸轮设计对心直动平底从动件盘形凸轮设计对心直动平底从动件盘形凸轮设计对心直动平底从动件盘形凸轮设计已知:r0、(逆时
13、针)、从动件运动规律。B1B2B3B4B5B6B7B8B9B0按前述方法作出点B0、B1、B2、平底包络线轮廓曲线设计结构尺寸时,平底要足够长平底要足够长,否则:BiBiBi”位移BiBi BiBi”r0 第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动2222四、四、四、四、偏置直动尖底从动件盘形凸轮设计偏置直动尖底从动件盘形凸轮设计偏置直动尖底从动件盘形凸轮设计偏置直动尖底从动件盘形凸轮设计已知:r0、(逆时针)、偏心距e、从动件运动规律。B0OB1B2B4B3B5B6B7B8B9B1B2B3B4B5B6B7B81、分别以r0和e为半径作基圆和偏距圆。步骤:2、划分偏距圆,过划分
14、点作偏距圆切线。3、从各切线与基圆交点处量位移,得点B0、B1、B2、。4、光滑连接各点。第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动2323OA五、五、五、五、摆动从动件盘形凸轮设计摆动从动件盘形凸轮设计摆动从动件盘形凸轮设计摆动从动件盘形凸轮设计已知:r0、(顺时针)、摆杆长度lAB、凸轮与摆杆的中心距lOA、从动件摆角-曲线。1、定、定O、A位置位置,作基圆作基圆,以以O为圆心为圆心,l lOA为半径作圆。为半径作圆。步骤:步骤:2、划分半径为、划分半径为l lOA的圆的圆,得系得系列点列点Ai。3、以、以Ai为圆心,为圆心,l lAB为半径为半径作弧,与基圆交于点作弧,与
15、基圆交于点Ci,在,在这些圆弧上从基圆开始量取这些圆弧上从基圆开始量取i,得系列点,得系列点Bi。4、光滑连接系列点、光滑连接系列点Bi。-A1A2A3A4A5A6A7A8A9CC1C2C3C4C5C6C7C8C9B1B2B3B4B5B6B7B812第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动24244 4 凸轮设计中的几个问题凸轮设计中的几个问题凸轮设计中的几个问题凸轮设计中的几个问题一、压力角与自锁一、压力角与自锁nnttQFF”Fv2 忽略摩擦力,凸轮与从动件在某瞬时接触点处的公法线方向与从动件运动方向之间所夹的锐角。F分解为:F=FcosF”=Fsin压力角,F与从动件速
16、度v方向所夹锐角。F:有效分力,F”:有害分力某值FfF,自锁F”Ff、应限制max第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动25250ABFnPr0=rbFxFynntt许用压力角的推荐值:许用压力角的推荐值:可在7080之间选取摆动从动件,=4045直动从动件,=3040推程回程第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动26260ABFnPFxFynntter0soABrbFnFxFynn直直动动从从动动件凸件凸轮轮机构的机构的压压力角力角 第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动2727二、基圆半径二、基圆半径r0的确定的确定v1v2vt
17、tts2nnOr0 凸轮和从动件接触点的速度分别为v1和v2。相对速度vtv2=v1tan而:v1=(r0+s2)1r0、结构紧凑F”、Ff、max前提下,尽量使用小的基圆半径。对平底从动件凸轮,基圆半径过小,可能引起运动失真。第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动2828三、滚子半径三、滚子半径rT的选择的选择理论轮廓线滚子包络线实际轮廓线滚子半径rT对实际轮廓线有影响。1 1、内凹曲线、内凹曲线0rT0理论轮廓曲线曲率半径实际轮廓曲线曲率半径=0+rT无论rT为多大,都能作出第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动29292 2、外凸曲线、外凸曲线=0-rT000rT0时,0,轮廓线交叉,加工时交叉部分被切掉失真失真。rT0min故第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动3030第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动3131 2 S 1123s1s2hOr0-1 1s122s233h1 1s1例1偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计(反转法)第三章第三章第三章第三章 凸轮传动凸轮传动凸轮传动凸轮传动3232例2 2 S 1123s1s2h-11 11s1Or0 es22h3已知:已知:S=S(),),rb,e,rr偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计(反转法)
限制150内