凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

-.z.第三章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)§3-1概述1凸輪機(jī)構(gòu)的根本組成及應(yīng)用特點(diǎn)組成：凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架運(yùn)動(dòng)特征：主動(dòng)件〔凸輪〕作勻角速回轉(zhuǎn)，或作勻速直線運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律。尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)、尖底擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)、滾子擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)、移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)、平底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)端面圓柱凸輪機(jī)構(gòu)、燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：〔1〕從動(dòng)件易于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律?！?〕構(gòu)造簡(jiǎn)單、緊湊。〔3〕便于設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)：〔1〕高副機(jī)構(gòu)，點(diǎn)或線接觸，壓強(qiáng)大、易磨損，傳力小?！?〕加工制造比低副機(jī)構(gòu)困難。應(yīng)用：主要用于自動(dòng)機(jī)械、自動(dòng)控制中〔如輕紡、印刷機(jī)械〕。2凸輪機(jī)構(gòu)的分類1．按凸輪形狀分：盤型、移動(dòng)、圓柱2．按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素分：尖底、滾子、平底、球面〔P197〕3．按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式分：直動(dòng)、擺動(dòng)4．按從動(dòng)件與凸輪維持接觸的形式分：力封閉、形封閉3凸輪機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)與運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)§3-2凸輪機(jī)構(gòu)根本運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)一．有關(guān)名詞行程－從動(dòng)件最大位移h。推程－S↑的過(guò)程。回程－S↓的過(guò)程。推程運(yùn)動(dòng)角－從動(dòng)件上升h，對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度。遠(yuǎn)休止角－從動(dòng)件停留在最遠(yuǎn)位置，對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度。回程運(yùn)動(dòng)角－從動(dòng)件下降h，對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度。近休止角－從動(dòng)件停留在低遠(yuǎn)位置，對(duì)應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度。一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)凸輪：轉(zhuǎn)過(guò)2π，從動(dòng)件：升→?！怠；鶊A－以理論廓線最小向徑r0作的圓。尖底從動(dòng)件：理論廓線即是實(shí)際廓線。滾子從動(dòng)件：以理論廓線上任意點(diǎn)為圓心，作一系列滾子圓，其包絡(luò)線為實(shí)際廓線。從動(dòng)件位移線圖——從動(dòng)件位移S與凸輪轉(zhuǎn)角〔或時(shí)間t〕之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。從動(dòng)件速度線圖——位移對(duì)時(shí)間的一次導(dǎo)數(shù)加速度線圖——位移對(duì)時(shí)間的二次導(dǎo)數(shù)統(tǒng)稱從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)線圖度量基準(zhǔn)〔在理論廓線上〕1〕從動(dòng)件位移S：推程、回程均從最低位置度量。2〕凸輪轉(zhuǎn)角δ：從行程開(kāi)場(chǎng)對(duì)應(yīng)的向徑度量〔以O(shè)為圓心，O至行程起始點(diǎn)為半徑作弧與導(dǎo)路中心線相交得P點(diǎn)，∠PO*=δ〕。舉例：1．對(duì)心尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)：推程、回程2．偏置尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)：推程、回程二、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)工作循環(huán)圖與凸輪工作轉(zhuǎn)角確實(shí)定(發(fā)動(dòng)機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu))2．從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律1〕等速運(yùn)動(dòng)位移：速度加速度理論上，行程開(kāi)場(chǎng)和行程完畢處，速度有突變，加速度∞,慣性力∞,稱剛性沖擊。由于材料有彈性變形，不可能到達(dá)，但仍然有強(qiáng)烈的沖擊。只適用于低速輕載。2〕等加速度、等減速度運(yùn)動(dòng)等加速度等減速度加速度有突變，慣性力有突變,產(chǎn)生柔性沖擊，適用于中速輕載。3〕余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律加速度有突變，存在柔性沖擊,適用于中速。4〕擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律〔正弦加速度〕加速度無(wú)突變，既無(wú)剛性沖擊，又無(wú)柔性沖擊，適用于高速。5〕多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律3-4-5次多項(xiàng)式P142組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律：8段曲線組合的發(fā)動(dòng)機(jī)高速凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律§3-3凸輪機(jī)構(gòu)根本運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)一、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和自鎖Q－工作阻力，R1、R2－總反力F－驅(qū)動(dòng)力取從動(dòng)件〔構(gòu)件2〕為脫離體：大小：√？？？方向：√√√√不能作出力多邊形，將、合成為一個(gè)力，有：大?。骸蹋?？方向：√√√作出力多邊形如左圖，知Q不變，R方向亦不變，當(dāng)，F(xiàn)↑，增大至使F與R平行，F(xiàn)→∞，說(shuō)明：在外載荷Q作用下，為維持平衡，F(xiàn)需無(wú)窮大，這顯然不可能，因而機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)，稱自鎖。進(jìn)一步說(shuō)明：1.構(gòu)造參數(shù)l↑，b↓，R1、R2交點(diǎn)q遠(yuǎn)，合力R趨向水平，而F方向不變，為克制一樣的工作阻力Q，可使F↓。2.即使不出現(xiàn)F∞，但F很大，高副壓強(qiáng)大，易磨損，且機(jī)械效率η↓，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)不利，故壓力角不能太大。這種現(xiàn)象必須防止。為此，必須規(guī)定一個(gè)許用壓力角。推程:擺動(dòng)從動(dòng)件：[α]=40°－50°直動(dòng)從動(dòng)件：[α]=30°－38°回程:[]=70－80°凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程1)根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式;凸輪：盤形凸輪、移動(dòng)凸輪、圓柱凸輪等從動(dòng)件：直動(dòng)、擺動(dòng)2)選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律;運(yùn)動(dòng)規(guī)律函數(shù)、行程h、推程運(yùn)動(dòng)角δ1、遠(yuǎn)休止角δ2、回程運(yùn)動(dòng)角δ3、近休止角δ4。3)合理確定機(jī)構(gòu)構(gòu)造尺寸;基圓半徑、滾子半徑直動(dòng)從動(dòng)件：偏距e及方向。擺直動(dòng)從動(dòng)件：從動(dòng)件長(zhǎng)度、機(jī)架長(zhǎng)度。驗(yàn)算：壓力角≤[]4)設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線5)凸輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計(jì)二．移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)根本尺寸的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中除了要有良好的受力特性，還希望機(jī)構(gòu)盡量緊湊。而凸輪大小取決于基圓半徑ro，而ro的大小又與直接有關(guān)系，作理論廓線的法線n-n，與過(guò)O點(diǎn)與導(dǎo)路相垂直的直線交于P點(diǎn)，由三心定理P點(diǎn)即為相對(duì)瞬心。OP=V/ω=(ds/dt)/(dΦ/dt)=ds/dΦ則由△CDP可得其中：ds/dΦ為位移曲線的斜率，推程為正，回程為負(fù)。在其它條件不變時(shí)，尺寸小。設(shè)計(jì)時(shí)，取為保證有較小的，偏距e應(yīng)取在瞬心同一側(cè)。三．?dāng)[動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)根本尺寸的設(shè)計(jì)根本概念逆向型〔推程：從動(dòng)件轉(zhuǎn)向與凸輪轉(zhuǎn)向相反〕正向型〔推程：從動(dòng)件轉(zhuǎn)向與凸輪轉(zhuǎn)向一樣〕圖a和圖b所示分別為逆向型和同向型凸輪機(jī)構(gòu)(a)逆向型(b)同向型由圖知，凸輪理論輪廓上以O(shè)1為極點(diǎn)，極徑為的方程為(1)由圖中的幾何關(guān)系有:(2)(3)(4)對(duì)應(yīng)的極角為逆向型(5)同向型(6)由上述公式知，即使在構(gòu)造參數(shù)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全一樣的條件下，分別按逆向型設(shè)計(jì)和正向型設(shè)計(jì)所的到的兩個(gè)凸輪的形狀是不同的?！?-4平面凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)反轉(zhuǎn)法對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一公共角速度〔-ω〕，而獲得從動(dòng)件相對(duì)凸輪的一系列位置。對(duì)心尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計(jì)：基圓半徑r0，偏距e，運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪轉(zhuǎn)向滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)在理論輪廓上作一系列滾子圓，其包絡(luò)線為凸輪實(shí)際廓線。凸輪的基圓半徑在理論廓線上。偏置尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計(jì)擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計(jì)問(wèn)題：CG系列發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣搖臂均由同一凸輪驅(qū)動(dòng)，進(jìn)氣機(jī)構(gòu)為逆向設(shè)計(jì)，排氣機(jī)構(gòu)為正向設(shè)計(jì)。在運(yùn)動(dòng)規(guī)律、基圓半徑、搖臂長(zhǎng)度、中心距等參數(shù)完全一樣的條件下，按逆向設(shè)計(jì)和正向設(shè)計(jì)所獲得的凸輪型線是不同的，而CG發(fā)動(dòng)機(jī)又是同一凸輪驅(qū)動(dòng)，我國(guó)CG發(fā)動(dòng)機(jī)源于日本，日本人是怎么進(jìn)展設(shè)計(jì)的？§3-5凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的設(shè)計(jì)1．從動(dòng)件高副元素的選擇尖底、滾子、平底2滾子半徑及平底寬度確實(shí)定1〕滾子半徑確實(shí)定滾子從動(dòng)件凸輪的實(shí)際輪廓曲線，是以理論輪廓上各點(diǎn)為圓心作一系列滾子圓的包絡(luò)線而形成，滾子選擇不當(dāng)，則無(wú)法滿足運(yùn)動(dòng)規(guī)律。a〕凹的凸輪輪廓曲線a——實(shí)際輪廓b——理論輪廓——理論輪廓曲率半徑——實(shí)際輪廓曲率半徑,無(wú)論滾子半徑大小如何，則總能作出實(shí)際輪廓曲線b〕外凸的凸輪輪廓曲線由于當(dāng)時(shí)，,實(shí)際輪廓可作出。假設(shè)，,實(shí)際輪廓出現(xiàn)尖點(diǎn)，易磨損，可能使用。假設(shè)，則,實(shí)際輪廓出現(xiàn)穿插，加工時(shí)，穿插局部被切除，出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失真，這一現(xiàn)象需防止。綜上所述，理論輪廓的最小曲率半徑，即:，為防止產(chǎn)生過(guò)度切割，可，或使曲線平坦，即增大ρ。因此可規(guī)定一許用曲率半徑即：，一旦給出，求出，即可求出滾子半徑最大值。即曲率半