機械設(shè)計基礎(chǔ)教程(凸輪傳動).ppt
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浙江大學專用,機械設(shè)計基礎(chǔ),浙江大學機械原理與設(shè)計教研室,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,10-1凸輪機構(gòu)的組成、應用和分類,一、組成,凸輪機構(gòu)由三個基本構(gòu)件組成,,1、機架,2、凸輪,3、從動件(桿),二、應用,從理論上講凸輪機構(gòu)能完成任何運動規(guī)律(有的稱凸輪機構(gòu)為萬能機構(gòu)),特別是其他機構(gòu)不能完成的運動規(guī)律,它都能完成,只要能設(shè)計出這種凸輪。,由于凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便,因此在實際工程中應用的十分廣泛。如:,內(nèi)燃機、自動車床的進刀機構(gòu)、上下料機構(gòu)、印刷機、紡織機、插秧機、縫紉機等機械設(shè)備中得到廣泛的應用。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,三、分類,1、按凸輪的形狀分:,盤形凸輪、,移動凸輪、,圓柱凸輪。,2、按推桿形狀分:尖頂、滾子、平底從動件。,3、按推桿運動分:直動(對心、偏置)、擺動,4、按保持接觸方式分:力封閉(重力、彈簧等)幾何形狀封閉(凹槽、等寬、等徑、主回凸輪),浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,內(nèi)燃機氣門機構(gòu)靠彈簧力封閉,,機床進給機構(gòu)幾何形狀封閉,浙江大學專用,等寬凸輪,等徑凸輪,主回凸輪,凹槽凸輪,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,10-2推桿(從動件)的運動規(guī)律,所為推桿運動規(guī)律,是指從動件在推程或回程時,其運動參數(shù)(即位移S、速度V、加速度a)隨凸輪轉(zhuǎn)角δ變化的規(guī)律。,一、推桿的常用運動規(guī)律,,,,,,,,,,,,,,名詞術(shù)語:,基圓、,基圓半徑r0、,推程、,推程運動角δt、,遠休止角δS、,回程、,回程運動角δt/、,近休止角δS/、,行程h。,S—δ之間的關(guān)系可用運動線圖來表示。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,分類:多項式、三角函數(shù)。,(一)多項式運動規(guī)律,一般表達式:S=C0+C1δ+C2δ2+…+Cnδn(1),,,,剛性沖擊,,1、一次多項式(等速運動)運動規(guī)律,推程運動方程:S=hδ/δt,V=hω/δt,a=0,同理得回程運動方程:,s=h(1-δ/δ’t),v=-hω/δ’t,a=0,當:δ=0,s=0;δ=δt,s=h代入得:C0=0,C1=h/δt,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,2、二次多項式(等加等減速)運動規(guī)律,,,,,,,,,,,,,柔性沖擊,推程加速上升段邊界條件:,起始點:δ=0,S=0,V=0,中間點:δ=δt/2,s=h/2,求得:C0=0,C1=0,C2=2h/δt2,加速段推程運動方程為:,s=2hδ2/δt2,V=4hωδ/δt2,a=4hω2/δt2,推程減速上升段邊界條件:,中間點:δ=δt/2,S=h/2,終止點:δ=δt,S=h,V=0,求得:C0=-h(huán),C1=4h/δt,C2=-2h/δt2,減速段推程運動方程為:,S=h-2h(δt-δ)2/δt2,V=-4hω(δt-δ)/δt2,a=-4hω2/δt2,1,2,3,4,5,6,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,(二)、三角函數(shù)運動規(guī)律,1、余弦加速度(簡諧)運動規(guī)律,推程:S=h[1-cos(πδ/δt)]/2,V=πhωsin(πδ/δt)/2δt,a=π2hω2cos(πδ/δt)/2δt2,,,,,,,,,,,,,,,回程:S=h[1+cos(πδ/δt’)]/2,V=-πhωsin(πδ/δt’)/2δt’,a=-π2hω2cos(πδ/δt’)/2δ’t2,在起始和終止點,a有突變,所以會產(chǎn)生柔性沖擊。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,二、選擇運動規(guī)律,等加等減速2.04.0柔性中速輕載,五次多項式1.885.77無高速中載,余弦加速度1.574.93柔性中速中載,正弦加速度2.06.28無高速輕載,改進正弦加速度1.765.53無高速重載,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,10-3凸輪輪廓曲線的設(shè)計,一、凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理,反轉(zhuǎn)原理:,,,,,,給整個凸輪機構(gòu)施以-ω時,不影響各構(gòu)件之間的相對運動,此時,凸輪將靜止,而從動件尖頂復合運動的軌跡即凸輪的輪廓曲線。,根據(jù)這個原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計凸輪的輪廓曲線,例如:,尖頂凸輪繪制動畫,滾子凸輪繪制動畫,二、按給定運動規(guī)律用圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,1、尖底對心直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計,已知:凸輪的基圓半徑r0,角速度ω和從動件的運動規(guī)律,設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,,,,設(shè)計步驟:,3、將基圓沿-ω方向分與運動線圖相對應的等分點,并過這些等分點作從動件的導路線;,4、從基圓開始,在各從動件的導路線上量取與運動線圖相對應的長度,得從動件尖頂在各導路線上的位置;,5、光滑連接尖頂在各導路線上的位置,得凸輪輪廓曲線。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,2、滾子對心直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,理論輪廓,,實際輪廓,已知:凸輪的基圓半徑r0,滾子半徑rT,角速度ω和從動件的運動規(guī)律,設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,設(shè)計方法:,把滾子中心視作為尖底從動件的尖底,按尖底從動件設(shè)計,所得的曲線為理論廓線,然后作等距曲線,得實際廓線。,等距曲線--公法線方向兩曲線的距離相等。其作法為:以理論廓線為圓心作一些列的滾子,再作滾子的包絡線。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,3、平底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計,已知:凸輪的基圓半徑r0,角速度ω和從動件的運動規(guī)律,設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,設(shè)計方法:,把平底與導路的交點A視作為尖底從動件的尖底,按尖底從動件設(shè)計,求出A點在導路線上的一系列1/、2/點,過這些點作一系列的平底,然后作這些平底的內(nèi)包絡線,得凸輪的實際廓線。,,,,,,,,,,,,,,,,,,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,4、尖底偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計,已知:凸輪的基圓半徑r0,角速度ω,從動件的運動規(guī)律和偏距e,設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,設(shè)計步驟:,3、將基圓沿-ω方向分與運動線圖相對應的等分點,并過這些等分點作從動件的導路線;,4、從基圓開始,在各從動件的導路線上量取與運動線圖相對應的長度,得從動件尖頂在各導路線上的位置;,5、光滑連接尖頂在各導路線上的位置,得凸輪輪廓曲線。,浙江大學專用,設(shè)計步驟:,3、將基圓沿-ω方向分與運動線圖相對應的等分點,并過這些等分點作偏距圓的切線,得從動件的導路線;,4、從基圓開始,在各從動件的導路線上量取與運動線圖相對應的長度,得從動件尖頂在各導路線上的位置點;,5、光滑連接尖頂在各導路線上的位置點,得凸輪輪廓曲線。,,,,,,,,,,,,,,,,,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,5、滾子偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計,已知:凸輪的基圓半徑r0,滾子半徑rT,角速度ω、從動件的運動規(guī)律和偏距e,設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,設(shè)計方法:,把滾子中心視作為尖底從動件的尖底,按尖底從動件設(shè)計,所得的曲線為理論廓線,然后作等距曲線,得實際廓線。,6、尖底擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計,已知:凸輪的基圓半徑r0,角速度ω,擺動推桿長度lAB以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離lAo,從動件的運動規(guī)律,設(shè)計該凸輪輪廓曲線。,浙江大學專用,,,o,設(shè)計步驟:,1、將運動線圖φ—δ分為若干個等分;,2、以O(shè)點為圓心,r0為半徑作圓;根據(jù)lAo定出A點的位置,以A點為圓心,lAB為半徑作圓弧與基圓交與于B點,B點即為起始位置;,3、以O(shè)點為圓心,lAo為半徑作圓;并將此圓沿-ω方向分為與φ—δ線圖相對應的等分點;它們便是反轉(zhuǎn)后各個擺桿位置的擺動中心;,4、以各個擺桿的擺動中心為圓心,lAB為半徑作一系列圓弧,量取各擺桿與φ—δ線圖相對應的角位移,得一系列的B/點光滑連接這一系列的B/點,得凸輪輪廓曲線。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,7、滾子或平底擺動從動件,同前所述,如采用滾子或平底從動件,那么上述連接的B/1、B/2、...各點所得的光滑曲線即為凸輪的理論輪廓,過這些點作一系列滾子或平底,然后作它們的包絡線便可求得凸輪的實際輪廓。,10-4凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定,,F,,,F/,F//,一、凸輪機構(gòu)的壓力角,凸輪對從動件作用點的力的方向與該點的速度方向所夾的銳角α,稱為壓力角。,B,E,F/=COSα有效力,F//=SINα有害力,α,,、F/,,、F//,,,當α增大到某一個數(shù)值時(F//引起的摩擦阻力超過F/時),機構(gòu)將發(fā)生自鎖。,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,因此,在實際設(shè)計中,為安全起見,根據(jù)理論分析和實踐經(jīng)驗,推薦許用壓力角〔α〕取以下數(shù)值:,推程許用壓力角:,〔α〕直=30~38,〔α〕擺=40~50,回程許用壓力角:,〔α〕=70~80,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,,F,,,F/,F//,B,E,二、壓力角α與S、ds/dδ、r0、e的關(guān)系,0≤|α|<,浙江大學專用,最小基圓半徑r0min的確定,工程上常根據(jù)諾模圖來確定r0,應用實例:一對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu),δt=45,h=13mm,推桿以正弦加速度運動,要求αmax≦30,試確定凸輪的基圓半徑r0。,,諾模圖,作圖得:h/r0=0.26,r0≧50mm,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,三、滾子半徑的確定,ρa-工作輪廓的曲率半徑,ρ-理論輪廓的曲率半徑,rr-滾子半徑,,ρa=ρ+rr,ρ>rr,ρa=ρ-rr,輪廓正常,輪廓正常,外凸,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,浙江大學專用,第十章凸輪傳動,,,,ρ=rr,ρa=ρ-rr=0,,ρ- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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