7.3凸輪輪廓設(shè)計(jì).ppt

1、1.凸輪廓線(xiàn)設(shè)計(jì)方法的基本原理,7.3 凸輪輪廓設(shè)計(jì),2.用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線(xiàn),1)對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪,2)對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪,3)對(duì)心直動(dòng)平底推桿盤(pán)形凸輪,4)偏置直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪,5)擺動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),6)直動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu),7)擺動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu),3.用解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線(xiàn),作者：潘存云教授,設(shè)計(jì)：潘存云,一、凸輪廓線(xiàn)設(shè)計(jì)方法的基本原理,反轉(zhuǎn)原理：,依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法 設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線(xiàn)，,給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以-時(shí)，不影響各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，凸輪將靜止，而從動(dòng)件尖頂復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線(xiàn)。,作者：潘存云教授,設(shè)計(jì)：潘存云,已知凸輪

2、的基圓半徑r0，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線(xiàn)。,設(shè)計(jì)步驟小結(jié)：,選比例尺l作基圓r0。,反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是：陡密緩疏。,確定反轉(zhuǎn)后，從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。,將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線(xiàn)。,1.對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪,二、直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓的繪制,作者：潘存云教授,2)對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪,設(shè)計(jì)：潘存云,理論輪廓,實(shí)際輪廓,作各位置滾子圓的內(nèi)(外)包絡(luò)線(xiàn)。,已知凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線(xiàn)。,偏置直動(dòng)尖底推桿盤(pán)形凸輪的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖,作者：潘存云教授,設(shè)計(jì)：潘存云,已知凸輪的基圓半徑r0，角速度和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和偏心距e，

3、設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線(xiàn)。,3)偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪,（右）偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤(pán)形凸輪繪制過(guò)程,（右）偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪繪制過(guò)程,作者：潘存云教授,4)擺動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)：潘存云,已知凸輪的基圓半徑r0，角速度，擺桿長(zhǎng)度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離d，擺桿角位移方程，設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線(xiàn)。,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,5)直動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu),思路：將圓柱外表面展開(kāi)，得一長(zhǎng)度為2R的平面移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)，其移動(dòng)速度為V=R，以V反向移動(dòng)平面凸輪，相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變，滾子反向移動(dòng)后其中心點(diǎn)的軌跡即為理論輪廓，其內(nèi)外包絡(luò)線(xiàn)為實(shí)際輪廓。,作者：潘存云教授,7,6,5,4,3

4、,2,1,6)直動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu),已知：圓柱凸輪的半徑R ，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,7)擺動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu),已知：圓柱凸輪的半徑R，滾子半徑rr從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，設(shè)計(jì)該凸輪機(jī)構(gòu)。,2”,3”,7”,8”,9”,1”,中線(xiàn),作者：潘存云教授,3.用解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線(xiàn),1) 偏置直動(dòng)滾子推桿盤(pán) 形凸輪機(jī)構(gòu),由圖可知： s0(r02-e2)1/2,實(shí)際輪廓線(xiàn)為理論輪廓的等距線(xiàn)。,曲線(xiàn)任意點(diǎn)切線(xiàn)與法線(xiàn)斜率互為負(fù)倒數(shù)：,原理：反轉(zhuǎn)法,設(shè)計(jì)結(jié)果：輪廓的參數(shù)方程: x=x() y= y(),x=,(s0+s)sin,+ ecos,y=,(s0+s

5、)cos,- esin,tg= -dx/dy,=(dx/d)/(- dy/d),=sin/cos,r0,已知：r0、rT、e、S=S(),作者：潘存云教授,對(duì)(1)式求導(dǎo)，得： dx/d(ds/d- e)sin+(s0+s)cos,式中: “”對(duì)應(yīng)于內(nèi)等距線(xiàn)， “”對(duì)應(yīng)于外等距線(xiàn)。,實(shí)際輪廓為B點(diǎn)的坐標(biāo)： x= y=,x - rrcos,y - rrsin,dy/d(ds/d- e)cos-(s0+s)sin,作者：潘存云教授,2)對(duì)心直動(dòng)平底推桿盤(pán)形凸輪,OP= v/,y=,x=,建立坐標(biāo)系如圖：,P點(diǎn)為相對(duì)瞬心，,(r0+s)sin,+(ds/d)cos,(r0+s)cos,(ds/d)s

6、in,推桿移動(dòng)速度為：,=(ds/dt)/(d/dt),=ds/d,v=vp=OP,反轉(zhuǎn)后，推桿移動(dòng)距離為S，,作者：潘存云教授,3) 擺動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),已知：中心距a ，擺桿長(zhǎng)度l，0 、S=S(),理論廓線(xiàn)方程： x= y=,實(shí)際輪廓方程的求法同前。,asinl sin (+0 ),acosl cos (+0 ),7.4 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定,上述設(shè)計(jì)廓線(xiàn)時(shí)的凸輪結(jié)構(gòu)參數(shù)r0、e、rr等，是預(yù)先給定的。實(shí)際上，這些參數(shù)也是根據(jù)機(jī)構(gòu)的受力情況是否良好、動(dòng)作是否靈活、尺寸是否緊湊等因素由設(shè)計(jì)者確定的。,1.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角,2.凸輪基圓半徑的確定,3.滾子半徑的確定,4.平底尺寸l

7、的確定,作者：潘存云教授,1.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角,受力圖中，由Fx=0，F(xiàn)y=0，MB=0 得：,-Fsin(+1 )+(FR1FR2 )cos2=0,G+Fcos(+1 ) (FR1+ FR2 )sin2=0,FR2cos2 (l+b) FR1cos2 b=0,由以上三式消去FR1 、 FR2 得：,壓力角-正壓力與推桿上B點(diǎn)速度方向之間的夾角,分母,F,若大到使分母趨于0，則 F,機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖,作者：潘存云教授,稱(chēng)c=arctg1/(1+2b/l)tg2 - 1 為臨界壓力角 。,增大導(dǎo)軌長(zhǎng)度l或減小懸臂尺寸b可提高c,工程上要求：max ,直動(dòng)推桿：30,擺動(dòng)推桿：3545,回程：7080

8、,提問(wèn)：平底推桿？,0,（凸輪習(xí)題2）-畫(huà)出各圖中從動(dòng)件的壓力角,=0,作者：潘存云教授,P點(diǎn)為相對(duì)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(yùn)動(dòng)規(guī)律確定之后，凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與基圓半徑r0直接相關(guān)。,=(ds/d-e)/(s0+s),tg=(OP-e)/BC,r0 ,圖示凸輪機(jī)構(gòu)中，導(dǎo)路位于右側(cè)。,作者：潘存云教授,設(shè)計(jì)：潘存云,同理，當(dāng)導(dǎo)路位于中心左側(cè)時(shí)，有：, CP = ds/d + e,=(ds/d+e)/(s0+s),tg=(OP+e)/BC,e ,OP= v/,= ds/dt / d/dt,=ds/d,此時(shí)，當(dāng)偏

9、距e增大時(shí)，壓力角反而增大。,對(duì)于直動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)存在一個(gè)正確偏置的問(wèn)題！,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,“+” 用于導(dǎo)路和瞬心位于凸輪回轉(zhuǎn)中心的兩側(cè)；,顯然，導(dǎo)路和瞬心位于中心同側(cè)時(shí)，壓力角將減小。,注意：用偏置法可減小推程壓力角，但同時(shí)增大了回 程壓力角，故偏距 e 不能太大。,正確偏置：導(dǎo)路位于與凸輪旋轉(zhuǎn)方向相反的位置。,正確偏置,錯(cuò)誤偏置,“-” 用于導(dǎo)路和瞬心位于凸輪回轉(zhuǎn)中心的同側(cè)；,設(shè)計(jì)時(shí)要求：,于是有：,對(duì)心布置有：tg=ds/d/ (r0+s）,提問(wèn)：在設(shè)計(jì)一對(duì)心凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)出現(xiàn) 的情況，在不改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律的前提下，可采取哪些措施來(lái)進(jìn)行改進(jìn)？,確定上述極值r0min不

10、方便，工程上常根據(jù)諾模圖來(lái)確定r0 。見(jiàn)下頁(yè),1)加大基圓半徑r0 ，,2)將對(duì)心改為偏置，,3)采用平底從動(dòng)件,tg=(ds/d-e)/(r02-e2)1/2+s,=0,r0 ,e ,作者：潘存云教授,諾模圖:,應(yīng)用實(shí)例：一對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，045，h=13 mm, 推桿以正弦加速度運(yùn)動(dòng)， 要求:max 30，試確定凸輪的基圓半徑r0 。,作圖得：h/r00.26,r0 50 mm,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,設(shè)計(jì)：潘存云,a工作輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑， rr滾子半徑,rr,arr0,對(duì)于外凸輪廓，要保證正常工作，應(yīng)使： min rr,3. 滾子半徑的確定,a

11、rr,rr,arr0,輪廓正常,輪廓變尖, rr,arr,輪廓正常,外凸,可用求極值的方法求得min ,常采用上機(jī)編程求得min,工程上要求a 15,若不滿(mǎn)足此條件時(shí)：,增大r0,減小rr,作者：潘存云教授,4.平底尺寸l 的確定,作圖法確定：,l=2lmax+(57)mm,作者：潘存云教授,對(duì)平底推桿凸輪機(jī)構(gòu)，也有失真現(xiàn)象。,可通過(guò)增大r0解決此問(wèn)題。,盤(pán)形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法,5.3.4 凸輪輪廓的加工,凸輪輪廓的加工方法通常有兩種,1.銑、銼削加工,對(duì)用于低速、輕載場(chǎng)合的凸輪，可以應(yīng)用反轉(zhuǎn)法原理在未淬火凸輪輪坯上通過(guò)作圖法繪制輪廓曲線(xiàn)，采用銑床或用手工銼削辦法加工而成。必要時(shí)可進(jìn)

12、行淬火處理，但用這種方法則凸輪的變形難以得到修正。,2.數(shù)控加工,采用數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床對(duì)淬火凸輪進(jìn)行加工，這是目前最常用的一種凸輪加工方法。加工時(shí)應(yīng)用解析法，求出凸輪輪廓曲線(xiàn)的x,y坐標(biāo)，并將xOy坐標(biāo)系的原點(diǎn)換算成切割時(shí)的起點(diǎn)，而滾子半徑相當(dāng)于鉬絲半徑再加上放電間隙。,小結(jié)：在進(jìn)行凸輪廓線(xiàn)設(shè)計(jì)之前，需要先確定r0 ,而在定r0時(shí)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)條件（不能太?。?、壓力角、工作輪廓是否失真等因素。在條件允許時(shí)，應(yīng)取較大的導(dǎo)軌長(zhǎng)度L和較小的懸臂尺寸b。對(duì)滾子推桿，應(yīng)恰當(dāng)選取rr，對(duì)平底推桿，應(yīng)確定合適的平底長(zhǎng)度l。還要滿(mǎn)足強(qiáng)度和工藝性要求。,本章重點(diǎn)：,從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：特性及作圖法；,理論輪廓與實(shí)際輪廓的關(guān)系；,凸輪