南京理工大学机械原理第09章.ppt

第九章 凸轮机构及其设计 本章重点：凸轮机构的分析；包括用反转法确定从动件的运动规律和机构压力角；凸轮机构设计：包括常用运动规律的特点及选择，盘状凸轮轮廓设计（图解法和解析法），以及凸轮机构基本尺寸的确定。 本章难点：反转法思想的建立和应用。 模 型：各种凸轮机构模型。 第31讲 凸轮机构的应用和分类 §9-1 凸轮机构的应用和分类 一、凸轮机构的组成 二、凸轮机构的特点 三、凸轮机构的分类 一、凸轮机构的组成 凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成,属于高副机构。 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，为主动构件； 从动件是被凸轮直接驱动的构件，有作直线往复运动的推杆和作往复摆动的摆杆两种。 凸轮机构可将凸轮的连续转动（除移动凸轮外）转变为从动件的往复运动。 应用例子见图9-1和图9-2。 二、凸轮机构的特点 与连杆机构相比，凸轮机构有下列优点和缺点。 1、优点： 1）可使从动件实现任意的运动规律，可用于运动控制； 2）结构简单、紧凑； 3）设计容易。 2、缺点 1）高副接触，传力小，易磨损； 2）不易保持高副接触； 3）加工较困难； 4）从动件的行程不能过大。 三、凸轮机构的分类 1、按凸轮形状分（见图9-3） 1）盘状凸轮：应用广泛，但从动件行程不能太大； 2）移动凸轮：可视为回转中心在无穷远处的盘状凸轮，凸轮作复直线移动； 3）圆柱凸轮：可视为将移动凸轮卷在圆柱上形成，从动件的行程较大。 另外，还有锥形凸轮。 2、按从动件与凸轮的接触形式分（见图9-4） 1）尖顶从动件：点接触，易磨损；用于仪表中的低速凸轮机构，是理论分析的基础； 2）滚子从动件：滚动摩擦，耐磨损，承载能力较大，应用广泛，用于中速场合； 3、按封闭形式（即保持高副接触的形式）分（见图9-5） 1）力封闭：弹簧力、重力等； 2）几何封闭：槽凸轮，等宽凸轮，等径凸轮和共轭凸轮（又称主回凸轮） 第32讲 从动件的运动规律 §9-2 从动件的运动规律 一、从动件的运动规律 二、从动件的常用运动规律 三、从动件运动规律的选择 一、从动件的运动规律 1、四个行程 以图9-6所示的偏置直动尖顶从动件盘状凸轮机构为例。 设O为凸轮的转动轴心，w为其匀角速度，凸轮轮廓由四段曲线组成：曲线AB，O为圆心的圆弧 ，曲线CD和基圆的 圆弧。 一、从动件的运动规律 初始运动位置 运动初始条件：t=0，d=0，s=0； 推程：尖顶与凸轮接触点：A→B；推杆从最低位置A上升到最高位置A，h=AA称为推杆的行程；凸轮在推程运动过程中转过的角度d0称为推程运动角，d0=∠AOB=∠AOB，其中B为过B点的偏距圆切线与基圆之交点。 回程 近休：尖顶与凸轮轮廓接触点：D→A，推杆近停不动；在近休运动过程中凸轮转过的角度d02称为近休止角，d02=∠DOA。 显然，四大角的和等于2p。即 d0+d01+d0+d02=360° （1） 2、从动件的位移曲线 上述分析过程体现了反转法的思想： 让凸轮固定不动，推杆一方面随同机架沿-w方向绕O反转，另一方面受凸轮轮廓所迫相对机架作往复运动，则推杆与凸轮间的相对运动不变。 据反转法，易求得当尖顶与凸轮轮廓接触于任一点E的推杆位移s=EE和凸轮转角d=∠AOE，其中E为过E点的偏距圆切线和基圆的交点。 二、从动件的常用运动规律 1、等速（直线）运动规律 性冲击 由于惯性力（或加速度）发生无限大值的突变所引起的冲击，称为刚性冲击。 避免发生刚性冲击的条件是：在整个运动过程中，保持速度曲线v-d连续。 2）回程段 根据回程的初始运动条件：t=(d0+d01)/ w，s=h，t=(d0+d01+d0)/ w，s=0，仿上可得等速运动规律回程段的从动件运动方程为： 2、等加速等减速（抛物线）运动规律 其中的常数c1、c2和c3和由初始运动条件确定。 b．减速段 根据初始运动条件： 2）回程段 a. 加速段 初始运动条件： b．减速段 初始运动条件： 3、余弦加速度（简谐）运动规律 余弦加速度运动规律的运动线图如图9-9所示。 可设：a=c1cos(kt) 考虑到半个波的时间为d0/w，因此周期：T=2d0/w 对余弦函数应成立： 1)推程段 初始运动条件为： 4、正弦加速度（摆线）运动规律 正弦加速度运动规律的运动线图如图9-10所示，其运动线图的方程为： 1）推程段 三、从动件运动规律的选择 主要根据机器对凸轮机构的工作要求并参考各种常用运动规律的特性值：最大速度值vmax、最大加速度值amax和最大跃度值jmax等确定。各种常用运动规律的特性值见表9-1。 第33讲 凸轮轮廓曲线的设计——图解法 §9-3 凸轮轮廓曲线的设计（图解