机械设计基础3.ppt

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1、凸轮机构能实现预期的运动规律，凸轮机构能实现预期的运动规律，在自动化和半自动化机械中应用非常广在自动化和半自动化机械中应用非常广泛。泛。 内燃机的配气用的是凸轮机构，当凸内燃机的配气用的是凸轮机构，当凸轮转动时，移动从动件轮转动时，移动从动件2作间歇的上下运作间歇的上下运动，从而实现气门在规定的时间的开启动，从而实现气门在规定的时间的开启与闭合。与闭合。 一、凸轮机构的类型一、凸轮机构的类型1按凸轮的形状分按凸轮的形状分(1)盘形凸轮盘形凸轮 是一个绕固定轴线转动并且具有是一个绕固定轴线转动并且具有变化半径的盘形零件。变化半径的盘形零件。(2)移动凸轮移动凸轮 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷当盘

2、形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动。远时，凸轮相对机架作直线运动。(3)圆柱凸轮圆柱凸轮 将移动凸轮卷成圆柱体即成为圆将移动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮。柱凸轮。在对开印刷机中的应用在对开印刷机中的应用在胶印机中的应用在胶印机中的应用在内燃机中的应用在内燃机中的应用圆柱凸轮的应用圆柱凸轮的应用 2、按照从动件形状分、按照从动件形状分: (1)尖顶从动件尖顶从动件 尖顶能与复杂的尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触，能实现任意预凸轮轮廓保持接触，能实现任意预期的运动规律。但尖顶与凸轮是点期的运动规律。但尖顶与凸轮是点接触，磨损快，只宜用于受力不大接触，磨损快，只宜用于受力不大的低速凸

3、轮机构。的低速凸轮机构。 (2)滚子从动件滚子从动件 为了克服尖顶从为了克服尖顶从动件的缺点，在从动件的尖顶处安动件的缺点，在从动件的尖顶处安装一个滚子，即成为滚子从动件。装一个滚子，即成为滚子从动件。滚子和凸轮轮廓之间为滚动摩擦，滚子和凸轮轮廓之间为滚动摩擦，耐磨损，可承受较大载荷。耐磨损，可承受较大载荷。 (3)平底从动件平底从动件 这种从动件与凸轮轮廓表面接触的端面为这种从动件与凸轮轮廓表面接触的端面为一平面。显然不能与凹陷的凸轮轮廓相接触。这种从动件的一平面。显然不能与凹陷的凸轮轮廓相接触。这种从动件的优点是：当不考虑摩擦时，凸轮与从动件之间的作用力始终优点是：当不考虑摩擦时，凸轮与从

4、动件之间的作用力始终与从动件的平底相垂直，压力角始终为零，传动效率较高，与从动件的平底相垂直，压力角始终为零，传动效率较高，且接触面间易形成油膜，利于润滑，故常高速凸轮机构。且接触面间易形成油膜，利于润滑，故常高速凸轮机构。 以上三种从动件都可以相对机架作往复直线运动或摆动。以上三种从动件都可以相对机架作往复直线运动或摆动。 对心移动对心移动盘形凸轮盘形凸轮机构机构偏心移动偏心移动盘形凸轮盘形凸轮机构机构摆动盘摆动盘形凸轮形凸轮机构机构移动凸轮机构移动凸轮机构圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构2eV21r01AB3CV2(a) 平面图平面图(1) 偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构偏置直动尖底从动件盘形凸轮

5、机构(b) 三维图三维图11V223图图3.1.2F2偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构偏置直动尖底从动件盘形凸轮机构二维动画二维动画摆动滚子从动件盘形凸轮机构摆动滚子从动件盘形凸轮机构(a) 平面图平面图223CD11ABr0图图3.1.2F6摆动滚子从动件盘形凸轮机构摆动滚子从动件盘形凸轮机构三维动画三维动画11Ar0223C(a) 平面图平面图D(3) 摆动平底从动件盘形凸轮机构摆动平底从动件盘形凸轮机构11322(b) 三维图三维图11Ar023CD图图3.1.2F7摆动平底从动件盘形凸轮机构摆动平底从动件盘形凸轮机构 利用弹簧力或凸轮上的凹槽来使凸轮与从动件始终保触。利用弹簧力或凸轮上的

6、凹槽来使凸轮与从动件始终保触。 等等宽宽凸凸轮轮机机构构凹凹槽槽三种特殊的凸轮机构三种特殊的凸轮机构等等径径凸凸轮轮机机构构共共轭轭凸凸轮轮机机构构 凸轮机构的优点为：只需设计适当的凸轮轮廓，凸轮机构的优点为：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的复杂的运动规律，并且结便可使从动件得到所需的复杂的运动规律，并且结构简单、紧凑，设计方便，在自动化和半自动化机构简单、紧凑，设计方便，在自动化和半自动化机械中应用非常广泛。械中应用非常广泛。 它的缺点是凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线它的缺点是凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易磨损，所以通常多用于传力不大的控制机接触，易磨损，所以通常多

7、用于传力不大的控制机构。构。r0001002ADCB1BOtS图图3.5对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构r0001002ADCB1BOtS000102h0称为推程运动角。称为推程运动角。01称为远休止角。称为远休止角。0称为回程运动角。称为回程运动角。02称为近休止角。称为近休止角。r0001002ADCB1BOtS图图3.5对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构r0001002ADCB1BOtS000102h等速运动、等加速等等速运动、等加速等减速等）减速等）) 1 . 2 . 3(332210 CCCCCSnn)2 . 2 . 3()cos

8、(1 20hS(2) 余弦加速度运动（简谐运动）规律为余弦加速度运动（简谐运动）规律为 (3) 正弦加速度运动规律为正弦加速度运动规律为 )3 . 2 . 3()2sin(2100 hS重点重点：如何根据从动件的运动规律（2 与1 函数 关系）作运动线图有几种？特点？Va Sh00v20tlima等速运动、等加速等减速、简谐运动、正弦加速度运动等速运动、等加速等减速、简谐运动、正弦加速度运动1等速运动等速运动 1.分析分析: 图3-6 凸轮作等速运动从动件也作等速运动V2=C启动瞬间:终止瞬间:刚性冲击刚性冲击a 由0 速度由V20 , a 由0速度由0 V2, )(21fS 用运动线图来表示

9、用运动线图来表示凸轮的外型V2tvvtt00lima推程：推程： S = h/0回程回程：S = h(1/0)速度速度 V = h/0速度速度 V = h/0加速度加速度 a = 0加速度加速度 a = 0 开始终止点加速度开始终止点加速度无穷大，称刚性冲击无穷大，称刚性冲击h/08+OOOSaV0h0h/08+8图图 等速运动等速运动dtdsdtdv10mmS2112040 120802.作运动线图作运动线图: 推程运动时间在启动与终止段用其它运动规律过渡 适于低速、轻载、从动杆质量不大，有匀速要求。h例：例：已知从动件作等速运动,20mm，t120, S40,h120,s80,作运动线图。

10、取作图比例l二、等加速等减速二、等加速等减速 p.41 图3-7 每一行程（推程或回程）的前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动SVaa有有限值的突变无速度突变，无刚性冲击柔性冲击柔性冲击中低速凸轮机构中低速凸轮机构推程推程:前半行程等加速等加速 后半行程等减速等减速回程回程:前半行程等加速等加速 后半行程等减速等减速2221atS 从动件位移函数关系：函数关系：(V0=0, 等加速等减速等加速等减速 )位移位移1 : 4 : 9推程前半行程取=3149推程后半段等减速推程后半段等减速( (取=3) 对应的对应的2X2X为为9 : 4 : 19 : 4 : 1S0h/2h当时间为 1 :

11、2 : 3 : 4位移为 1 : 4 : 9 :162221atS3x V0=0, 等加速等减速等加速等减速 作图作图: : (推程推程)前半前半行程(h/2)等加速等加速后半后半行程(h/2)等减速等减速将将每半行程每半行程时时 间分为间分为(4) 份份位位 1 : 4 : 9 :16 移移 16 : 9 : 4 : 1 推程推程回程回程图图3.2.2F2h0 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 20 / 200aOSOOV开始终止点加速度为开始终止点加速度为有限值，称柔性冲击有限值，称柔性冲击)cos(.150 hshOS

12、OOaV0/203.2.2F4开始终止点加速度为开始终止点加速度为有限值，称柔性冲击有限值，称柔性冲击)cos(12hssinRRsRh2)sin(2hs22)sin()sin(2122hhs00tan0,tan0tan =30 =45FFFF fF fFFF fF fF越小受力越好但反之自锁， 角是变化的，最大值应小于许用值直动：摆动： S S0 0rOOOnnnnnnveePPPttttttsDBCCvv 0220tanCPCBOPOCSSvereS 二.直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制三.摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制四.设计凸轮注意事项3-4 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 p.44相

13、对运动原理相对运动原理 （解析法、作图法）反转法：反转法：给整个机构加给整个机构加 -运动运动凸轮不动，凸轮不动，机架反转，机架反转，推杆作复合运动推杆作复合运动一.设计方法的原理按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓二、摆动从动件盘形二、摆动从动件盘形 凸轮轮廓线绘制凸轮轮廓线绘制四四. .设计凸轮注意事项设计凸轮注意事项P.46P.46r r 0 0要求要求 r r 15 mm r 过大过大凸轮工作廓线变尖或失真变尖或失真1.合理选择滚子的半径基圆半径2.合理选用基圆半径推程廓线平缓结构消除运动失真消除运动失真消除运动失真：减小滚子半径或加大基圆半径消除运动失真：减小滚子半径或加大基圆半径(d)(c)