凸輪機(jī)構(gòu)及其他常用機(jī)構(gòu)【教育課件】

1、第4章 凸輪機(jī)構(gòu),4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用 4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件常用運(yùn)動規(guī)律 4.3 盤形凸輪的設(shè)計方法 4.4 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題 4.5 凸輪機(jī)構(gòu)的常用材料和結(jié)構(gòu),1,技術(shù)課件,本章知識導(dǎo)讀,1.主要內(nèi)容 凸輪機(jī)構(gòu)的類型、特點(diǎn)和適用場合，從動件常見運(yùn)動規(guī)律及位移曲線的繪制，凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算，凸輪機(jī)構(gòu)的常用材料及結(jié)構(gòu)。 2.重點(diǎn)、難點(diǎn)的提示 本章的重點(diǎn)是從動件的常用運(yùn)動規(guī)律，尖頂、滾子從動件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計等問題。難點(diǎn)是利用解析法設(shè)計凸輪的輪廓,2,技術(shù)課件,4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用,凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用在各種機(jī)械和自動控制裝置中,內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu) 1凸輪2氣閥桿3

2、機(jī)架,4.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和組成,3,技術(shù)課件,4.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和組成,沖床送料機(jī)構(gòu) 1凸輪 2送料桿 3機(jī)架,繞線機(jī)的凸輪機(jī)構(gòu) 1凸輪 2布線桿 3繞線軸,4,技術(shù)課件,4.1.1 凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和組成,綜上所述，凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動件和機(jī)架組成。 凸輪是具有變化向徑或曲線輪廓的構(gòu)件，凸輪與從動件通過高副連接，故凸輪機(jī)構(gòu)屬于高副機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)的主要作用是將主動凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動或移動轉(zhuǎn)化為從動件的往復(fù)移動或擺動,5,技術(shù)課件,凸輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn),凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，設(shè)計方便，只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可以使從動件實現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動規(guī)律。缺點(diǎn)是凸輪輪廓與從動件之間是點(diǎn)或線接觸，易磨損，通常

3、用于傳力不大的控制機(jī)械中。 例如，自動機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、上料機(jī)構(gòu)，內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，印刷機(jī)、紡織機(jī)和各種電氣開關(guān)中的凸輪機(jī)構(gòu)等,6,技術(shù)課件,4.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類,1)盤形凸輪 具有變化向徑的盤狀構(gòu)件稱為盤形凸輪。它是凸輪的基本形式,常用凸輪機(jī)構(gòu)可按下列方法分類: 1.按凸輪形狀分類,7,技術(shù)課件,4.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類,2)移動凸輪 做移動的平面凸輪。可看作是當(dāng)轉(zhuǎn)動中心在無窮遠(yuǎn)處時盤形凸輪的演化形式,8,技術(shù)課件,4.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類,3)圓柱凸輪 圓柱體的表面上具有曲線凹槽或端面上具有曲線輪廓，稱為圓柱凸輪。屬于空間凸輪機(jī)構(gòu),圓柱凸輪機(jī)構(gòu)（進(jìn)刀機(jī)構(gòu),9,技術(shù)課件,4.1.2 凸輪

4、機(jī)構(gòu)的分類,2.按從動件的端部結(jié)構(gòu)分類,從動件端部以尖頂與凸輪輪廓接觸，這種從動件結(jié)構(gòu)最簡單，尖頂能與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸,從動件的端部結(jié)構(gòu)形式,1)尖頂從動件,10,技術(shù)課件,4.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類,2)滾子從動件,3)平底從動件,從動件端部裝有可以自由轉(zhuǎn)動的滾子，滾子與凸輪輪廓之間為滾動摩擦，借以減小與凸輪輪廓接觸表面的磨損,從動件的端部是一平底，這種從動件與凸輪輪廓接觸處在一定條件下易形成油膜，利于潤滑，能傳動較大的作用力,11,技術(shù)課件,4.1.2 凸輪機(jī)構(gòu)的分類,3.按從動件的運(yùn)動方式分類 (1)移動從動件，從動件做往復(fù)直線移動。 (2)擺動從動件，從動件做往復(fù)擺動。 4.

5、按鎖合方式分類 使從動件與凸輪輪廓始終保持接觸的特性稱為鎖合。 (1)力鎖合 利用重力、彈簧力或其他力鎖合。凸輪機(jī)構(gòu)利用彈簧力鎖合。 (2)形鎖合 利用凸輪和從動件的特殊幾何形狀鎖合,12,技術(shù)課件,4.2 凸輪機(jī)構(gòu)的從動件 常用運(yùn)動規(guī)律,在凸輪機(jī)構(gòu)中，從動件的運(yùn)動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線的形狀。結(jié)合凸輪輪廓，分析從動件的位移、速度、加速度的運(yùn)動規(guī)律，稱為凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析,4.2.1 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的基本概念,升停降停運(yùn)動過程是凸輪機(jī)構(gòu)典型的運(yùn)動過程,13,技術(shù)課件,4.2.1 凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的基本概念,綜上所述，從動件的運(yùn)動取決于凸輪輪廓曲線的形狀，即凸輪輪廓決定了從動件的運(yùn)動規(guī)律。 因

6、此，設(shè)計凸輪輪廓曲線時，首先根據(jù)工作要求選定從動件的運(yùn)動規(guī)律，然后再按從動件的位移曲線設(shè)計出相應(yīng)的凸輪輪廓曲線,14,技術(shù)課件,4.2.2 從動件的常用運(yùn)動規(guī)律,1.等速運(yùn)動規(guī)律 從動件在運(yùn)動過程中，運(yùn)動速度為定值的運(yùn)動規(guī)律，稱為等速運(yùn)動規(guī)律。當(dāng)凸輪以等角速度1轉(zhuǎn)動時，從動件在推程或回程中的速度為常數(shù)。 凸輪轉(zhuǎn)角與時間t的關(guān)系為=1t。 推程時，從動件位移s與時間t的關(guān)系為s=vt,等速運(yùn)動規(guī)律的位移、 速度、加速度線圖,15,技術(shù)課件,4.2.2 從動件的常用運(yùn)動規(guī)律,2.等加速等減速運(yùn)動規(guī)律,從動件在運(yùn)動過程的前半程做等加速運(yùn)動，后半程做等減速運(yùn)動，兩部分加速度的絕對值相等，這種運(yùn)動規(guī)律稱

7、為等加速等減速運(yùn)動規(guī)律,等加速等減速運(yùn)動規(guī)律的 位移、速度、加速度線圖,16,技術(shù)課件,4.2.2 從動件的常用運(yùn)動規(guī)律,3.簡諧運(yùn)動規(guī)律,質(zhì)點(diǎn)在圓周上做等速運(yùn)動時，它在這個圓的直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動稱為簡諧運(yùn)動,簡諧運(yùn)動規(guī)律的位移 速度、加速度線圖,17,技術(shù)課件,4.3 盤形凸輪的設(shè)計方法,根據(jù)工作條件要求，確定從動件的運(yùn)動規(guī)律，選定凸輪的轉(zhuǎn)動方向、基圓半徑等，進(jìn)而可以對凸輪輪廓曲線進(jìn)行設(shè)計。 凸輪輪廓曲線的設(shè)計方法有圖解法和解析法。圖解法簡便易行、直觀，但精度較低，可用于設(shè)計一般精度要求的凸輪機(jī)構(gòu)。解析法精度高，但計算量大，多用于設(shè)計精度要求較高的凸輪機(jī)構(gòu),18,技術(shù)課件,4.3.1

8、圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線,利用與凸輪轉(zhuǎn)向相反的方向逐點(diǎn)按位移曲線繪制出凸輪輪廓曲線的方法稱為反轉(zhuǎn)法,反轉(zhuǎn)法原理,19,技術(shù)課件,4.3.1 圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線,1.對心尖頂直動從動件盤形凸輪,20,技術(shù)課件,2.對心直動滾子從動件盤形凸輪,實際輪廓,理論輪廓,4.3.1 圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線,21,技術(shù)課件,3.對心平底直動從動件盤形凸輪,4.3.1 圖解法設(shè)計盤形凸輪輪廓曲線,22,技術(shù)課件,4.4 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的 幾個問題,設(shè)計滾子從動件時若從強(qiáng)度和耐用性考慮，滾子的半徑應(yīng)取大些。滾子半徑取大時，對凸輪的實際輪廓曲線影響很大，有時甚至使從動件不能完成預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律,

9、4.4.1 滾子半徑的選擇,滾子半徑的選擇,23,技術(shù)課件,4.4.1 滾子半徑的選擇,1.凸輪理論輪廓的內(nèi)凹部分,由圖(a)可得 a=min+rT 實際輪廓曲線曲率半徑總大于理論輪廓曲線曲率半徑。因此，不論選擇多大的滾子，都能作出實際輪廓曲線。 由圖(b)圖(d)可得 a=min-rT,24,技術(shù)課件,4.4.1 滾子半徑的選擇,當(dāng)minrT時，則有a0，實際輪廓曲線為一平滑的曲線。這種情況屬于正常。 當(dāng)min=rT時，則有a=0，凸輪實際輪廓曲線出現(xiàn)了尖點(diǎn)。 當(dāng)minrT時，則有a0，凸輪實際輪廓曲線不僅出現(xiàn)尖點(diǎn)，而且相交，圖中陰影部分的輪廓在實際加工中被切去，使從動件工作時不能到達(dá)預(yù)定的

10、工作位置，無法實現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律。這種現(xiàn)象稱為運(yùn)動失真,2.凸輪理論輪廓的外凸部分,25,技術(shù)課件,4.4.1 滾子半徑的選擇,一般推薦T0.8min。 若從結(jié)構(gòu)上考慮,可使rT=(0.10.15)r0。 為了避免出現(xiàn)尖點(diǎn)，一般要求a35mm,理論輪廓曲線最小 曲率半徑的求法,26,技術(shù)課件,4.4.2 壓力角的校核,凸輪加給從動件的作用力F沿凸輪輪廓的法線n-n方向傳遞。從動件上受到的力F的方向與該力作用點(diǎn)的線速度v的方向之間所夾銳角稱為凸輪機(jī)構(gòu)在該位置的壓力角,1.壓力角與作用力的關(guān)系,凸輪機(jī)構(gòu)壓力角,27,技術(shù)課件,4.4.3 基圓半徑的確定,基圓半徑一般可根據(jù)經(jīng)驗公式選擇 即 r00.

11、9ds+（79）mm 依據(jù)選定的r0設(shè)計出凸輪輪廓后，應(yīng)進(jìn)行壓力角的檢驗，若發(fā)現(xiàn)max，則應(yīng)適當(dāng)增大凸輪基圓半徑，重新設(shè)計,28,技術(shù)課件,4.5 凸輪機(jī)構(gòu)的常用材料和結(jié)構(gòu),凸輪機(jī)構(gòu)主要的失效形式是磨損和疲勞點(diǎn)蝕，這就要求凸輪和滾子的工作表面硬度高、耐磨并且有足夠的表面接觸強(qiáng)度。 低速、中小載荷的一般場合，凸輪采用45鋼、40Cr表面淬火(硬度4050HRC)，亦可采用15鋼、20Cr、20CrMnTi經(jīng)滲碳淬火，硬度達(dá)5662HRC。 滾子材料可采用20Cr，經(jīng)滲碳淬火，表面硬度達(dá)5662HRC。也可用滾動軸承作為滾子,4.5.1 凸輪常用材料,29,技術(shù)課件,4.5.2 凸輪的結(jié)構(gòu),1.凸輪軸,2.整體式,30,技術(shù)課件,4.5.2 凸輪的結(jié)構(gòu),3.鑲塊式,4.組合式,31,技術(shù)課件,4.5.2 凸輪的結(jié)構(gòu),除采用鍵聯(lián)接將凸輪固定在軸上外，也可以采用緊定螺釘和錐面固定,32,技術(shù)課件,4.6 其他常用結(jié)構(gòu),4.6.1 棘輪機(jī)構(gòu),工作原理： 棘輪機(jī)構(gòu)主要由棘輪2、棘爪3和機(jī)架4三個基本構(gòu)件組成,圖4-24 棘輪機(jī)構(gòu),33,技術(shù)課件,卷揚(yáng)機(jī)提升機(jī)構(gòu),自行車飛輪,4.6.1