机械设计基础第19讲.ppt

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1、旧课回顾旧课回顾按照给定条件设计平面四杆机构1、 按预定的连杆位置设计四杆机构 2、 按两连架杆的预定位置设计四杆机构3、按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构4、按给定的行程速比系数K设计四杆机构第十三章第十三章 凸轮机构凸轮机构本章重点学习内容：本章重点学习内容：1、凸轮机构的应用和分类（了解）4、凸轮机构基本尺寸的确定3、凸轮轮廓曲线的设计2、从动件的运动规律熟知从动件常用的运动规律及从动件运动规律的选择原则。重点掌握凸轮机构设计的基本知识，能根据选定的凸轮类型和从动件的运动规律设计出凸轮的轮廓曲线重点掌握凸轮机构基本尺寸确定的原则。本节重点第十三章第十三章 凸轮机构凸轮机构第一节

2、 凸轮机构的应用和分类第二节 从动件的常用运动规律第三节 凸轮轮廓曲线的设计第四节 凸轮机构基本尺寸的确定第一节第一节 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类二、凸轮机构的组成三、凸轮机构的特点四、凸轮机构的分类2、按从动件的形状来分3、按从动件的运动方式分 4、按凸轮与从动件保持接触的方法分一、凸轮机构的应用1、按凸轮形状分返回本章返回本章内燃机配气凸轮机构 自动机床进刀凸轮机构凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构是一种常用的高副机构，广泛用于自动机械、自动控制装置和装配生产线中。例如返回本节返回本节3、机架、机架支承活动构件的构件。2、从动件、从动件由凸轮控制并按预定的运动规律作移动或摆

3、动运动的构件。1、凸轮、凸轮具有曲线轮廓或凹槽的构件,凸轮通常是主动件, 做等速转动。凸轮机构的组成凸轮机构的组成返回本节返回本节凸轮机构的优缺点凸轮机构的优缺点2、缺点：、缺点：结构简单、紧凑，工作可靠，通过适当设计凸轮廓线可以使从动件实现各种预期运动规律，同时还可以实现间歇运动。 1、优点：、优点：凸轮工作轮廓的加工较为复杂，而且凸轮工作轮廓与从动件之间的接触为高副（点接触或线接触），易于磨损，多用于传力不大的控制机构和调节机构中。返回本节返回本节圆柱凸轮圆柱凸轮：圆柱凸轮可以看成将移动凸轮卷在一个圆柱体上而得到的。可以看出，圆柱凸轮是一个空间凸轮机构移动凸轮移动凸轮：当盘形凸轮的回转中心

4、趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮盘形凸轮盘形凸轮：是一个绕固定轴转动且具有变化半径的盘形零件，最基本的形式，结构简单，应用最为广泛按凸轮形状分按凸轮形状分返回本节返回本节尖顶从动尖顶从动件件滚子从动件滚子从动件平底从动平底从动件件 其优点是凸轮与平底接触面间容易形成油膜，润滑较好，所以常用于高速传动中。 由于滚子与凸轮之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力。 构造简单，但易于磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合。按从动件的形状来分按从动件的形状来分返回本节返回本节摆动从动件摆动从动件：从动件绕某一固定轴摆动直动从动件直动从动件：从动件只能沿某一导

5、路做往复移动 对心直动从动件对心直动从动件 偏置直动从动件偏置直动从动件按从动件的运动方式分按从动件的运动方式分 返回本节返回本节力封闭凸轮机构力封闭凸轮机构： 利用从动件的重力、弹簧力或其它外力使从动件始终与凸轮保持接触；几何封闭凸轮机构几何封闭凸轮机构： 利用凸轮与从动件构成的高副元素的特殊几何结构使凸轮与从动件始终保持接触。槽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮共轭凸轮常用的有如下几种：常用的有如下几种：槽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮共轭凸轮按凸轮与从动件保持接触的方法分按凸轮与从动件保持接触的方法分返回本节返回本节第二节第二节 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律返回本章返回本章从动件随主

6、动件的运动变化规律叫从动件的运动规律。凸轮轮廓曲线是从动件运动规律决定的。一、一、基本术语基本术语二、二、从动件常用运动规律从动件常用运动规律凸轮一般为等速运动，有=t , 从动件的运动规律常表示为从动件运动参数随凸轮转角变化的规律。即从动件的位移、速度和加速度随变化的规律。三、三、从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择重点：掌握各种运动规律的运动特性1、基圆基圆：以凸轮最小半径r0所作的圆，r0称为凸轮的基圆半径。基本术语基本术语2、推程、推程运动角推程、推程运动角：d03、远休止、远休止角远休止、远休止角：d014、回程、回程运动角回程、回程运动角： d05、近休止、近休止角近休止、近休

7、止角： d026、行程行程：h返回本节返回本节返回本节返回本节3、组合运动规律2）正弦加速度运动规律摆线运动规律1）余弦加速度运动规律简谐运动规律2、三角函数运动规律3）五次多项式运动规律2）二次多项式运动规律等加速等减速运动1）一次多项式运动规律等速运动1、多项式运动规律从动件常用运动规律从动件常用运动规律0/110dtdvaCdtdsvCCsd运动方程式一般表达式：推程运动方程等速运动等速运动回程运动方程等速运动规律运动特性等速运动规律运动特性 从动件在运动起始和终止点会产生刚性冲击。故等速运动规律适用于低速凸轮机构。返回返回0/00ahvhsddd运动始点：d=0, s=0运动终点：hs

8、 ,0dd推程运动方程式：边界条件在起始和终止点速度有突变，使瞬时加速度趋于无穷大，从而产生无穷大惯性力，引起刚性冲击刚性冲击。推程运动方程推程运动方程返回返回0/110dtdvaCdtdsvCCsd运动方程式一般表达式：回程运动方程式：0/)1(00ahvhsddd0,0sdd运动始点：d=0, s=h运动终点：边界条件回程运动方程在起始和终止点速度有突变，从而产生刚性冲击。返回返回0/110dtdvaCdtdsvCCsd运动方程式一般表达式：为保证凸轮机构运动平稳性，常使从动件在一个行程h中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加速度和减速度的绝对值相等。这种运动规律称为从动件的等加

9、速等减速运动规律从动件的等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律推程运动方程推程运动方程回程运动方程回程运动方程返回返回等加速等减速运动规律的运动特性等加速等减速运动规律的运动特性 ddd22122102/2/CdtdvaCCdtdsvCCCs运动方程式一般表达式：等减速段运动方程为2022002020/4/)(4/)(2dddddddhahvhhs20220202/4/4/2dddddhahvhs推程等加速段边界条件： 等加速段运动方程式为：运动始点：d=0, s=0，v=0运动终点：2/,2/0hs ddddd22122102/2/CdtdvaCCdtdsvCCCs运动

10、方程式一般表达式：推程等减速段边界条件：运动始点：运动终点： d= d 0, s=h，v=02/,2/0hs dd推程运动方程推程运动方程返回返回等加速等减速运动规律的运动特性等加速等减速运动规律的运动特性返回返回 在运动的始点、中间和终点时，因加速度有突变而引起从动件惯性力的突变，且突变为有限值，在凸轮机构中由此会引起柔性冲击柔性冲击。因此等加速等减速运动规律适用于中速、轻载的场合。20220220442dddddhahvhhs20202020204)(4)(2dddddddhahvhs 回程加速段运动方程式： 回程减速段运动方程式：回程运动方程回程运动方程返回返回=0 0/2=0/2 0五

11、次多项式的一般表达式为3252242322453423215544332210201262/5432/ddddddddddddCCCCdtdvaCCCCCdtdsvCCCCCCs推程边界条件：在始点处：d1=0, s1=0, v1=0, a1=0； 在终点处：d2=d0, s2=h, v2=0, a2=0；505404303210/6,/15,/10, 0, 0, 0dddhChChCCCC位移方程式为55044033061510ddddddhhhs解得待定系数为五次多项式运动规律五次多项式运动规律五次多项式运动规律的运动线图五次多项式运动规律的运动特性五次多项式运动规律的运动特性 即无刚性冲

12、击也无柔性冲击，适用于高速中载的场合返回返回五次多项式运动规律的运动线图五次多项式运动规律的运动线图返回返回简谐运动：当一点在圆周上等速运动时，其在直径上的投影的运动即为简谐运动。 从动件的加速度在起点和终点有突变，且数值有限，故有柔性冲击。适用中低速重载的场合简谐运动规律简谐运动规律返回返回简谐运动规律的运动特性：简谐运动规律的运动特性：得，从动件运动方程式cosRRsdd0, 2/ hR从动件运动方程式从动件运动方程式推程运动方程式：推程运动方程式：dddddddd02022000cos2sin2cos12hahvhs回程运动方程式：回程运动方程式：dddddddd0022000cos2s

13、in2cos12hahvhs返回返回得，从动件运动方程式摆线运动摆线运动：一圆在直线上作纯滚动时，其上任一点在直线上的投影运动为摆线运动。)2sin2(2sin00ddddhrrs摆线运动规律运动特性：摆线运动规律运动特性：摆线运动规律摆线运动规律dd02,2/ hr返回返回从动件作摆线运动时，其加速度没有突变，因而将不产生冲击。适用于高速轻载凸轮机构。回程运动方程式为 dddddddddd022000002sin212cos2sin211hahvhs推程运动方程式为dddddddddd022000002sin22cos12sin21hahvhs从动件运动方程式返回返回组合运动规律组合运动规律

14、1、采用组合运动规律的目的：避免有些运动规律引起的冲击，改善从动件的运动特性。2、构造组合运动规律的原则：1）根据工作要求选择主体运动规律，然后用其它运动规律组合；2）保证各段运动规律在衔接点上的运动参数是连续的；3） 在运动始点和终点处，运动参数要满足边界条件。3、组合运动规律示例例1：改进梯形加速度运动规律例2：改进等速运动规律返回返回例1：改进梯形加速度运动规律主运动：等加等减运动规律组合运动：在加速度突变处以正弦加速度曲线过渡返回返回例2：改进等速运动规律组合运动：等速运动的行程两端与正弦加速度运动规律组合起来。组合方式：组合方式：主运动：等速运动规律返回返回1、 选择从动件运动规律的

15、基本要求选择从动件运动规律的基本要求2、 根据工作条件确定从动件运动规律的几种常见情况根据工作条件确定从动件运动规律的几种常见情况从动件运动规律的选择1）只对从动件工作行程有要求，而对运动规律无特殊要求从动件运动规律选取应从便于加工和动力特性来考虑。低速轻载凸轮机构：采用圆弧、直线等易于加工的曲线作为凸轮轮廓曲线；高速凸轮机构：首先考虑动力特性，以避免产生过大的冲击。2）机器工作过程对从动件的的运动规律有特殊要求凸轮转速不高，按工作要求选择运动规律；凸轮转速较高时，选定主运动规律后，进行组合改进。3）使所设计的凸轮便于加工。2）使凸轮机构具有良好的动力特性；1）满足机器的工作要求；返回本节返回

16、本节第三节第三节 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计返回本章返回本章假想给整个机构加一公共角速度-,则凸轮相对静止不动，而从动件一方面随导轨以-绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期的往复移动。从动件尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。1、图解法 2、解析法反转法原理二、凸轮廓线设计方法的基本原理二、凸轮廓线设计方法的基本原理一、凸轮廓线的设计方法一、凸轮廓线的设计方法 按预定的连杆位置设计四杆机构按预定的连杆位置设计四杆机构b12DAB1B2B3b23C1C2C3c23设计方法：返回首页返回首页按两连架杆的预定位置设计四杆机构按两连架杆的预定位置设计四杆机构设计方法：设计方法：指根据机构的倒置理论，通过取不同构件为机架，可以将按连架杆预定位置设计四杆机构的问题转化为按连杆预定位置设计四杆机构的问题。这种方法称为机构转化法或反转法。机构转化法或反转法。返回首页返回首页铰链A、D相对于铰链B、C的运动轨迹各为一圆弧，依据转化原理，将连杆固定作为机架，得一转化机构，在转化机构中，AD成为连杆。只要求出原机架AD相对于标志线的三组对应位置，原问题就转化为按连杆三组位置设计四杆机