機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第3章凸輪_第1頁
機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第3章凸輪_第2頁
機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第3章凸輪_第3頁
機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第3章凸輪_第4頁
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文檔簡介

第3章凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)§3-1凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)的應(yīng)用和類型§3-2

從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律§3-3

凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角§3-4圖解法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓§3-5解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓精品資料§3-1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用(yìngyòng)和類型結(jié)構(gòu)(jiégòu):三個(gè)構(gòu)件、盤(柱)狀曲線輪廓、從動(dòng)件呈桿狀。作用:將連續(xù)回轉(zhuǎn)=>

從動(dòng)件直線移動(dòng)或擺動(dòng)。優(yōu)點(diǎn):可精確實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律,簡單緊湊。缺點(diǎn):高副,線接觸,易磨損,傳力不大。應(yīng)用:內(nèi)燃機(jī)、牙膏生產(chǎn)等自動(dòng)線、補(bǔ)鞋機(jī)、配鑰匙機(jī)等。實(shí)例精品資料分類:1)按凸輪形狀(xíngzhuàn)分:盤形、移動(dòng)、圓柱凸輪(端面)。2)按推桿形狀分:尖頂(jiāndǐng)、滾子、平底從動(dòng)件。特點(diǎn):尖頂--構(gòu)造簡單、易磨損、用于儀表機(jī)構(gòu);滾子――磨損小,應(yīng)用廣;平底――受力好、潤滑好,用于高速傳動(dòng)。精品資料12刀架o3)按推桿運(yùn)動(dòng)(yùndòng)分:直動(dòng)(對(duì)心、偏置)、擺動(dòng)4).按保持接觸方式(fāngshì)分:力封閉(重力、彈簧等)內(nèi)燃機(jī)氣門機(jī)構(gòu)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)幾何形狀封閉(凹槽、等寬、等徑、主回凸輪)精品資料r1r2r1+r2=constW凹槽凸輪等寬凸輪(tūlún)等徑凸輪優(yōu)點(diǎn):只需要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)妮喞€,從動(dòng)件便可獲得任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊(jǐncòu)、設(shè)計(jì)方便。缺點(diǎn):線接觸,容易磨損。作者:潘存云教授主回凸輪精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云設(shè)計(jì):潘存云312A線繞線機(jī)構(gòu)(jīgòu)312A線應(yīng)用實(shí)例:精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云3皮帶輪5卷帶輪錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)1放音鍵2摩擦輪413245放音鍵卷帶輪皮帶輪摩擦輪錄音機(jī)卷帶機(jī)構(gòu)精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云132送料機(jī)構(gòu)(jīgòu)精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云δhδhotδ1s2§3-2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)(yùndòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù):1)根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)的形式;名詞術(shù)語:一、推桿的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律基圓、推程運(yùn)動(dòng)角、基圓半徑、推程、遠(yuǎn)休止角、回程運(yùn)動(dòng)角、回程、近休止角、回程。一個(gè)循環(huán)rminh

ω1A而根據(jù)工作要求選定推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律,是設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的前提。2)推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律;3)合理確定結(jié)構(gòu)尺寸;4)設(shè)計(jì)輪廓曲線。δsδsDBCB’δtδt推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律δ’sδ’s精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云δhδhotδ1s2rminhω1Aδsδsδ’sδ’sDBCB’δtδt運(yùn)動(dòng)規(guī)律:推桿在推程或回程時(shí),其位移S2、速度(sùdù)V2、和加速度(sùdù)a2隨時(shí)間t的變化規(guī)律。形式:多項(xiàng)式、三角函數(shù)。S2=S2(t)V2=V2(t)a2=a2(t)位移曲線精品資料邊界條件:凸輪轉(zhuǎn)過推程運(yùn)動(dòng)(yùndòng)角δt-從動(dòng)件上升h一、多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)(yùndòng)規(guī)律一般表達(dá)式:s2=C0+C1δ1+C2δ21+…+Cnδn1

(1)求一階導(dǎo)數(shù)得速度方程:

v2

=ds2/dt求二階導(dǎo)數(shù)得加速度方程:a2

=dv2/dt=2C2ω21+6C3ω21δ1…+n(n-1)Cnω21δn-21其中:δ1-凸輪轉(zhuǎn)角,dδ1/dt=ω1-凸輪角速度,

Ci-待定系數(shù)。=C1ω1+2C2ω1δ1+…+nCnω1δn-11凸輪轉(zhuǎn)過回程運(yùn)動(dòng)角δh-從動(dòng)件下降h精品資料在推程起始(qǐshǐ)點(diǎn):δ1=0,s2=0代入得:C0=0,C1=h/δt推程運(yùn)動(dòng)(yùndòng)方程:s2=hδ1/δt

v2

=hω1/δts2δ1δtv2δ1a2δ1h在推程終止點(diǎn):δ1=δt,s2=h+∞-∞剛性沖擊s2=C0+C1δ1+C2δ21+…+Cnδn1v2=C1ω+2C2ω1δ+…+nCnω1δn-11a2=2C2ω21+6C3ω21δ1…+n(n-1)Cnω21δn-21同理得回程運(yùn)動(dòng)方程:

s2=h(1-δ1/δh)v2=-hω1

/δha2=0a2

=0等速運(yùn)動(dòng)(一次多項(xiàng)式)運(yùn)動(dòng)規(guī)律精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云hδtδ1s2δ1a2二、三角函數(shù)(sānjiǎhánshù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律推程:

s2=h[1-cos(πδ1/δt)]/2v2

=πhω1sin(πδ1/δt)δ1/2δta2

=π2hω21cos(πδ1/δt)/2δ2t

回程:

s2=h[1+cos(πδ1/δh)]/2

v2=-πhω1sin(πδ1/δh)δ1/2δha2=-π2hω21cos(πδ1/δh)/2δ2h123456δ1v2Vmax=1.57hω/2δ0在起始和終止處理論上a2為有限值,產(chǎn)生柔性沖擊。123456精品資料s2δ1δ1a2δ1v2hδt2.正弦加速度(擺線)運(yùn)動(dòng)(yùndòng)規(guī)律推程:s2=h[δ1/δt-sin(2πδ1/δt)/2π]

v2=hω1[1-cos(2πδ1/δt)]/δta2=2πhω21

sin(2πδ1/δt)/δ2t

回程:

s2=h[1-δ1/δh+sin(2πδ1/δh)/2π]

v2=hω1[cos(2πδ1/δh)-1]/δha2=-2πhω21

sin(2πδ1/δh)/δh2無沖擊(chōngjī)精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云v2s2a2δ1δ1δ1hoooδt正弦(zhèngxián)改進(jìn)等速三、改進(jìn)型運(yùn)動(dòng)規(guī)律將幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合,以改善運(yùn)動(dòng)特性。+∞-∞v2s2a2δ1δ1δ1hoooδt精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云OBω1設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)時(shí),除了要求從動(dòng)件能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律外,還希望凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)結(jié)構(gòu)緊湊,受力情況良好。而這與壓力角有很大關(guān)系。定義:正壓力與推桿上力作用點(diǎn)B速度方向間的夾角α→F”↑,若α大到一定程度時(shí),會(huì)有:→機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖?!?-3

凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角αnn一、壓力角與作用力的關(guān)系不考慮摩擦?xí)r,作用力沿法線方向。FF’F”F’----有用分力,沿導(dǎo)路方向F”----有害分力,垂直于導(dǎo)路F”=F’tgαF’

一定時(shí),α↑Ff>F’Ff為了保證凸輪機(jī)構(gòu)正常工作,要求:α

<[α]精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云OBω1二、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)尺寸之間的關(guān)系P點(diǎn)為速度瞬心,于是有:v=lOPω1rmin↑

[α]=30?

----直動(dòng)從動(dòng)件;[α]=35°~45°----擺動(dòng)從動(dòng)件;[α]=70°~80°----回程。nnP→lOP=v2/ω1eαds2/dδ1=ds2/dδ1=lOC+lCPlCP=lOC=elCP=ds2/dδ1-etgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1-e→α↓C

(S2+S0

)tgα

S0=r2min-e2若發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果α〉[α],可增大rmin

s0s2Dv2v2rmin精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云OBω1αds2/dδ1

得:tgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1

+enn同理,當(dāng)導(dǎo)路位于(wèiyú)中心左側(cè)時(shí),有:lOP=lCP-lOC

→lCP=ds2/dδ1

+e

于是:tgα

=S2+r2min

-e2ds2/dδ1

±ee“+”

用于導(dǎo)路和瞬心位于中心兩側(cè);“-”

用于導(dǎo)路和瞬心位于中心同側(cè);顯然,導(dǎo)路和瞬心位于中心同側(cè)時(shí),壓力角將減小。注意:用偏置法可減小推程壓力角,但同時(shí)增大了回程壓力角,故偏距e不能太大。PClCP=(S2+S0

)tgαS0=rmin2-e2rmins0s2D正確偏置:導(dǎo)路位于與凸輪旋轉(zhuǎn)方向ω1相反的位置。精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云nn提問:對(duì)于(duìyú)平底推桿凸輪機(jī)構(gòu):α=?0v2Oω1rmin精品資料1.凸輪廓線設(shè)計(jì)(shèjì)方法的基本原理§3-4圖解法設(shè)計(jì)(shèjì)凸輪輪廓2.用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線1)對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪3)滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪4)對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪2)偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪5)擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云一、凸輪廓線設(shè)計(jì)(shèjì)方法的基本原理反轉(zhuǎn)原理:依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線,例如:給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)施以-ω1時(shí),不影響各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),此時(shí),凸輪將靜止,而從動(dòng)件尖頂復(fù)合運(yùn)動(dòng)的軌跡即凸輪的輪廓曲線。尖頂凸輪繪制動(dòng)畫滾子凸輪繪制動(dòng)畫O-ω13’1’2’331122ω1精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云60°rmin120°-ω1ω11’對(duì)心直動(dòng)尖頂(jiāndǐng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)中,已知凸輪的基圓半徑rmin,角速度ω1和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。設(shè)計(jì)步驟小結(jié):①選比例尺μl作基圓rmin。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是:陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后,從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。1.對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪1’3’5’7’8’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’90°90°A1876543214131211109二、直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪制60°120°90°90°135789111315s2δ19’11’13’12’14’10’精品資料911131513578偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)(jīgòu)中,已知凸輪的基圓半徑rmin,角速度ω1和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和偏心距e,設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。2.偏置直動(dòng)尖頂(jiāndǐng)從動(dòng)件盤形凸輪1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’60°120°90°90°s2δ1精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云OeA-ω1ω16’1’2’3’4’5’7’8’15’14’13’12’11’10’9’設(shè)計(jì)(shèjì)步驟小結(jié):①選比例尺μl作基圓rmin;根據(jù)e做從動(dòng)件導(dǎo)路,與偏距圓切于k1,Ak1為導(dǎo)路的初始位置;1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8②

將位移線圖中推程角和回程角若干等分;③

基圓上自O(shè)A開始,沿-ω1方向取對(duì)應(yīng)位移線圖等分角等1、2、。。;④過1、2…作偏距圓的切線;⑤沿以上各切線為推桿的導(dǎo)路;自基圓1,2開始量取從動(dòng)件相應(yīng)的位移量,得反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)囊幌盗形恢?’,2’…..;精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云s2δ1911131513578rminA120°-ω11’設(shè)計(jì)步驟小結(jié):①選比例尺μl作基圓rmin。②反向等分各運(yùn)動(dòng)角。原則是:陡密緩疏。③確定反轉(zhuǎn)后,從動(dòng)件尖頂在各等份點(diǎn)的位置。④將各尖頂點(diǎn)連接成一條光滑曲線。1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’60°90°90°1876543214131211109理論(lǐlùn)輪廓實(shí)際輪廓⑤作各位置滾子圓的內(nèi)(外)包絡(luò)線。3.滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪滾子直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)中,已知凸輪的基圓半徑rmin,角速度ω1和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。60°120°90°90°ω1精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云ρa(bǔ)-實(shí)際輪廓(lúnkuò)的曲率半徑,ρmin-理論輪廓(lúnkuò)的最小曲率半徑,rT-滾子半徑ρmin<rT

ρa(bǔ)=ρmin-rT<0對(duì)于外凸輪廓,要保證正常工作,應(yīng)使:ρmin>rT

輪廓失真滾子半徑的確定ρa(bǔ)=ρmin+rT

ρmin=rT

ρa(bǔ)=ρmin-rT=0輪廓正常輪廓變尖ρ內(nèi)凹ρa(bǔ)rTrTρrTρρmin>rT

ρa(bǔ)=ρmin-rT

輪廓正常外凸rTρa(bǔ)ρ精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云120°B’1φ1rmin60°120°90°90°s2δ1擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)中,已知凸輪的基圓半徑rmin,角速度ω1,擺桿長度l以及擺桿回轉(zhuǎn)中心與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離d,擺桿角位移方程(fāngchéng),設(shè)計(jì)該凸輪輪廓曲線。三、擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)1’2’3’4’56785’6’7’8’B1B2B3B4B5B6B7B860°90°ω1-ω1dABl1234B’2φ2B’3φ3B’4φ4B’5φ5B’6φ6B’7φ7A1A2A3A4A5A6A7A8精品資料設(shè)計(jì)(shèjì):潘存云ρθB0OBδ1S0S2§3-5解析法設(shè)計(jì)凸輪(tūlún)的輪廓從圖解法的缺點(diǎn)引出解析法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)果:求出輪廓曲線的解析表達(dá)式---已知條件:e、rmin、rT、S2=S2(δ1)、ω1及其方向。理論輪廓

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