Ch凸輪機構PPT課件

1、第六章第六章 凸輪與間歇運動機構凸輪與間歇運動機構6.1 凸輪機構6.2 間歇運動機構 第1頁/共88頁概述 在儀表和精密機械中，有時要求從動件的運動按照預定規(guī)律變化。 這種要求可以采用凸輪機構來實現(xiàn)。 如圖所示，凸輪機構是由凸輪1、從動件2和機架3組成。6.1 凸輪機構第2頁/共88頁 凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件； 通常凸輪為主動件，作連續(xù)時等速運動，從動件（推桿或擺桿）則按預定的規(guī)律運動。 從動件的運動規(guī)律，取決于凸輪輪廓曲線。第3頁/共88頁 只有在特殊情況下,從動件為主動,如圖所示秒表中的回零凸輪機構；NN為接觸點K處的法線;Fn為正壓力；Ff為摩擦力，F(xiàn)為合力即驅動力，為壓力

2、角；vk為凸輪上K點的速度。 當秒表計時時，凸輪隨著轉動，當需要回零時，按下擺桿1，帶動桃形凸輪逆時針方向轉動，直至擺桿端都卡在凸輪凹處，這時指針恰好返回零位。第4頁/共88頁 凸輪機構常用在自動記錄儀表、調節(jié)儀表、解算裝置、程序控制裝置及某些自動機構中。 下圖為XWD-1型自動電位差計打印系統(tǒng)中的凸輪機構；第5頁/共88頁 凸輪順時針方向轉動，在0-150轉角中，每轉15，半徑增加0.3mm.因此，凸輪轉動時，其外緣就能推動擺桿3上的滾子2，使擺桿擺動。 再由擺桿左端去操縱打印架，使打印架完成打印動作。第6頁/共88頁 右圖為自動平衡調節(jié)儀的溫度程序控制凸輪；凸輪1與圓形記錄紙一起等速轉動,

3、擺桿2始終與凸輪輪廓曲線保持接觸。當凸輪推動擺桿做預定規(guī)律擺動時,擺桿又帶動“程序給定裝置”作相應運動，實現(xiàn)溫度的自動調節(jié)。凸輪的形狀,由要求的溫度變化規(guī)律確定。第7頁/共88頁 下圖為DKJ型電動執(zhí)行器的位置反饋凸輪機構。端面凸輪1裝在執(zhí)行器的輸出軸上，推桿2的一端緊貼在凸輪工作面上，另一端裝有鐵心3。當執(zhí)行器的輸出軸轉動一定角度時，凸輪也轉過相應角度，同時推動推桿，即改變鐵心在差動變壓器中的位置。差動變壓器的輸出信號代表執(zhí)行器輸出軸的轉角。第8頁/共88頁凸輪常見類型有：(1) 盤狀凸輪它是凸輪的最基本型式 這種凸輪是一個繞定軸線轉動并具有變化半徑的盤形零件。第9頁/共88頁（2）移動凸輪

4、當盤形凸輪的回轉中心趨于無窮遠時，凸輪相對機架作往復直線移動，這種凸輪稱為移動凸輪。第10頁/共88頁（3）圓柱凸輪圓柱凸輪可以認為是將移動凸輪卷成圓柱體而演化成的第11頁/共88頁 盤狀凸輪、移動凸輪與從動件之間的相對運動為平面運動； 圓柱凸輪與從動件之間的相對運動為空間運動，所以前二種屬于平面凸輪機構，后一種屬于空間凸輪機構第12頁/共88頁 凸輪機構從動件常見類型：尖頂從動件它的結構簡單，不論凸輪的輪廓曲線如何，它都能與凸輪輪廓上所有點接觸，故能實現(xiàn)較復雜的運動規(guī)律。但因尖頂易于磨損，故只適用于傳力不大的低速凸輪機構中。第13頁/共88頁滾子叢動件滾子與凸輪輪廓之間是滾動摩擦，磨損小，轉

5、動靈活是常用的從動件型式第14頁/共88頁平底從動件這種從動件僅可以與輪廓全部外凸的盤狀凸輪相作用，而不能用于具有內凹輪廓的盤狀凸輪。優(yōu)點是凸輪加于其上的作用力方向不變（不考慮摩擦時，作用力始終垂直于平底），且凸輪與從動件接觸面間易于形成楔形油膜，能減少磨損，故常用于高速凸輪機構中。第15頁/共88頁 凸輪機構的優(yōu)點是：只要確定適當的凸輪輪廓，便可以使從動件得到預定規(guī)律的運動。 機構比較簡單、緊湊、工作可靠。 缺點是凸輪輪廓曲線加工比較困難，凸輪與從動件為點或線接觸，磨損較嚴重。因此一般傳遞的力不能太大。 第16頁/共88頁設計凸輪機構時，應根據具體工作要求（已知從動件運動規(guī)律），在合理選擇機

6、構型式、進行力的分析和必要驗算后，用圖解法或分析，去設計凸輪輪廓，直至完成結構設計。 但在儀器儀表中的凸輪機構受力不大，一般不作強度計算。 只有在高速和承受大載荷時，才需要校驗凸輪機構的接觸強度。第17頁/共88頁從動件常用運動規(guī)律h第18頁/共88頁從動件常用運動規(guī)律第19頁/共88頁（一）等速運動規(guī)律當主動件凸輪以等角速回轉時，如果推程過程與回程過程中從動件的速度為一常數，則這種運動規(guī)律稱為勻速運動規(guī)律。s()= CS ()=Ca()= 00a第20頁/共88頁第21頁/共88頁（二）等加速等減速運動規(guī)律 當主動件凸輪以等角速回轉時，如果推程過程與回程過程中，前半段作等加速運動，后半段作等

7、減速運動，且加速度的值為一常數，則這種運動規(guī)律稱為等加速或等減速運動規(guī)律。第22頁/共88頁特點：1）柔性沖擊從動件在某瞬時加速度發(fā)生有限值的突變所引起的沖擊。2）適用于中、低速的凸輪機構。第23頁/共88頁（三）簡諧運動規(guī)律質點在圓周上作勻速運動時，它在這個圓的直徑上的投影所構成的運動稱為簡諧運動。從動件作簡諧運動時，其加速度按余弦曲線變化，故又稱余弦加速度規(guī)律；由運動線圖可見，這種運動規(guī)律在始末兩點加速度有突變，也會引起“柔性沖擊”，只適于中速場合。第24頁/共88頁只有當從動件作無停留區(qū)間的升一降一升連續(xù)往復運動時，才可以獲得連續(xù)的的加速度曲線（圖中虛線所示）而用于高速傳動。如擺線運動規(guī)

8、律（正弦加速度運動規(guī)律）。 應該指出，除了上述幾種常用的從動件運動規(guī)律外，還有要求從動件實現(xiàn)的函數關系，可根據儀器儀表中對凸輪具體工作要求，參考上述方法進行分析。第25頁/共88頁第26頁/共88頁圖解法設計凸輪輪廓在確定從動件運動規(guī)律后，應根據凸輪機構的結構要求選凸輪的基圓半徑，同時設計凸輪的輪廓。第27頁/共88頁盤狀凸輪輪廓設計 第28頁/共88頁偏置尖頂移動從動件盤形凸輪機構的設計第29頁/共88頁第30頁/共88頁第31頁/共88頁第32頁/共88頁擺動從動件盤狀凸輪的設計第33頁/共88頁 若已知凸輪的基圓半徑rb，中心距a，擺桿長度l和凸輪的轉動方向（設逆時針轉動）。 下面說明如

9、何繪制此凸輪的輪廓。首先根據給出的中心距a決凸輪及從動件的轉動中心和，以為圓心，以rb為半徑畫出凸輪的基圓； 再以為圓心，以擺桿長度l為半徑畫弧交基圓與點，點就是從動件的起始位置； 第34頁/共88頁 根據反轉法，機架繞凸輪反轉角，即從動件回轉軸轉至O1,O1OO1=1; 以為中心以l為半徑畫圓弧 交于點； 若從動件與機架無相對運動，則應處于O1C1的位置第35頁/共88頁 實際上，當凸輪轉動1角時，從動件將相對機架轉1角，所以在圓弧 C1A1 上截取點，使C1O11=1； 則A1點為從動件頂點在反轉中的一個位置，亦為凸輪輪廓上的一點； 同理，可以求得凸輪輪廓上的許多點，以光滑曲線連接這些點，

10、即得凸輪輪廓滾子從動件盤狀凸輪的輪廓 設計滾子從動件盤狀凸輪輪廓時，應當求出滾子在反轉運動中的各個位置（圖）;第36頁/共88頁 （二）移動凸輪和圓柱凸輪的輪廓設計圖所示為一移動從動件移動凸輪，當凸輪沿導軌X-X沿v方向作直線移動時，從動件將按給定的運動規(guī)律s2=f（s1）運動。第37頁/共88頁反轉法：假想整個機構以v的速度移動，隨著機架以v的速度移動，同時又相對于機架按照給定的運動規(guī)律運動，即機架向v方向移動s，從動件相對機架移動s； 第38頁/共88頁根據給定的運動規(guī)律sf（s）作出從動件頂點一系列位置A0, A1,A2，把這些點光滑地連接起來，就是凸輪的理論輪廓。 若為滾子從動件，則可

11、用前述作包絡曲線的方法求得凸輪的實際輪廓。 第39頁/共88頁 圓柱凸輪，當凸輪1繞軸線回轉時，推動從動件沿其導軌作往復移動。 對于圓柱凸輪，若將凸輪按其平均半徑rb展開，形狀如圖，這樣圓柱凸輪就變成了移動凸輪。 所以，完全可以用設計移動凸輪的方法來進行圓柱凸輪的設計。第40頁/共88頁6.1.4 解析法設計凸輪輪廓對于一般工程問題，采用圖解法設計凸輪輪廓一般能夠滿足使用要求，一而且比較簡單，因此，此法用得比較多。 但是，隨著科學技術的發(fā)展，尤其是光電技術、數控技術等在凸輪加工中的應用，為加工精密凸輪提供了比較優(yōu)越的條件。 目前，在儀器儀表中，要求設計精密凸輪時，用解析法設計凸輪輪廓愈來愈被人

12、們所重視。 用解析法設計凸輪輪廓的基本原理，還是“反轉法”。第41頁/共88頁解析法用數學方程式能夠精確地求出凸輪輪廓曲線上各點的坐標值，并列成表格作為加工和檢驗的依據，從而得到非常精確的凸輪輪廓尺寸。 凸輪輪廓通常用極坐標形式表示，由已知從動件運動規(guī)律：sf（）（移動從動件）或 = f ()（擺動從動件）。用分析法求凸輪輪廓曲線方程，實質上就是求曲線上各點的坐標值。第42頁/共88頁（一）偏心移動從動件盤狀凸輪的輪廓設計 圖所示為偏心移動從動件盤狀凸輪機構 由已知從動件運動規(guī)律sf（），用分析法設計凸輪輪廓的具體方法如下：如圖建立直角坐標系。第43頁/共88頁第44頁/共88頁第45頁/共8

13、8頁第46頁/共88頁（二）擺動從動件盤狀凸輪的輪廓設計第47頁/共88頁第48頁/共88頁 6.1.5 凸輪機構的壓力角和基圓半徑的確定 凸輪機構的設計，不僅要滿足從動件的運動規(guī)律，而且要求結構緊湊和受力條件好，即從動件承受的側推力較小、轉動靈活。 第49頁/共88頁前面在討論凸輪輪廓設計時，都是事先給定了基圓半rb，基圓半徑如何確定，它與凸輪的受力條件有何關系，在解決這些問題前，必須首先弄清凸輪機構的受力狀況。壓力角： 從動件與凸輪輪廓接觸點所受的荷載與從動件在該點的速度方向所夾的銳角。 自鎖：第50頁/共88頁對于凸輪輪廓線上各點，一般壓力角的大小是不一樣的。在設計時就應限制壓力角max

14、。在推程時，移動從動件推程許用壓力角=30；擺動從動件推程許用壓力角=45。在回程時，從動件在彈簧彈力、重力等作用下運動，凸輪輪廓線與從動件受力的關系不大，從動件推程許用壓力角=7080。 第51頁/共88頁 同時，壓力角的大小還與基圓半徑有關；設計凸輪時，基圓半徑小機構緊湊，但半徑過小，會引起壓力角增大，導致凸輪機構工作狀態(tài)差。第52頁/共88頁 基圓半徑的確定可以有兩種不同的途徑： （1）.首先定出凸輪的許用壓力角a，然 后根據實際壓力角的最大值amax不得大于a的條件，定出凸輪許用的最小基圓半徑rb，最后考慮結構條件取凸輪基圓半徑rbrb。 （2）.首先根據結構條件初步定出凸輪的基圓半徑

15、，并進行凸輪輪廓設計。 而在凸輪輪廓曲線作出后，再檢驗凸輪的壓力角。如果發(fā)現(xiàn)凸輪機構的實際壓力角的最大值amaxa，則可將凸輪的基圓半徑適當放大，重新進行輪廓曲線設計，直至amaxa為止。第53頁/共88頁 在一般情況下，由于結構條件（如凸輪機構所占的空間位置，凸輪軸的尺寸等）,運動規(guī)律是已知的，即、Vk2、Sk都是已知的，所以第二種方法采用較多。特別是在儀表設計中，由于負荷一般都較小，而尺寸要求則比較嚴格，所以適宜采用。 第54頁/共88頁滾子半徑的確定 用圖解法設計出凸輪理論輪廓曲線后，對于滾子叢動件的凸輪機構，我們還需要選適當的滾子半徑，從而繪制它的實際輪廓曲線。從減小凸輪與從動輪間的接

16、觸應力的觀點來看，滾子半徑愈大愈好，但滾子半徑的增大卻往往受到其它因素的限制。如凸輪的輪廓曲線、凸輪高副的接觸應力。對于內凹的理論輪廓，其實際輪廓的曲率半徑與從動件滾子的半徑之和。因此不論滾子半徑的大小如何，其實際輪廓曲線總可以畫出來。第55頁/共88頁對于外凸的凸輪理論輪廓，其實際輪廓半徑等于理論輪廓的曲率半徑與從動件滾子的半徑之差， 如果滾子的半徑小于理論的曲率半徑，則實際輪廓曲線為一平滑曲線。第56頁/共88頁如果滾子的半徑等于理論的曲率半徑，那么實際輪廓的曲率半徑為該處形成尖頂。 這種輪廓的壓力強度很大，非常容易磨損。kcr第57頁/共88頁 假若滾子的半徑大于理論輪廓的曲率半徑，則實

17、際輪廓的曲率半徑變?yōu)樨撝担蠢碚撦喞瓰橥苟鴮嶋H輪廓變?yōu)閮劝肌＿@時包絡線在T點相交，圖中陰影線部分將在實際制造時被切去，致使從動件得不到預定的運動規(guī)律，即所謂“運動失真”。第58頁/共88頁結論：滾子的半徑rk必須小于理論輪廓外凸部分的曲率半徑min； 同時，rk還必須小于基圓半徑rmin.在實際設計時，應使rT滿足兩個經驗公式 rkmin 或 rTmin 此外，為了避免過大的接觸應力，對于不同尺寸的凸輪，其實際輪廓的曲率半徑r不得小于15mm。 如果以上要求不能滿足，那么便應當把基圓半徑放大，重新進行凸輪輪廓設計。第59頁/共88頁在儀表和精密機械中，主動件作連續(xù)運動，從動件作周期性時動、時

18、停間歇運動。 間歇運動機構:棘輪機構、槽輪機構、不完全齒輪機構、凸輪間歇機構等。6.2 間歇運動機構第60頁/共88頁棘輪機構6.2 間歇運動機構棘輪機構組成：棘輪、搖桿、棘爪、止動爪棘輪機構組成：棘輪、搖桿、棘爪、止動爪1 1、單動棘輪機構、單動棘輪機構第61頁/共88頁2、雙動棘輪機構第62頁/共88頁第63頁/共88頁第64頁/共88頁應用實例第65頁/共88頁（二）棘輪轉角大小及其調節(jié)方法 一是只要調節(jié)曲柄長度，便可調節(jié)搖桿的擺角，從而改變棘輪的轉角。第66頁/共88頁二是利用遮板調節(jié)棘輪運動的轉角。棘爪擺角不改變，只是利用一塊位置可調節(jié)的遮板遮住一部分棘齒。當棘爪逆時針方向轉動時，棘

19、爪先在蓋板上滑過一段行程，然后棘爪才進入棘齒中，推動棘輪轉動。改變遮板的位置，便可以調節(jié)棘輪轉角的大小。第67頁/共88頁（三）棘爪順利滑入齒槽并自動壓緊齒根不滑脫的條件為了使棘爪所受的力最小，棘爪的回轉中心O2應在棘齒接觸點G的半徑線O1G的垂線上。第68頁/共88頁（三）棘爪順利滑入齒槽并自動壓緊齒根不滑脫的條件為了使棘爪所受的力最小，棘爪的回轉中心O2應在棘齒接觸點G的半徑線O1G的垂線上。 當棘爪與棘齒齒面開始接觸時，棘齒加在棘爪上的摩擦力Ff向上，而正壓力Fn向右。第69頁/共88頁 為了保證棘爪能夠滑入齒槽并自動壓緊齒根不滑脫，力Fn對回轉軸線O2的力矩應大于Ff對O2的力矩，即:

20、 FnLsinaFfLcosa 因 Ff=fFn 故得 tgaf=tg 即：a 式中棘爪的長度a棘輪齒輪工作的傾角，一般取 a1015f棘爪與棘齒接觸面間的摩擦系數 棘爪與棘齒接觸面間的摩擦角第70頁/共88頁（四）棘輪、棘爪幾何尺寸計算及棘輪齒形的畫法 棘輪的齒形有多種形式。當棘輪的輪齒只需一邊工作時，其齒形制成三角形或單鋸齒形，而需要輪齒兩邊都工作時，則制成對稱的梯形或矩形。第71頁/共88頁槽輪機構(一).工作原理,類型和應用 圖729所示為最簡單的外嚙合槽輪機構，稱為單銷槽輪機構，它由圓周上均勻分布著徑向槽的槽槍2和帶有圓銷的銷輪1組成。 槽輪機構在某些儀器的自動裝置中用得較多。圖7-

21、30所示為槽輪機構在電影機拉片機構中的應用。 在自動化儀表（例如XC系列電子電位差計）的傳動機構中，經常利用槽輪機構傅連續(xù)的轉動變成單向的間歇運動。第72頁/共88頁第73頁/共88頁 在圖7-29所示的單銷槽輪機構中，主動銷輪作勻速轉動，而從動件槽輪2時動時靜。 當銷輪1的圓銷A未進入槽輪2的徑向槽時，由于槽輪2的內凹圓弧表面被銷輪1的外凸圓?。ǚQ為月輪）鎖住，故槽輪2靜止不動。 當銷輪1的圓銷A開始進入槽輪的徑向槽時，鎖住弧松開，因而圓銷驅動槽輪2轉過22角。 在圓銷A脫出徑向槽的同時，槽輪2的另一個內凹圓孤再次被銷輪1的月輪鎖住，致使槽輪2又靜止不動。如此不斷迸行，實現(xiàn)間歇運動。第74頁

22、/共88頁 槽輪機構有兩種型式：一種是外嚙合槽輪機構，如圖7-29所示，其主動件銷輪1與槽輪2轉向相反； 另一種是內嚙合槽輪機構，如圖7-31所示，其主動件1與植輪2轉向相同。通常外嚙合槽輪機構應用較廣。（二）槽輪機構的設計 設計槽輪機構時，需要解決以下幾個問題： 1由于槽輪是間歇運動，為了避免剛性沖擊，圓銷A在進入或離開槽輪的徑向槽時，其速度應沿著徑向槽的方向。第75頁/共88頁 即應使圖7-29中的O1A垂直于O2A， O1A垂直于O2A，即O1AO2=O1AO2=90第76頁/共88頁 把O1AO2稱為進入角，把O1AO2稱為脫出角。 若進冬角大于90如圖7-32所示，則銷子進入徑向槽時

23、，其速度v的方向與徑向槽的中心線不重合，這時，速度v可以分解成兩個互相垂直的分速度vn和vi，銷子的分速度vi將使槽輪上接觸點的線速度由零突然增加到Vi，這就引起機構的沖擊。若進入角小于90，則vi的方向與槽輪正常轉動時的速度方向相反。這時，槽輪將首先按與正常轉動的相反方向轉動。到銷輪轉過一定角度后，槽輪才按正常方向轉動。第77頁/共88頁這樣也要引起沖擊。因此，設計時應注意使進入角和脫出角為90。但在轉速低時，由于結構上的原因，也允許進入角和脫出角不等于90。2槽輪的槽數Z和槽輪機構的運動系數在銷輪回轉一周時，槽輪運動時間td和銷輪回轉時間ts之比稱為槽輪機構的運動系數，（只有一個圓柱銷的撥

24、盤）即第78頁/共88頁因為21=180-22.而槽輪每次轉角22又與其槽數有關，當槽數z為均勻分布時 從上式可以看出，不論槽輪的槽數z為多少，其運動系數總小于這說明槽輪的運動時間總是少于其靜止時間。 從上式還可以知道，當z2時，。槽輪不能實現(xiàn)間歇運動，因此z不能少于3。第79頁/共88頁 理論上槽輪的槽數可以很多，但實際應用的槽輪機構，其槽數z很少迢過15，通常取46。 如果撥盤上均勻地裝有n個圓柱銷，則當撥盤轉動一周時，槽輪被撥動n次，槽輪的運動時間是只有一個圓柱銷時的n倍，故運動系數也是單圓柱時的n倍，即 = n(z-2)/ 2z 當n2時，運動系數大于。但要實現(xiàn)槽輪機構有間歇的運動，則必須使小于1，即 n2z/(z-2) Z與n的關系如表6-2所示。第80頁/共88頁凸輪間歇運動機構 凸輪間歇運動機構一般有兩種