機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)ppt課件.ppt

第三章凸輪機(jī)構(gòu) 內(nèi)容 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 3 2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 重點(diǎn) 3 3凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 重點(diǎn) 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 重點(diǎn) 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 一 凸輪機(jī)構(gòu)的組成凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪 從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)主要構(gòu)件所組成的高副機(jī)構(gòu) 它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械 儀器 操縱控制裝置和自動(dòng)生產(chǎn)線中 是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的一種主要驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)構(gòu) 類型2 二 凸輪機(jī)構(gòu)的分類 一 按凸輪的形狀分 1 盤形凸輪 2 移動(dòng)凸輪 3 圓柱凸輪 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 類型3 二 按從動(dòng)件上高副元素的幾何形狀分 1 尖頂從動(dòng)件 2 滾子從動(dòng)件 3 平底從動(dòng)件 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 類型4 三 按凸輪與從動(dòng)件的鎖合方式分1 力鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)利用彈簧力或從動(dòng)件重力使從動(dòng)件與凸輪保持接觸的凸輪機(jī)構(gòu) 重力封閉 彈簧力封閉 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 類型5 2 形鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)利用凸輪或從動(dòng)件的特殊形狀而始終保持接觸 溝槽凸輪機(jī)構(gòu) 等寬凸輪機(jī)構(gòu) 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 類型6 等徑凸輪機(jī)構(gòu) 主回 共厄 凸輪機(jī)構(gòu) 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 類型7 四 根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分1 移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 對心 偏置 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 對心凸輪機(jī)構(gòu) 偏心凸輪機(jī)構(gòu) 類型8 2 擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 類型9 五 根據(jù)凸輪廓線曲線分根據(jù)凸輪廓線是平面曲線還是空間曲線 凸輪機(jī)構(gòu)分為平面凸輪機(jī)構(gòu)和空間凸輪機(jī)構(gòu) 左下圖的內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)是平面凸輪機(jī)構(gòu) 右下圖的送料機(jī)構(gòu)是空間凸輪機(jī)構(gòu) 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 動(dòng)畫 動(dòng)畫 圓錐凸輪 弧面凸輪等也是空間凸輪機(jī)構(gòu) 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 如圖所示為內(nèi)燃機(jī)氣門配氣機(jī)構(gòu) 凸輪1以等角速度回轉(zhuǎn) 驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件2按預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律啟閉閥門 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 如圖為彈子鎖與鑰匙組成的凸輪機(jī)構(gòu) 鑰匙是凸輪 插入彈子鎖的鎖芯中 凸輪廓線將不同長度的彈子2推到同樣的高度 即每一對彈子 2與7 的分界面與鎖芯和鎖體的分界面相齊 則通過鎖體可以轉(zhuǎn)動(dòng)鎖芯 撥開瑣閂4 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 下圖為自動(dòng)送刀機(jī)構(gòu) 當(dāng)帶有凹槽的凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 通過槽中的滾子 驅(qū)使推桿2作往復(fù)移動(dòng) 凸輪每轉(zhuǎn)過一周 推桿即從儲(chǔ)料器中推出一個(gè)毛坯 送到加工位置 自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu) 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 右圖的繞線機(jī)構(gòu)中 當(dāng)繞線軸 快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 蝸桿帶動(dòng)蝸輪及與之固連的凸輪 緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng) 通過凸輪輪廓與從動(dòng)件尖頂間的作用 驅(qū)使從動(dòng)件 往復(fù)擺動(dòng) 從而使線均勻地繞在繞線軸上 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 送料機(jī)構(gòu)中 當(dāng)圓柱凸輪 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 通過凹槽中的滾子驅(qū)使從動(dòng)件 往復(fù)移動(dòng) 凸輪每回轉(zhuǎn)一周 從動(dòng)件即從儲(chǔ)料器中推出一個(gè)毛坯 送到加工位置 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 沖壓機(jī) 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 自動(dòng)車床凸輪機(jī)構(gòu) 此自動(dòng)車床在加工有臺(tái)階的銷套時(shí) 其送料 夾緊 車外圓與鉆孔及切斷四道工序的運(yùn)動(dòng)及其時(shí)序配合要求 均由凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn) 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 優(yōu)點(diǎn)為 只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?便可使從動(dòng)件得到所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 并且結(jié)構(gòu)簡單 緊湊 設(shè)計(jì)方便 缺點(diǎn)是 凸輪輪廓與從動(dòng)件之間是點(diǎn)接觸或線接觸 易于磨損 所以通常多用于傳遞動(dòng)力不大的控制機(jī)構(gòu) 3 1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型 3 2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一 基本概念以尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例說明從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律與凸輪輪廓線之間的相互關(guān)系及凸輪機(jī)構(gòu)的基本名詞術(shù)語 1 從動(dòng)件的位移線圖 2 基圓及基圓半徑凸輪輪廓的組成 基圓 以最小向徑rmin r0 為半徑畫的圓 r0稱為基圓半徑 3 2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 3 推程運(yùn)動(dòng) 推程運(yùn)動(dòng)角 t 升程h 3 2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 4 遠(yuǎn)休止 遠(yuǎn)休止角 s 3 2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 5 回程運(yùn)動(dòng) 回程運(yùn)動(dòng)角 h 3 2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 6 近休止 近休止角 s 3 2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 當(dāng)凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 從動(dòng)件在推程或回程時(shí) 其位移s 速度v及加速度a隨時(shí)間或凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全取決于凸輪廓線的形狀 3 2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 動(dòng)畫 三 從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律1 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 從加速度線上可以看出 在從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的始末兩點(diǎn) 理論上加速度值由零突變?yōu)闊o窮大 致使從動(dòng)件受的慣性力也由零變?yōu)闊o窮大 而實(shí)際上材料有彈性 加速度和推力不致無窮大 但仍將造成巨大的沖擊 這種沖擊稱為剛性沖擊 適用于低速輕載場合 3 2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 3 2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律在推程的始末兩點(diǎn)及前半行程與后半行程的交界處 加速度存在有限值的突變 由此產(chǎn)生的慣性力及其沖擊作用也是有限的 故稱為柔性沖擊 適用于中速輕載場合 3 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 3 2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 存在柔性沖擊 適用于中速中載場合 正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 3 2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 無剛性沖擊 無柔性沖擊 適用于高速輕載場合 3 3凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 作用在從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)力與該力作用點(diǎn)絕對速度之間所夾的銳角稱為壓力角 在不計(jì)摩擦?xí)r 高副中構(gòu)件間的力是沿法線方向作用的 因此 對于高高副機(jī)構(gòu) 壓力角也即是接觸輪廓法線與從動(dòng)件速度方向所夾的銳角 一 壓力角與作用力的關(guān)系 力F可分解為沿從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向的有用分力F 和使從件緊壓導(dǎo)路的有害分力F 且F F tg 上式表明 驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件的有用分力F 一定時(shí) 壓力角 越大 則有害分力F 越大 機(jī)構(gòu)的效率越低 3 3凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 當(dāng) 增大到一定程度 以致F 在導(dǎo)路中所引起的摩擦阻力大于有用分力F 時(shí) 無論凸輪加給從動(dòng)件的作用力多大 從動(dòng)件都不能運(yùn)動(dòng) 這種現(xiàn)象稱為自鎖 從減小推力和避免自鎖的觀點(diǎn)來看 壓力角愈小愈好 3 3凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 凸輪廓線上不同點(diǎn)處的壓力角是不同的 如下圖所示 3 3凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 為保證凸輪機(jī)構(gòu)能正常運(yùn)轉(zhuǎn) 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使最大壓力角不超過許用壓力角 max 對于直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 建議取許用壓力角 30 對于擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 建議取許用壓力角 45 3 3凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 二 壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)系 3 3凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 如圖偏置尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)可知 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 與基圓半徑rmin和偏心距e的關(guān)系為 由上式可知 當(dāng)其它條件不變時(shí) 壓力角 愈大 基圓半徑rmin愈小 即凸輪尺寸愈小 故從機(jī)構(gòu)尺寸緊湊的觀點(diǎn)來看 壓力角大好 當(dāng)其它條件不變時(shí) 從動(dòng)件偏置方向使e前為減號(hào) 偏距及瞬心P在凸輪回轉(zhuǎn)中心同一側(cè) 時(shí) 可使壓力角 減小 從而改善其受力情況 3 3凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 試在凸輪機(jī)構(gòu)簡圖上標(biāo)出圖示位置的壓力角 3 3凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 從機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊和改善受力的觀點(diǎn)來看 基圓半徑rmin的確定原則是 在保證 max 的條件下應(yīng)使基圓半徑盡可能小 3 3凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本任務(wù) 是根據(jù)工作要求選定合適的凸輪機(jī)構(gòu)的型式及從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 并合理地確定基圓等基本尺寸 然后根據(jù)選定的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)出凸輪應(yīng)具有的凸輪輪廓曲線 其中 根據(jù)工作要求選定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 乃是凸輪輪廓設(shè)計(jì)的前提 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 一 凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)工作時(shí) 凸輪和從動(dòng)件都是運(yùn)動(dòng)的 我們要繪制凸輪輪廓就需要凸輪與圖紙相對靜止 為此 我們在圖解設(shè)計(jì)中采用反轉(zhuǎn)法 反轉(zhuǎn)法原理如右圖所示 反轉(zhuǎn)法的本質(zhì)是改變參照系 即把原來建立在機(jī)架上的運(yùn)動(dòng)參照系改建到凸輪上面 二 直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制1 尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪 對心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制步驟 已知對心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)位移線圖 凸輪的基圓半徑rmin r0 以及凸輪以等角速度 1逆時(shí)針方向回轉(zhuǎn) 要求繪出此凸輪的輪廓 繪制步驟如下 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 動(dòng)畫 偏置直動(dòng)尖動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制步驟 偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是 反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件始終與以O(shè)為圓心 以e為半徑的偏距圓相切 作圖步驟如下 將位移線圖適當(dāng)分成若干等分 以O(shè)為圓心 以偏距e rmin為半徑作偏距圓 基圓 在偏距圓上K0點(diǎn)作其切線即為從動(dòng)件的導(dǎo)路方向 從偏距圓上K0開始沿 方向?qū)⑵鄨A分為與位移線圖相對應(yīng)的若干等分 過各等分點(diǎn)沿 方向作偏距圓的切線 與基圓分別交于A0 A1 A2 A3 各切線位置即為反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件移動(dòng)導(dǎo)路的方位 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 在各切線上量取A1 A1 A2 A2 A3 A3 等于各對應(yīng)點(diǎn)位移 得反轉(zhuǎn)后尖頂所占據(jù)的一系列位置A1 A2 A3 將A0 A1 A2 A3 連成光滑曲線 便是所要求的凸輪輪廓曲線 如圖所示 注意 從動(dòng)件在反轉(zhuǎn)過程中導(dǎo)路所占據(jù)的各個(gè)位置不再是過凸輪軸心的徑向線 而是始終切于偏距圓的切線 從動(dòng)件的位移是沿這些切線從基圓上向外量取的 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 2 滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪 對心滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪滾子式可改善尖頂型從動(dòng)件與凸輪接觸處的摩擦 磨損情況 其凸輪輪廓設(shè)計(jì)方法如右圖所示 把滾子中心看作尖頂從動(dòng)件的尖頂 按上述方法求出一條理論輪廓 0 再以 0上各點(diǎn)為圓心 以滾子半徑為半徑 作一系列圓 并作這一系列圓的內(nèi)包絡(luò)線 就得到滾子從動(dòng)件凸輪的實(shí)際廓線 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 由作圖過程可知 滾子從動(dòng)件凸輪的基圓半徑是指凸輪理論輪廓的最小內(nèi)切圓半徑 壓力角也在理論輪廓上度量 必須指出 滾子半徑的大小對凸輪實(shí)際輪廓有很大影響 如圖所示 當(dāng)凸輪理論廓線為外凸的輪廓曲線時(shí) 設(shè)理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑用 min表示 滾子半徑用rT表示 則相應(yīng)位置實(shí)際輪廓的曲率半徑 min rT 因此 當(dāng) 0時(shí) 加工出的實(shí)際輪廓將出現(xiàn)變尖或被切去的現(xiàn)象 凸輪將不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 結(jié)論 外凸的凸輪輪廓曲線 應(yīng)使rT min 通常取rT 0 8 min 同時(shí) 1 5mm 另外滾子半徑還受強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)等的限制 因而也不能做得太小 通常取滾子半徑rT 0 4rmin 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 偏置滾子從動(dòng)件凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)按偏置尖頂從動(dòng)件輪廓設(shè)計(jì)方法繪制 出理論輪廓 再以理論輪廓上各點(diǎn)為圓心 以滾子半徑為半徑 作一系列圓 并作這一系列圓的內(nèi)包絡(luò)線 就得到滾子從動(dòng)件凸輪的實(shí)際廓線 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 3 平底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪平底式可改善接觸處的狀況 其凸輪輪廓設(shè)計(jì)方法如右圖所示 將導(dǎo)路中心線同平底的交點(diǎn)A假想為尖頂從動(dòng)件的尖頂 按尖頂從動(dòng)件輪廓設(shè)計(jì)方法求出理論輪廓上一系列點(diǎn)A0 A1 A2 過這一系列點(diǎn)分別作導(dǎo)路中心線的垂線 平底 然后作一系列平底位置的包絡(luò)線 就得所要設(shè)計(jì)的凸輪的廓線 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 動(dòng)畫 二 擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制已知從動(dòng)件的角位移線圖凸輪與擺動(dòng)從動(dòng)件的中心距l(xiāng)OA 擺桿長度lAB 凸輪基圓半徑rmin 凸輪以 1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 繪制該凸輪輪廓的步驟如下 繪制位移線圖 并將其適當(dāng)?shù)确?根據(jù)lOA定出O點(diǎn)與A0點(diǎn)的位置 以O(shè)為圓心rmin為半徑作基圓 再以A0為圓心lAB為半徑畫弧交基圓于B0 該點(diǎn)即為從動(dòng)件尖頂?shù)钠鹗嘉恢?20稱為從動(dòng)件的初始角 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 以O(shè)為圓心OA0為半徑作圓 并沿 方向取角 t h 再將 t h各分為與位移線圖相應(yīng)的若干等分 得徑向線OA1 OA2 OA3 這些線即為機(jī)架OA0在反轉(zhuǎn)過程中所占的位置 如上圖所示 由位移線圖求出擺角 2在不同位置的數(shù)值 據(jù)此畫出從動(dòng)件相對于機(jī)架的一系列位置A1B1 A2B2 A3B3 即 OA1B1 20 21 OA2B2 20 22 OA3B3 20 23 以A1 A2 A3 為圓心 lAB為半徑畫弧截A1B1 于B1點(diǎn) A2B2 于B2點(diǎn) A3B3 于B3點(diǎn) 最后將點(diǎn)B0 B1 B2 B3 連成光滑曲線 便得到尖頂從動(dòng)件的凸輪輪廓 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 下面介紹幾個(gè)與反轉(zhuǎn)法原理有關(guān)的例子 1 試在題圖上標(biāo)出從C點(diǎn)接觸到D點(diǎn)接觸時(shí) 凸輪轉(zhuǎn)過的角度 和從動(dòng)件的位移s 2 標(biāo)出在D點(diǎn)接觸時(shí) 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 提示 作出偏距圓 作出基圓 過D點(diǎn)位置的滾子中心作偏距圓的切線 過D點(diǎn)作法線nn 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 已知 圖示偏置滾子移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 試用作圖法在圖上標(biāo)出當(dāng)凸輪廓線在B1 點(diǎn)接觸時(shí) 凸輪自圖示位置起轉(zhuǎn)過的 角 解 由于凸輪廓線為一般曲線 仍采用反轉(zhuǎn)法使凸輪相對固定 1 畫出偏距圓 2 過B1 點(diǎn)作凸輪廓線的法線nn 3 在法線nn上截取B1B1 等于滾子半徑 則B1點(diǎn)即為滾子中心 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 4 過B1點(diǎn)作偏距圓的切線 即代表滾子在B1 點(diǎn)接觸時(shí)從動(dòng)件移動(dòng)導(dǎo)路中心線的方位 5 線段OK0由圖示初始位置轉(zhuǎn)至OK1位置的轉(zhuǎn)角即為凸輪的轉(zhuǎn)角 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 已知 圖示凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪的實(shí)際廓線為一圓 半徑R 40mm 凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 圓心A至轉(zhuǎn)軸O的距離lOA 25mm 滾子半徑rT 8mm 試確定 1 凸輪的理論廓線 2 凸輪的基圓半徑rmin 3 從動(dòng)件的行程h 4 推程中的最大壓力角 max 3 4圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓 解1 理論廓線仍為