凸轮机构解说分析.pptx
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1、4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 常用从动件的运动规律常用从动件的运动规律4.3 4.3 盘形凸轮轮廓的设计与加工方法盘形凸轮轮廓的设计与加工方法4.4 4.4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定第四章第四章 凸轮机构凸轮机构(一)教学要求(一)教学要求1 1、了解凸轮机构的特点、类型及应用。、了解凸轮机构的特点、类型及应用。2 2、掌握凸轮机构的从动件的常用运动规律、掌握凸轮机构的从动件的常用运动规律3 3、掌握凸轮轮廓曲线的设计。、掌握凸轮轮廓曲线的设计。4 4、熟悉凸轮机构基本尺寸的确定。、熟悉凸轮机构基本尺寸的确定。(二)教学的重点与难点(二)教学的重点与难点凸轮机构的
2、从动件的常用运动规律及凸轮轮凸轮机构的从动件的常用运动规律及凸轮轮廓曲线的设计。廓曲线的设计。4.1.1 4.1.1 凸轮机构的应用凸轮机构的应用 凸轮机构由凸轮机构由凸轮凸轮1 1、从动件、从动件2 2、机、机架架3 3三个基本构件组成,是一种高副三个基本构件组成,是一种高副机构。其中凸轮是一个具有曲线轮机构。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件,通常作连续等速廓或凹槽的构件,通常作连续等速转动,从动件则在凸轮轮廓的控制转动,从动件则在凸轮轮廓的控制下按预定的运动规律作往复移动或下按预定的运动规律作往复移动或摆动。摆动。4.1 4.1 概述概述1.1.组成组成2.2.特点:特点:优点优点:
3、只要正确地设计和制造出凸轮的轮廓曲线,就能实只要正确地设计和制造出凸轮的轮廓曲线,就能实现从动件所预期的复杂运动规律的运动;凸轮机构结构现从动件所预期的复杂运动规律的运动;凸轮机构结构简单、紧凑、运动可靠。简单、紧凑、运动可靠。缺点缺点:凸轮与从动件之间为点或线接触,故难以保持良凸轮与从动件之间为点或线接触,故难以保持良好的润滑,容易磨损。好的润滑,容易磨损。凸轮机构通常适用于传递动力不大的机械中。尤其广凸轮机构通常适用于传递动力不大的机械中。尤其广泛应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。泛应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。3.3.应用:应用:内燃机配气凸轮机构内燃机的配气凸轮机构,凸轮1
4、作等速回转,其轮廓将迫使推杆2作往复摆动,从而使气门3开启和关闭(关闭时借助于弹簧4的作用来实现的),以控制可燃物质进入气缸或废气的排出。靠模车削机构靠模车削机构234 自动机床上的走刀机构12刀具一个进给运动循环包括:刀具一个进给运动循环包括:1)刀具以较快的速度接)刀具以较快的速度接近工件;近工件;2)刀具等速前进来切削工件;)刀具等速前进来切削工件;3)完成切削动)完成切削动作后,刀具快速退回;作后,刀具快速退回;4)刀具复位后停留一段时间等)刀具复位后停留一段时间等待更换工件等动作。这样一个复杂的运动规律是由一个待更换工件等动作。这样一个复杂的运动规律是由一个作等速回转运动的圆柱凸轮通
5、过摆动从动件来控制实现作等速回转运动的圆柱凸轮通过摆动从动件来控制实现的。其运动规律完全取决于凸轮凹槽曲线形状。的。其运动规律完全取决于凸轮凹槽曲线形状。n弧面凸轮式间歇运动机构4.1.2 4.1.2 凸轮机构的分类凸轮机构的分类(1 1)盘盘形形凸凸轮轮 1 1 、2 2、3 3盘盘形形凸凸轮轮机机构构简简单单,应应用用广广泛泛,但但限限于于凸凸轮轮径径向向尺尺寸寸不不能能变变化化太太大大,故故从从动动件件的的行行程程较较短。短。(2 2)移移动动凸凸轮轮 其其凸凸轮轮是是具具有有曲曲线线轮轮廓廓、作作往往复复直直线线移移动的构件,可看成是转动轴线位于无穷远处的盘形凸轮。动的构件,可看成是转
6、动轴线位于无穷远处的盘形凸轮。(3 3)圆圆柱柱凸凸轮轮 其其凸凸轮轮是是圆圆柱柱面面上上开开有有凹凹槽槽的的圆圆柱柱体体,可可看看成成是是绕绕卷卷在在圆圆柱柱体体上上的的移移动动凸凸轮轮,利利用用它它可可使使从从动动件得到较大的行程件得到较大的行程。1.1.按凸轮的形状分按凸轮的形状分(1 1)尖顶从动件尖顶从动件凸轮机构凸轮机构 实现预期的运动规律。但从实现预期的运动规律。但从动件尖顶易磨损,故只能用于轻载低速场合。动件尖顶易磨损,故只能用于轻载低速场合。(2 2)滚子从动件滚子从动件凸轮机构凸轮机构 其磨损显著减少,能承受较其磨损显著减少,能承受较大载荷,应用较广。但端部重量较大,又不易
7、润滑,故仍大载荷,应用较广。但端部重量较大,又不易润滑,故仍不宜用于高速,只能用于中低速。不宜用于高速,只能用于中低速。(3 3)平底从动件平底从动件凸轮机构凸轮机构 若不计摩擦,凸轮对从动件若不计摩擦,凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底,传力性能良好,且凸轮与平底的作用力始终垂直于平底,传力性能良好,且凸轮与平底接触面间易形成润滑油膜,摩擦磨损小、效率高,故可用接触面间易形成润滑油膜,摩擦磨损小、效率高,故可用于高速,缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。于高速,缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。2.2.按从动件末端形状分按从动件末端形状分(1 1)力锁合力锁合凸轮机构凸轮机构 依靠重力、弹
8、簧力或其他外力来依靠重力、弹簧力或其他外力来保证锁合,如内燃机配气凸轮机构。保证锁合,如内燃机配气凸轮机构。(1 1)移动从动件凸轮机构)移动从动件凸轮机构 按其从动件导路是否通过凸按其从动件导路是否通过凸轮回转中心分为对心移动从动件和偏置移动从动件凸轮轮回转中心分为对心移动从动件和偏置移动从动件凸轮机构。机构。3.3.按锁合方式分按锁合方式分4.4.按从动件相对机架的运动方式分按从动件相对机架的运动方式分(2 2)摆动从动件凸轮机构)摆动从动件凸轮机构(2 2)形锁合形锁合凸轮机构凸轮机构 依靠凸轮和从动件几何形状来锁合。依靠凸轮和从动件几何形状来锁合。移动从动件移动从动件摆动从动件摆动从动
9、件 一对心直动尖顶从动件盘一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构,凸轮上有一最小形凸轮机构,凸轮上有一最小向径,以最小向径向径,以最小向径r r。为半径为半径所作的圆称凸轮基圆,所作的圆称凸轮基圆,r r。称。称基圆半径,凸轮以等角速度基圆半径,凸轮以等角速度 1 1逆时针转动。凸轮机构运动过逆时针转动。凸轮机构运动过程如下:程如下:4.2 4.2 凸轮机构的运动特性凸轮机构的运动特性4.2.1 4.2.1 平面凸轮机构的基本尺寸及运动参数平面凸轮机构的基本尺寸及运动参数1推程、推程、2远休止、远休止、3回程、回程、4近休止近休止当凸轮连续转动时,从动件将重复上述运动过程。当凸轮连续转动时,从动件将
10、重复上述运动过程。一、一、凸轮机构的工作过程凸轮机构的工作过程 从动件的运动规律:是指其位移从动件的运动规律:是指其位移s s、速度、速度v v和加速度和加速度a a等随凸轮转角等随凸轮转角 而变化的规律。常用的从动件运动规律而变化的规律。常用的从动件运动规律有等速运动规律、等加速有等速运动规律、等加速-等减速运动规律、余弦加速度等减速运动规律、余弦加速度运动规律、正弦加速度运动规律等。运动规律、正弦加速度运动规律等。凸轮机构中,凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规凸轮机构中,凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律,反之,从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同形状律,反之,从动件的不同运动规律要求凸
11、轮具有不同形状的轮廓。因此,设计凸轮机构时,应首先根据工作要求确的轮廓。因此,设计凸轮机构时,应首先根据工作要求确定从动件的运动规律,再据此来设计凸轮的轮廓曲线。定从动件的运动规律,再据此来设计凸轮的轮廓曲线。4.2.2 4.2.2 常用的从动件运动规律常用的从动件运动规律 从动件在推程始末两处,速度从动件在推程始末两处,速度有突变,瞬时加速度理论上为无穷有突变,瞬时加速度理论上为无穷大,因而产生理论上无穷大的惯性大,因而产生理论上无穷大的惯性力,对机构造成强烈的冲击,这种力,对机构造成强烈的冲击,这种冲击称为冲击称为“刚性冲击刚性冲击”。因此,等。因此,等速运动规律只能用于低速轻载的场速运动
12、规律只能用于低速轻载的场合。合。从动件在推从动件在推程或回程过程程或回程过程中的运动速度中的运动速度为常数的运动为常数的运动规律。规律。1.1.等速运动规律:等速运动规律:在在推推程程的的始始末末点点和和前前、后后半半程程的的交交接接处处,产产生生“柔柔性性冲冲击击”或或“软软冲冲”。因因此此这这种种运运动动规规律律只只适适用用于于中中速速、中载的场合。中载的场合。从动件在一个行程中,前半从动件在一个行程中,前半行程作等加速运动,后半行程行程作等加速运动,后半行程作等减速运动的运动规律。作等减速运动的运动规律。2.2.等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律 在推程始末点处仍存在在推程始末点处
13、仍存在“软软冲冲”,因此只适用于因此只适用于中、低速中、低速。但若从动件作无停歇的升但若从动件作无停歇的升降降升型连续运动,则加速度曲升型连续运动,则加速度曲线为光滑连续的余弦曲线,消除线为光滑连续的余弦曲线,消除了了“软冲软冲”,故可用于高速。,故可用于高速。从从动动件件加加速速度度按按余余弦弦规规律律变变化的运动规律。化的运动规律。3.3.余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律4 4、正弦加速度运动规律、正弦加速度运动规律运动特征:没有冲击,运动特征:没有冲击,故可用于高速。故可用于高速。从动件加速度按正从动件加速度按正弦规律变化的运动规律。弦规律变化的运动规律。三、从动件运动规律的选择三、
14、从动件运动规律的选择1、在选择从动件的运动规律时,应根据机器工作时的运动要求、在选择从动件的运动规律时,应根据机器工作时的运动要求来确定。来确定。2、对无一定运动要求,只需要从动件有一定位移量的凸轮机构。、对无一定运动要求,只需要从动件有一定位移量的凸轮机构。3、对于高速机构,应减小惯性力、改善动力性能,可选用正弦、对于高速机构,应减小惯性力、改善动力性能,可选用正弦加速度运动规律或其他改进型的运动规律。加速度运动规律或其他改进型的运动规律。1-2 1-2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律4.3 4.3 盘形凸轮轮廓的设计盘形凸轮轮廓的设计 设计一般精度凸轮时常被采用图解法。而设计高精设计
15、一般精度凸轮时常被采用图解法。而设计高精度凸轮,则必须用解析法,但计算复杂。本节主要讨论度凸轮,则必须用解析法,但计算复杂。本节主要讨论图解法。图解法。设计方法:设计方法:1.1.图解法图解法 2.2.解析法解析法基本原理:基本原理:反转法原理反转法原理 4.3.14.3.1图解法设计盘形凸轮轮廓图解法设计盘形凸轮轮廓图解法绘制凸轮轮廓曲线是利用图解法绘制凸轮轮廓曲线是利用反转法原理反转法原理完成的。完成的。加角速度加角速度-w w(与凸轮角速度大小相等、方向相反与凸轮角速度大小相等、方向相反)从动件与导路绕角速度从动件与导路绕角速度-w w以以凸轮转动凸轮转动凸轮静止不动凸轮静止不动从动件尖
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