凸轮机构学习情境.pptx
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1、机电工程系学习目标学习目标 1.熟悉凸轮机构的组成、分类、特点熟悉凸轮机构的组成、分类、特点2.掌握从动件的等加等减速、简谐运动规律掌握从动件的等加等减速、简谐运动规律的作图方法的作图方法3.了解从动件的等加等减速、简谐运动规律了解从动件的等加等减速、简谐运动规律的特点与应用的特点与应用4.掌握尖顶、滚子从动件凸轮廓线的设计方掌握尖顶、滚子从动件凸轮廓线的设计方法、步骤法、步骤5.了解凸轮基本尺寸的确定依据及影响因素了解凸轮基本尺寸的确定依据及影响因素 机电工程系学习内容学习内容 1.凸轮机构的组成、分类、特点凸轮机构的组成、分类、特点2.从动件的等加等减速、简谐运动规律从动件的等加等减速、简
2、谐运动规律的作图方法的作图方法3.从动件的等加等减速、简谐运动规律从动件的等加等减速、简谐运动规律的特点与应用的特点与应用4.尖顶、滚子从动件凸轮廓线的设计方尖顶、滚子从动件凸轮廓线的设计方法、步骤法、步骤5.凸轮基本尺寸的确定依据及影响因素凸轮基本尺寸的确定依据及影响因素 机电工程系教学重点教学重点 1.从动件的等加等减速、简谐运动规律的作图方从动件的等加等减速、简谐运动规律的作图方法法2.从动件的等加等减速、简谐运动规律的特点与从动件的等加等减速、简谐运动规律的特点与应用应用3.尖顶、滚子从动件凸轮廓线的设计方法、步骤尖顶、滚子从动件凸轮廓线的设计方法、步骤 教学方法教学方法 1.以项目为
3、导向的四步教学法;以项目为导向的四步教学法;2.讲授与讨论相结合法;讲授与讨论相结合法;3.理论与实操交替进行法理论与实操交替进行法 机电工程系1.阅读教材、分析凸轮的功用、类型、组成阅读教材、分析凸轮的功用、类型、组成与特点;与特点;2.收集与查阅凸轮机构传动的国家标准资料;收集与查阅凸轮机构传动的国家标准资料;3.观察具有的凸轮机构的设备的工作情况。观察具有的凸轮机构的设备的工作情况。资讯材料:资讯材料:机电工程系授课步骤授课步骤1:一、典型的凸轮机构展示一、典型的凸轮机构展示典型凸轮机构运动动画:典型凸轮机构运动动画:尖顶直动从动件盘形凸轮机构尖顶直动从动件盘形凸轮机构摆动从动件圆柱凸轮
4、机构摆动从动件圆柱凸轮机构滚子从动件滚子从动件盘形槽凸轮机构盘形槽凸轮机构机电工程系步骤步骤2:讲授凸轮机构基本知识:讲授凸轮机构基本知识知识点一:知识点一:凸轮机构的组成、应用及分类凸轮机构的组成、应用及分类知识点二:从动件运动规律及其选择知识点二:从动件运动规律及其选择知识点三:按预定运动规律设计盘形凸轮轮知识点三:按预定运动规律设计盘形凸轮轮廓廓知识点四:盘形凸轮机构基本尺寸的确定知识点四:盘形凸轮机构基本尺寸的确定实训项目指导:实训项目指导:机电工程系知识点一:凸轮机构的组成、应用及分类知识点一:凸轮机构的组成、应用及分类一、一、凸轮机构应用实例凸轮机构应用实例及凸轮机构的组成:及凸轮
5、机构的组成:1、主动件:凸轮;、主动件:凸轮;2、从动件:杆状件;、从动件:杆状件;3、锁合元件或结构:如弹簧、沟槽;、锁合元件或结构:如弹簧、沟槽;4、机架。、机架。12刀架刀架o刀架往复运动机构内燃机配气机构机电工程系 作用:作用:将凸轮的连续回转转变为从动件直线移动或摆动。将凸轮的连续回转转变为从动件直线移动或摆动。优点:优点:可精确实现从动任意运动规律,结构简单、紧凑。可精确实现从动任意运动规律,结构简单、紧凑。缺点:缺点:点、线高副接触,易磨损,传力不大。点、线高副接触,易磨损,传力不大。应用:广泛,如应用:广泛,如 印刷机、纺织机、印刷机、纺织机、内燃机内燃机、补鞋机、配钥匙补鞋机
6、、配钥匙 机、机、绕线机绕线机、牙膏生产自动线等。、牙膏生产自动线等。二、凸轮机构的功用、特点与应用二、凸轮机构的功用、特点与应用机电工程系1、按凸轮的形状分:、按凸轮的形状分:盘形盘形:径向尺寸变化的盘状凸轮,绕定轴转动。:径向尺寸变化的盘状凸轮,绕定轴转动。移移动动:沿沿某某一一方方向向移移动动的的平平面面板板状状凸凸轮轮,可可认认为为是是半半径径无无穷穷大大的的盘盘形形凸凸轮;轮;圆圆柱柱凸凸轮轮:轮轮廓廓曲曲线线位位于于圆圆柱柱面面上上并并绕绕轴轴线线旋旋转转的的凸凸轮轮。可可看看作作是是将将移移动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮)动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮)分为分为端面凸轮,圆柱槽凸
7、轮。三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮机电工程系2、按从动件的形状分:、按从动件的形状分:尖顶尖顶、滚子滚子、平底平底从动件。从动件。尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构;尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构;滚子滚子磨损小,应用广;磨损小,应用广;平底平底受力好、润滑好,用于高速传动。受力好、润滑好,用于高速传动。直动从动件摆动从动件曲面底曲面底曲面制造困难。曲面制造困难。机电工程系移动(对心直动,偏置直动)从动件凸轮机构:移动(对心直动,偏置直动)从动件凸轮机构:摆动从动件凸轮机构:摆动从动件凸轮机构:3、按从动件运动形式分:、按从动件运动形式分:机电工程系平底摆
8、动从动杆偏置移动从动杆对心移动从动杆曲面滚子尖端从动杆类型按从动件分类的凸轮机构总汇按从动件分类的凸轮机构总汇机电工程系使从动件保持与凸轮相接触的方式使从动件保持与凸轮相接触的方式力锁合:重力、弹力作用使从动件保持与凸轮相接触的方式;力锁合:重力、弹力作用使从动件保持与凸轮相接触的方式;形(几何)锁合形(几何)锁合:槽凸轮、等宽、等径凸轮、共轭凸轮。:槽凸轮、等宽、等径凸轮、共轭凸轮。4、按锁合方式分:、按锁合方式分:机电工程系r1r2r1+r2=constW沟槽凸轮沟槽凸轮(主回)共轭凸轮(主回)共轭凸轮等等宽宽凸凸轮轮等等径径凸凸轮轮机电工程系1 1)实际廓线)实际廓线;2)2)理论理论廓
9、线廓线;3)3)基圆、基圆、基圆半径基圆半径r r0 0;4 4)偏距)偏距e e、偏距圆;、偏距圆;e=0,e=0,对心从动件对心从动件5 5)推程、)推程、推程运动角推程运动角0 0;7 7)回程、)回程、回程运动角回程运动角;8 8)近休止角近休止角s s;s=0,无原位停留,无原位停留9 9)行程)行程h h6 6)远休止角远休止角s s ;s=0,无推程终点停留无推程终点停留知识点二:知识点二:从动件运动规律及其选择从动件运动规律及其选择一、凸轮机构一、凸轮机构的运动循环及的运动循环及基本基本名词名词术语术语 机电工程系二、二、从动件运动规律从动件运动规律 凸凸轮轮机机构构设设计计的
10、的基基本本任任务务是是根根据据工工作作要要求求选选定定凸凸轮轮机机构构的的型型式式、从从动动件件运运动动规规律律、合合理理确确定定结结构构尺尺寸寸、设设计计轮轮廓廓曲曲线线。而而根根据据工工作作要要求求选选定定从从动动件件运运动动规规律律,是是设设计计凸凸轮轮轮轮廓廓曲线的前提。曲线的前提。从从动动件件运运动动规规律律:从从动动件件在在推推程程或或回回程程时时,其其位位移移S S、速速度度V、和加速度、和加速度a 随时间随时间t 的变化规律。的变化规律。从动件运动规律分类:从动件运动规律分类:多项式(等速、等加等减速)、三角函数(正弦、余弦)、组合型。多项式(等速、等加等减速)、三角函数(正弦
11、、余弦)、组合型。S=S(t)S=S(t)V=V(t)(t)a=a(t)(t)由于凸轮一般为匀速转动,转角由于凸轮一般为匀速转动,转角与时间与时间t的关系的关系是是=t,所以从动件运动规律也可写成:所以从动件运动规律也可写成:S=S(S=S()V=V()a=a()机电工程系 v=常数常数 a=0 在推程起始点:在推程起始点:=0 0,s=0,在推程终止点:在推程终止点:=0,s=h 推程推程(0 0)运动方程:运动方程:s (h/0)v (h/0)a =0同理得回程运动方程:同理得回程运动方程:s h(h)/v -(h/h)负号表示负号表示 运动方向与推程相反。运动方向与推程相反。a =0 等
12、速运动规律等速运动规律在行程始末两点有在行程始末两点有刚性冲击刚性冲击(硬冲硬冲):速度突变,加:速度突变,加速度无穷大引速度无穷大引起的冲击。起的冲击。适用于低速轻载适用于低速轻载。为消除不良影响,常对始、末点附近的运动规。为消除不良影响,常对始、末点附近的运动规律进行必要的修正。律进行必要的修正。1.等速等速运动规律运动规律s va h+刚性冲击刚性冲击机电工程系2.等加速等减速等加速等减速运动规律运动规律s=C2 2 2 v=C C1 1 a=常数常数位位移移曲曲线线为为两两段段抛抛物物线线。加、减速各占一半加、减速各占一半。推程加速段推程加速段(0 00/2 2)起始点起始点 =0 0
13、,s=0,v 0中间点中间点 =0/2 2,s=h/2 推程加速段运动方程为推程加速段运动方程为s (2h/2h/02 2)2 2v (4h/4h/02 2)a 4h4h2 2/02 2 1sva235463h/20 h/22h/2h/04h4h2 2/0 2 2机电工程系推程减速段推程减速段(0/2 2 0)边界条件:边界条件:终止点终止点 =0 ,s=h,v 0中间点中间点=0/2 2,s=h/2 v最大最大推程减速段运动方程为推程减速段运动方程为s h-h-(2h/2h/0 2 2)()(0-)2 2v (4h/4h/0 2 2)()(0-)a-4h4h2 2/0 2 2柔性冲击柔性冲击
14、特点:从动件在运动始、中、末三点有特点:从动件在运动始、中、末三点有柔柔性冲性冲击击(软冲软冲):由加速度有限值的突变引起的冲击。:由加速度有限值的突变引起的冲击。此时,速度曲线有尖点,加速度曲线不连续。此时,速度曲线有尖点,加速度曲线不连续。应用应用:中速轻载。:中速轻载。1sva235463h/20 h/22h/2h/04h4h2 2/0 2 22.等加速等减速等加速等减速运动规律运动规律机电工程系作图原理:利用相似三角形对应作图原理:利用相似三角形对应边成比例的关系求位移曲线上点:边成比例的关系求位移曲线上点:如下图所示。如下图所示。注意:这里的起点与终点所对应的角注意:这里的起点与终点
15、所对应的角度和位移一定要等分成相同的份数,度和位移一定要等分成相同的份数,常分为常分为三份或四份。三份或四份。等加等减位移曲线的作图方法:有两种等加等减位移曲线的作图方法:有两种1)等分等加等减抛物线段所对应的角度和行程,如图各)等分等加等减抛物线段所对应的角度和行程,如图各3等分,作斜线,等分,作斜线,利用相似三角形知识知图示交点即为对应角度利用相似三角形知识知图示交点即为对应角度处的位移量处的位移量s。如右图所如右图所示。示。2.等加速等减速等加速等减速运动规律运动规律机电工程系2)按比例等分线段法:如下图所示:作射线;以一定长度作基本单位,等分射线26份;按1:4:9:4:1的比例将射线
16、分成6段;将最后分点与对应的从动件总推程在S轴上点连线,过各分点作连线的平行线,在S轴上得到对应分点。2.等加速等减速等加速等减速运动规律运动规律机电工程系3 3、余弦加速度(、余弦加速度(简谐简谐)运动规律)运动规律推程:推程:sh h 1-cos1-cos(/0 0)/2/2 v=hsin=hsin(/0 0)/(2 20 0)a=2 2hh2 2coscos(/0 0)/(2 20 02 2)123456av vs sh0 0123456Vmax=1.57h/特特点点:对对于于“升升停停降降停停”型型的的运运动动曲曲线线,余余弦弦加加速速度度(简简谐谐)运运动动规规律律在在行行程程始始点
17、点和和终终点点加加速速度度a有有有有限限值值的的突突变变,产产生生柔柔性性冲冲击击,适用于中速。适用于中速。对对于于“升升降降-升升”型型的的运运动动曲曲线线,余余弦弦加加速速度度(简简谐谐)运运动动规规律律无无冲冲击,适用于高速。击,适用于高速。简谐运动简谐运动:质点在圆周上作匀速运动时,:质点在圆周上作匀速运动时,它在圆直径上的投影所构成的运动。它在圆直径上的投影所构成的运动。机电工程系简谐运动位移曲线作图方法:简谐运动位移曲线作图方法:1)等分凸轮转角所对应的坐标轴;等分凸轮转角所对应的坐标轴;2)在在S轴上,以轴上,以h/2为半径作半圆,为半径作半圆,用同样等分数等分半圆转角;用同样等
18、分数等分半圆转角;3)过半圆上分点作水平线与过转过半圆上分点作水平线与过转角轴上分点作的铅垂线相交;角轴上分点作的铅垂线相交;4)用曲线光滑连接各交点。用曲线光滑连接各交点。123456av vs sh0 0123456Vmax=1.57h/0 0机电工程系三、从动件运动规律的选择三、从动件运动规律的选择 1 1.若若机器的工作过程只要求凸轮转过一角度机器的工作过程只要求凸轮转过一角度 时,从动时,从动件完成一行程件完成一行程h h(直动从动件)或摆角(直动从动件)或摆角(摆动从动件),对(摆动从动件),对运动规律并无严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工曲线运动规律并无严格要求。则应选择直线或
19、圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸轮。作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸轮。2 2.若若机器的工作过程对从动件运动有要求,则应严格按工机器的工作过程对从动件运动有要求,则应严格按工作要求的运动规律来设计凸轮廓线。如作要求的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮刀架进给凸轮。3 3.V Vmaxmax和和 amax应尽量小。特别是对于高速和重载凸轮,要应尽量小。特别是对于高速和重载凸轮,要求有较好的动力特性,除了避免出现刚性或柔性冲击外,更应求有较好的动力特性,除了避免出现刚性或柔性冲击外,更应当考虑当考虑V Vmaxmax和和 amax。机电工程系夹紧凸夹紧凸轮机构轮机构送料凸送料凸轮机构
20、轮机构机电工程系 高速重载凸轮要选高速重载凸轮要选V Vmaxmax和和amax比较小的理由:比较小的理由:amaxmax动量动量mv,mv,若机构突然被卡住,则冲击力将很大若机构突然被卡住,则冲击力将很大(F=mv/tF=mv/t)。)。对重载凸轮,则适合选用对重载凸轮,则适合选用V Vmaxmax较小的运动规律。较小的运动规律。惯性力惯性力F=-mF=-ma对强度和耐磨性要求对强度和耐磨性要求。对高速凸轮,希望对高速凸轮,希望amaxmax 愈小愈好。愈小愈好。V Vmaxmax,P,Pn n机电工程系等加等减速等加等减速 2.0 4.02.0 4.0 柔性柔性 中速轻载中速轻载五次多项式
21、五次多项式 1.88 5.771.88 5.77 无无 高速中载高速中载余弦加速度余弦加速度 1.57 4.931.57 4.93 柔性柔性 中速中载中速中载正弦加速度正弦加速度 2.0 6.282.0 6.28 无无 高速轻载高速轻载改进正弦加速度改进正弦加速度 1.76 5.531.76 5.53 无无 高速重载高速重载100分钟 从动件常用运动规律特性比较从动件常用运动规律特性比较运动规律运动规律 V Vmaxmax amaxmax 冲击冲击 推荐应用范围推荐应用范围等等 速速 1.0 1.0 刚性刚性 低速轻载低速轻载机电工程系何谓刚性冲击?何谓柔性冲击?它们各在等加等减、余弦加速度运
22、动规律中发生在行程的什麽位置?思考题:思考题:机电工程系自测题自测题1:单项选择题:单项选择题1 与连杆机构相比,凸轮机构最大的缺点是与连杆机构相比,凸轮机构最大的缺点是 。A惯性力难以平衡惯性力难以平衡 B点、线接触,易磨损点、线接触,易磨损C设计较为复杂设计较为复杂 D不能实现间歇运动不能实现间歇运动2 与其他机构相比,凸轮机构最大的优点是与其他机构相比,凸轮机构最大的优点是 。A可实现各种预期的运动规律可实现各种预期的运动规律 B便于润滑便于润滑C制造方便,易获得较高的精度制造方便,易获得较高的精度 D从动件的行程可较大从动件的行程可较大3()从动杆的行程不能太大。)从动杆的行程不能太大
23、。A.盘形凸轮机构盘形凸轮机构 B.移动凸轮机构移动凸轮机构 C.圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构4、下述从动件运动规律中,、下述从动件运动规律中,是最好的运动规律。是最好的运动规律。A、等速规律、等速规律 B、等加等减速规律、等加等减速规律 C、余弦规律、余弦规律5、运动中点具有加速度突变的运动规律是、运动中点具有加速度突变的运动规律是 。A、等速规律、等速规律 B、等加等减速规律、等加等减速规律 C、余弦规律、余弦规律6、运动始、终点具有刚性冲击的运动规律是、运动始、终点具有刚性冲击的运动规律是 。A、等速规律、等速规律 B、等加等减速规律、等加等减速规律 C、余弦规律、余弦规律7、运动始终点具有
24、、运动始终点具有 柔性冲击的运动规律是柔性冲击的运动规律是 。A、等速规律、等速规律 B、等加等减速规律、等加等减速规律 C、余弦规律、余弦规律机电工程系自测题自测题1:填空题:填空题1、在凸轮机构几种常用的推杆运动规律中,、在凸轮机构几种常用的推杆运动规律中,只宜用于低速;只宜用于低速;和和 不宜用于高速;而不宜用于高速;而 和和 都可在高速下应用。都可在高速下应用。2、滚子推杆盘形凸轮的基圆半径是从、滚子推杆盘形凸轮的基圆半径是从 到到 的最短距离。的最短距离。3、在凸轮机构推杆的四种常用运动规律中,、在凸轮机构推杆的四种常用运动规律中,有刚性冲击;有刚性冲击;、运动规律有柔性冲运动规律有
25、柔性冲击;击;运动规律无冲击。运动规律无冲击。4、凸轮机构推杆运动规律的选择原则为:、凸轮机构推杆运动规律的选择原则为:,。5凸轮机构是凸轮机构是 副机构。副机构。6凸轮是一个能凸轮是一个能 从动件运动规律,而具有从动件运动规律,而具有 或或 凹槽的构件。凹槽的构件。机电工程系自测题自测题1:填空题:填空题7当凸轮转动时,借助于本身的曲线轮廓,当凸轮转动时,借助于本身的曲线轮廓,从动件作从动件作相应的运动。相应的运动。8凸轮机构主要由凸轮机构主要由 ,和和 三个基本构件所组成。三个基本构件所组成。9凸轮的轮廓曲线可以按凸轮的轮廓曲线可以按 任意选择,因此可使从动件任意选择,因此可使从动件得到得
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