幼儿教育清华大学机械原理教程凸轮机构.pptx
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1、精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所第第3 3章章 凸轮机构凸轮机构凸轮机构的组成与类型凸轮机构的组成与类型从动件运动规律设计从动件运动规律设计凸轮轮廓的设计凸轮轮廓的设计凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构的计算机辅助设计凸轮机构的计算机辅助设计精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所3.1 3.1 凸轮机构的组成与类型凸轮机构的组成与类型3.1.1 3.1.1 凸轮机构的组成凸轮机构的组成1 1 凸轮凸轮2 2 从动件从动件3 3 机架机架高副机构精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所3.1
2、.2 3.1.2 凸轮机构的类型凸轮机构的类型1.1.按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类盘形凸轮盘形凸轮:最基本的形式,结构简单,应用最为广泛最基本的形式,结构简单,应用最为广泛移动凸轮移动凸轮:凸轮相对机架做直线运动:凸轮相对机架做直线运动圆柱凸轮圆柱凸轮:空间凸轮机构:空间凸轮机构盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所2.2.按从动件的形状分类按从动件的形状分类尖端从动件曲面从动件尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触,从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极易磨损,只适用于低速场合。磨损比尖端从动件小。精密仪器与机械学系精密仪器与机械学
3、系 设计工程研究所设计工程研究所 滚子从动件滚子从动件 平底从动件平底从动件凸凸轮轮与与从从动动件件之之间间为为滚滚动动摩摩擦擦,因因此此摩摩擦擦磨磨损损较较小小,可用于传递较大的动力。可用于传递较大的动力。从从动动件件与与凸凸轮轮之之间间易易形形成成油油膜膜,润润滑滑状状况况好好,受受力力平平稳稳,传传动动效效率率高高,常常用用于于高高速速场场合合。但但与与之之相相配配合合的的凸凸轮轮轮轮廓廓须须全部外凸。全部外凸。精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所3.3.按从动件的运动形式分类按从动件的运动形式分类移动从动件移动从动件 摆动从动件摆动从动件移动从动件:从动件
4、作往复移动,其运动轨从动件作往复移动,其运动轨迹为一段直线;迹为一段直线;摆动从动件:从动件作往复摆动,其运动轨从动件作往复摆动,其运动轨迹为一段圆弧。迹为一段圆弧。精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所4.4.按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类(1)(1)力锁合力锁合弹簧力、从动件重力或其它外力弹簧力、从动件重力或其它外力(2)(2)型锁合型锁合利用高副元素本身的几何形状利用高副元素本身的几何形状精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所槽凸轮机构槽凸轮机构 槽两侧面的距离槽两侧面的距离等于滚子直径。等
5、于滚子直径。优点优点:锁合方式结构简单:锁合方式结构简单缺点缺点:加大了凸轮的尺寸和重量:加大了凸轮的尺寸和重量精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所等宽凸轮机构等宽凸轮机构 凸轮廓线上任意两条凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于平行切线间的距离都等于框架内侧的宽度。框架内侧的宽度。缺点:从从动动件件的的运运动动规规律律的的选选择择受受到到一一定定的的限限制制,当当180180范范围围内内的的凸凸轮轮廓廓线线根根据据从从动动件件运运动动规规律律确确定定后,其余后,其余180180内的凸轮廓线必须符合等宽原则内的凸轮廓线必须符合等宽原则精密仪器与机械学系精密仪器与
6、机械学系 设计工程研究所设计工程研究所等径凸轮机构等径凸轮机构 两滚子中心间的两滚子中心间的距离始终保持不变。距离始终保持不变。缺点:缺点:从动件运动规律的选择受到一定的限制从动件运动规律的选择受到一定的限制精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所主回凸轮机构主回凸轮机构(共轭凸轮机构共轭凸轮机构)优点:克服了等宽、等径凸轮的缺点克服了等宽、等径凸轮的缺点缺点:结构复杂,制造精度要求高结构复杂,制造精度要求高 一一个个凸凸轮轮推推动动从从动动件件完完成成正正行行程程运运动动,另另一一个个凸凸轮轮推推动动从从动动件完成反行程的运动件完成反行程的运动精密仪器与机械学系精密
7、仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所5.5.反凸轮机构反凸轮机构摆杆为主动件,凸轮为从动件摆杆为主动件,凸轮为从动件精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所反凸轮机构应用实例反凸轮机构应用实例自动铣槽机应用反凸轮机构实现料斗反转自动铣槽机应用反凸轮机构实现料斗反转精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所3.1.3 3.1.3 凸轮机构的应用凸轮机构的应用例例1 1:实现变速操纵:实现变速操纵例例2 2:实现自动进刀、退刀:实现自动进刀、退刀例例3 3:控制阀门的启闭:控制阀门的启闭例例4 4:印刷机的吸纸吸头:印刷机的吸纸吸头精密仪器
8、与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所3.2 3.2 从动件运动规律设计从动件运动规律设计3.2.1 3.2.1 凸轮机构的工作情况凸轮机构的工作情况精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所回程运动角回程运动角 近休止角近休止角从动件运动规律(从动件运动线图)从动件运动规律(从动件运动线图):从动件的位移、从动件的位移、速度、加速度、跃度随时间或凸轮转角的变化规律速度、加速度、跃度随时间或凸轮转角的变化规律基基圆圆以以凸凸轮轮轮轮廓廓的的最最小向径小向径r rb b所作的圆所作的圆升升距距从从动动件件上上升升的的最最大距离大距离h h推程运动角推程
9、运动角0 0远休止角远休止角s s精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所3.2.2 3.2.2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律1.1.等速运动等速运动特特点点:速速度度有有突突变变,加加速速度度理理论论上上由由零零至至无无穷穷大大,从从而而使使从从动动件件产产生生巨巨大大的的惯惯性性力力,机机构构受受到到强强烈烈冲冲击击刚性冲击刚性冲击适应场合:适应场合:低速轻载低速轻载精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所2.2.等加速等减速等加速等减速(抛物线抛物线)运动运动特特点点:加加速速度度曲曲线线有有突突变变,加加速速度度的的变变化化率
10、率(即即跃跃度度j)在在这这些些位位置置为为无无穷穷大大柔性冲击柔性冲击适应场合:适应场合:中速轻载中速轻载精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所3.3.简谐运动简谐运动(余弦加速度运动余弦加速度运动)当质点在圆周上作匀速运动时,它在该圆直径上的投影所构成的运动规律简谐运动特点:有柔性冲击适用场合:中速轻载(当从动件作连续运动时,可用于高速)精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所4.4.摆线运动规律(正弦加速度运动规律)摆线运动规律(正弦加速度运动规律)半径R=h/2的滚圆沿纵座标作纯滚动,圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律摆
11、线运动特点:无刚性、柔性冲击适用场合:适于高速精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所5.3-4-55.3-4-5次多项式运动规律次多项式运动规律特点:无刚性冲击、柔性冲击适用场合:高速、中载精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所3.2.3 3.2.3 从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择1.1.常用运动规律性能比较常用运动规律性能比较边界条件的不同,可能改变冲击特性精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所2.2.从动件运动规律的选择原则从动件运动规律的选择原则考虑因素:考虑因素:对运动规律的要求对运动规律的要
12、求凸轮的转速(动力特性和便于加工)凸轮的转速(动力特性和便于加工)3.2.4 3.2.4 从动件运动规律的组合从动件运动规律的组合1.1.满足工作对运动规律的特殊要求;满足工作对运动规律的特殊要求;2.2.为为避避免免刚刚性性冲冲击击,位位移移曲曲线线和和速速度度曲曲线线必必须须连连续续;而而为为避避免免柔柔性性冲冲击击,加速度曲线也必须连续。加速度曲线也必须连续。3.3.尽量减小速度和加速度的最大值。尽量减小速度和加速度的最大值。边边界界条条件件:组组合合各各段段运运动动规规律律的的位位移移、速速度度和和加加速速度度曲曲线线在在连连接接点点处处其其值应分别相等。值应分别相等。精密仪器与机械学
13、系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所运动曲线拼接步骤运动曲线拼接步骤1.1.理解题意,根据已知条件计算有关数据,将运动要求具理解题意,根据已知条件计算有关数据,将运动要求具体化,草拟出从动件的运动线图:推程?回程?。体化,草拟出从动件的运动线图:推程?回程?。2.2.按照草拟的运动线图,选择各段运动规律曲线类型。按照草拟的运动线图,选择各段运动规律曲线类型。3.3.利用各段曲线应满足的边界条件,确定各段运动规律的利用各段曲线应满足的边界条件,确定各段运动规律的行程及其对应的凸轮转角。行程及其对应的凸轮转角。4.4.精确地作出从动件完整的运动线图。精确地作出从动件完整的运动线图。教
14、材教材p91-94p91-94:例例3.1 3.1 运动曲线拼接运动曲线拼接精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所3.3 3.3 凸轮轮廓的设计凸轮轮廓的设计3.3.1 3.3.1 基本原理基本原理反转后,从动件尖端的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所3.3.2 3.3.2 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓1.1.移动从动件盘形凸轮移动从动件盘形凸轮(1)(1)尖端从动件尖端从动件精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所设计步骤:设计步骤:1)作出基圆,选定从动件初始)作出基圆
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