《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 》課件-第3章

項(xiàng)目三凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)一凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用任務(wù)二凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)任務(wù)三凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸確定

任務(wù)四半自動(dòng)機(jī)床中的凸輪機(jī)構(gòu)

知識(shí)目標(biāo)

(1)掌握常用從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、特性及作圖法。

(2)了解理論輪廓與實(shí)際輪廓的關(guān)系。

(3)了解凸輪壓力角α與基圓半徑rmin的關(guān)系。

(4)掌握用圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線的方法與步驟。

(5)掌握解析法在凸輪輪廓設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

能力目標(biāo)

能用圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線。

任務(wù)一凸輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用

任務(wù)導(dǎo)入如圖3-1所示,說(shuō)明內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)的類型及組成。圖3-1內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)

任務(wù)實(shí)施

一、凸輪機(jī)構(gòu)的功用和特點(diǎn)

凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件及機(jī)架組成的高副機(jī)構(gòu)。一般情況下,凸輪是具有曲線輪廓的盤形或凹槽的圓柱形構(gòu)件。通常凸輪作為主動(dòng)件,作等速運(yùn)動(dòng);而從動(dòng)件則在凸輪輪廓曲線的控制下按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)。圖3-1所示為內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu),它是應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)例。

1.凸輪機(jī)構(gòu)基本名詞術(shù)語(yǔ)

以對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例,觀察凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況如圖3-1所示。

(1)主動(dòng)件:凸輪作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

(2)從動(dòng)件:作上下移動(dòng)。

(3)移動(dòng)規(guī)律:升——?！怠?。

(4)基圓:以凸輪輪廓曲線的最小徑為半徑rb所作的圓稱為凸輪的基圓。

(5)推程運(yùn)動(dòng):從動(dòng)件位移由0→Smax=h,h稱為從動(dòng)件行程。凸輪轉(zhuǎn)過(guò)角度Φ稱為推程運(yùn)動(dòng)角。

(6)遠(yuǎn)休止:從動(dòng)件離轉(zhuǎn)軸O最遠(yuǎn)處?kù)o止不動(dòng)。凸輪轉(zhuǎn)過(guò)角度Φs稱為遠(yuǎn)休止角。

(7)回程運(yùn)動(dòng):從動(dòng)件在彈簧力或重力作用下回到初始位置,位移由Smax→0,凸輪轉(zhuǎn)過(guò)角度Φ'稱為回程運(yùn)動(dòng)角。

(8)近休止:從動(dòng)件在初始位置靜止不動(dòng)。凸輪轉(zhuǎn)過(guò)角度Φ's

稱為近休止角。

(9)升程:從動(dòng)件在推程或回程時(shí)移動(dòng)的距離。

2.功用

將主動(dòng)凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為從動(dòng)件的往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng),而從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律按工作要求擬定。

3.特點(diǎn)(與連桿機(jī)構(gòu)相比)

(1)不論從動(dòng)件要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律多么復(fù)雜,都可以通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)凸輪輪廓來(lái)實(shí)現(xiàn),而且設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。

(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、構(gòu)件少,傳動(dòng)累積誤差很小。

(3)能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

(4)由于凸輪機(jī)構(gòu)是高副機(jī)構(gòu),易磨損,只能用于傳力不大的場(chǎng)合。

(5)與圓柱面和平面相比,凸輪輪廓的加工要復(fù)雜得多。

二、凸輪的分類

1.按凸輪的形狀分類

(1)盤形凸輪。如圖3-1所示,這種凸輪是繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)并且具有變化向徑的盤形構(gòu)件,它是凸輪的基本形式。

(2)移動(dòng)凸輪。這種凸輪外形通常呈平板狀,如圖3-2所示的凸輪,可視作回轉(zhuǎn)中心位于無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)的盤形凸輪,它相對(duì)于機(jī)架作直線移動(dòng)。圖3-2移動(dòng)凸輪

(3)圓柱凸輪。如圖3-3所示,凸輪是一個(gè)具有曲線凹槽的圓柱形構(gòu)件,它可以看成是將移動(dòng)凸輪卷成圓柱演化而成的。圖3-3-自動(dòng)車床的自動(dòng)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)

2.按從動(dòng)件的結(jié)構(gòu)形式分類

從動(dòng)件僅指與凸輪相接觸的從動(dòng)的構(gòu)件。圖3-4所示為常用的幾種形式,其中圖(a)為尖頂移動(dòng)從動(dòng)件,圖(b)為滾子從動(dòng)件,圖(c)為平底從動(dòng)件,圖(d)為球面底從動(dòng)件。滾子從動(dòng)件的優(yōu)點(diǎn)要比滑動(dòng)接觸的摩擦系數(shù)小,但造價(jià)要高些。對(duì)同樣的凸輪設(shè)計(jì),采用平底從動(dòng)件其凸輪的外廓尺寸要比采用滾子從動(dòng)件小,故在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸上通常都采用這種形式。在生產(chǎn)機(jī)械上更多的是采用滾子從動(dòng)件,因?yàn)樗纫子诟鼡Q,又具有可從軸承制造商中購(gòu)買大量備件的優(yōu)點(diǎn)。溝槽凸輪要求用滾子從動(dòng)件。

滾子從動(dòng)件基本上都采用特制結(jié)構(gòu)的球軸承或滾子軸承。球面底從動(dòng)件的端部具有凸出的球形表面,可避免因安裝位置偏斜或不對(duì)中而造成的表面應(yīng)力和磨損增大的缺點(diǎn),并具有尖頂與平底從動(dòng)件的優(yōu)點(diǎn),因此這種結(jié)構(gòu)形式的從動(dòng)件在生產(chǎn)中應(yīng)用也較多。

圖3-4從動(dòng)件的幾種形式

3.按凸輪與從動(dòng)件保持接觸的方式分類

凸輪機(jī)構(gòu)是一種高副機(jī)構(gòu),它與低副機(jī)構(gòu)不同,需要采取一定的措施來(lái)保持凸輪與從動(dòng)件的接觸,這種保持接觸的方式稱為封閉(鎖合)。常見的封閉方式有:

(1)力封閉:利用從動(dòng)件的重量、彈簧力(如圖3-1所示)或其他外力使從動(dòng)件與凸輪保持接觸。

(2)形封閉:依靠凸輪和從動(dòng)件所構(gòu)成高副的特殊幾何形狀,使其彼此始終保持接觸。

常用的形封閉凸輪機(jī)構(gòu)有以下幾種:

①凹槽凸輪:依靠凸輪凹槽使從動(dòng)件與凸輪保持接觸,如圖3-5(a)所示。這種封閉方式簡(jiǎn)單,但增大了凸輪的尺寸和重量。

②等寬凸輪:如圖3-5(b)所示,從動(dòng)件做成框架形狀,凸輪輪廓線上任意兩條平行切線間的距離等于從動(dòng)件框架內(nèi)邊的寬度,因此使凸輪輪廓與平底始終保持接觸。這種凸輪只能在轉(zhuǎn)角180°內(nèi)根據(jù)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律按平底從動(dòng)件來(lái)設(shè)計(jì)輪廓線,其余180°必須按照等寬原則確定輪廓線,因此從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇受到一定限制。

③等徑凸輪:如圖3-5(c)所示,從動(dòng)件上裝有兩個(gè)滾子,其中心線通過(guò)凸輪軸心,凸輪與這兩個(gè)滾子同時(shí)保持接觸。這種凸輪理論輪廓線上兩異向半徑之和恒等于兩滾子的中心距離,因此等徑凸輪只能在180°范圍內(nèi)設(shè)計(jì)輪廓線,其余部分的凸輪廓線需要按等徑原則確定。

④主回凸輪:如圖3-5(d)所示,用兩個(gè)固結(jié)在一起的盤形凸輪分別與同一個(gè)從動(dòng)件上的兩個(gè)滾子接觸,形成結(jié)構(gòu)封閉。其中一個(gè)凸輪(主凸輪)驅(qū)使從動(dòng)件向某一方向運(yùn)動(dòng),而另一個(gè)凸輪(回凸輪)驅(qū)使從動(dòng)件反向運(yùn)動(dòng)。主凸輪輪廓線可在360°范圍內(nèi)按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì),而回凸輪輪廓線必須根據(jù)主凸輪輪廓線和從動(dòng)件的位置確定。主回凸輪可用于高精度傳動(dòng)。圖3-5凸輪機(jī)構(gòu)的封閉方式

三、凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)

凸輪機(jī)構(gòu)的功用是將主動(dòng)凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為從動(dòng)件的往復(fù)移動(dòng)或擺動(dòng),而從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律按工作要求擬定。

與連桿機(jī)構(gòu)相比,凸輪機(jī)構(gòu)有以下特點(diǎn):

(1)不論從動(dòng)件要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律多么復(fù)雜,都可以通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)凸輪輪廓來(lái)實(shí)現(xiàn),而且設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。

(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,構(gòu)件少,傳動(dòng)累積誤差很小,能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

(3)能實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)和擺動(dòng)等多種運(yùn)動(dòng)要求,也可以實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)要求。

(4)工作可靠,非常適合于自動(dòng)控制中。

(5)由于是高副機(jī)構(gòu),易磨損,因此只能用于傳力不大的場(chǎng)合。

6)與圓柱面和平面相比,凸輪輪廓的加工要復(fù)雜得多。

任務(wù)二凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)

任務(wù)導(dǎo)入設(shè)計(jì)圖3-6所示凸輪機(jī)構(gòu)凸輪的輪廓曲線。圖3-6凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程

任務(wù)實(shí)施

以直角坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)代表從動(dòng)件位移,橫坐標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角(因凸輪通常以等角速轉(zhuǎn)動(dòng),故也代表時(shí)間),則可以畫出從動(dòng)件位移與凸輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系曲線,稱為從動(dòng)件的位移線圖。相應(yīng)的曲線方程稱為位移方程。

對(duì)從動(dòng)件位移方程進(jìn)行一次求導(dǎo)可得到從動(dòng)件的速度方程,進(jìn)行二次求導(dǎo)可得到加速度方程。相應(yīng)地,也可作出從動(dòng)件的速度線圖和加速度線圖。

一、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容與步驟

所謂凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),就是確定機(jī)構(gòu)類型和設(shè)計(jì)凸輪輪廓。

(1)根據(jù)工作要求,合理地選擇凸輪機(jī)構(gòu)的型式。

(2)根據(jù)機(jī)構(gòu)工作要求、載荷情況及凸輪轉(zhuǎn)速等,確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

(3)根據(jù)凸輪在機(jī)器中安裝位置的限制、從動(dòng)件行程、許用壓力角及凸輪種類等,初步確定凸輪基圓半徑。

(4)根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,用圖解法或解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓線。

(5)校核凸輪壓力角及輪廓的最小曲率半徑。

(6)進(jìn)行凸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

二、凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性

1.凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析

1)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程圖3-7(a)所示為對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。其中基圓半徑用rb表示。

由前面的分析可知,在凸輪機(jī)構(gòu)的一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中,凸輪以等角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)一周,而且凸輪的轉(zhuǎn)角存在著下面的關(guān)系:圖3-7凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程

2)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由于凸輪以等角速度ω作等速轉(zhuǎn)動(dòng),因此在凸輪運(yùn)動(dòng)的任意瞬時(shí),凸輪的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間t成線性關(guān)系,即

從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指在推程和回程中,從動(dòng)件的位移、速度、加速度隨凸輪轉(zhuǎn)角或圖3-8等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖時(shí)間變化的規(guī)律。對(duì)于直動(dòng)從動(dòng)件來(lái)說(shuō),存在著如下的函數(shù)關(guān)系:

3)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)線圖

通常將從動(dòng)件在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律表示成凸輪轉(zhuǎn)角φ的函數(shù),與之對(duì)應(yīng)的圖形稱為從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)線圖。

在從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)線圖中,表示從動(dòng)件位移變化規(guī)律的線圖稱為位移線圖,即s=s(φ)。圖3-7(b)表示的是圖3-7(a)所示的凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的位移線圖,橫坐標(biāo)表示凸輪的轉(zhuǎn)角φ,縱坐標(biāo)表示從動(dòng)件的位移s,它是凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的依據(jù)。

同樣,表示v=v(φ)和a=a(φ)的線圖分別稱為速度線圖和加速度線圖,如圖3-8所示。三個(gè)線圖之間的關(guān)系如下:

根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可知,由于速度v為常數(shù),因此從動(dòng)件的位移s與凸輪的轉(zhuǎn)角φ之間的函數(shù)關(guān)系是一次函數(shù),其位移曲線是一條斜直線。從動(dòng)件推程時(shí)的位移方程可表達(dá)為圖3-8等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖

2.等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指從動(dòng)件在一個(gè)行程中,前半行程作等加速運(yùn)動(dòng),后半行程作等減速運(yùn)動(dòng),且通常兩部分加速度的絕對(duì)值相等,如圖3-9所示。圖3-9等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖

同理可知,從動(dòng)件的位移s與凸輪的轉(zhuǎn)角φ之間的函數(shù)是二次函數(shù),是一條拋物線。從動(dòng)件推程時(shí)的位移方程可表達(dá)如下:

前半行程

后半行程

3.等加速、等減速位移線圖的作圖步驟

(1)取長(zhǎng)度比例尺μl,在縱坐標(biāo)軸上作出從動(dòng)件的行程h,并將其分成相等的兩部分。

(2)取角度比例尺μφ,在橫坐標(biāo)軸上作出凸輪與行程h對(duì)應(yīng)的推程角Φ,將其也分成相等的兩部分。

(3)過(guò)各分點(diǎn)分別作坐標(biāo)軸的垂直線,得到四個(gè)矩形。

(4)在左下方的矩形中,將Φ/2分為若干等份(圖中分為四等份),得到1、2、3、4各點(diǎn),過(guò)這些分點(diǎn)分別作橫坐標(biāo)軸的垂直線。

(5)將坐標(biāo)原點(diǎn)O分別與點(diǎn)1'、2'、3'、4'相連,得到連線O1'、O2'、O3'和O4'。各連線與相應(yīng)的垂線分別交于點(diǎn)1″、2″、3″和4″,將點(diǎn)O、1″、2″、3″和4″連成光滑的曲線,即為前半行程的等加速運(yùn)動(dòng)的位移線圖。

(6)在右上方的矩形中,可畫出后半行程等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移線圖,畫法與上述類似,只是拋物線的開口方向向下。

4.余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律

余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指從動(dòng)件的加速度為1/2個(gè)周期的余弦曲線,如圖3-10所示。從動(dòng)件推程時(shí)的位移方程可表達(dá)為圖3-10余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖

由式(3-8)可知,從動(dòng)件的位移曲線為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)曲線,因此,這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律也稱簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律。推程時(shí)從動(dòng)件的位移線圖如圖3-10(a)所示,作圖步驟如下:

(1)取角度比例尺μφ,在橫坐標(biāo)軸上作出凸輪與行程h對(duì)應(yīng)的推程角Φ,將其分成若干等份(圖中分為六等份),得到分點(diǎn)1、2、…、6,過(guò)這些分點(diǎn)作橫坐標(biāo)軸的垂直線。

(2)取長(zhǎng)度比例尺μl,在縱坐標(biāo)軸上作出從動(dòng)件的行程h。

(3)這些平行線與上述各對(duì)應(yīng)的垂直線分別交于點(diǎn)1″、2″、…、6″,將這些交點(diǎn)連成光滑的曲線,即為余弦加速度運(yùn)動(dòng)的位移線圖。

從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇:

在選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí),首先要滿足機(jī)構(gòu)的工作要求,同時(shí)要考慮使凸輪機(jī)構(gòu)具有良好的工作性能。在滿足工作要求的前提下,還應(yīng)考慮凸輪輪廓曲線的加工制造。

在選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí),一般應(yīng)從機(jī)構(gòu)的沖擊情況、從動(dòng)件的最大速度vmax和最大加速度amax三個(gè)方面對(duì)各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性進(jìn)行比較。

從動(dòng)件的最大速度vmax反映出從動(dòng)件最大沖量的大小。vmax大,在起動(dòng)、停車或突然制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊,因此從動(dòng)件的最大速度vmax要盡量小。通常,對(duì)于質(zhì)量較大的從動(dòng)件,應(yīng)選擇vmax較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。最大加速度amax反映出從動(dòng)件慣性力的大小。amax越大,慣性力就越大。

因此從動(dòng)件的最大加速度amax要盡量小。顯然,對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu),應(yīng)考慮使amax不宜太大。

常用從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性比較見表3-1,供選擇時(shí)參考。

三、凸輪機(jī)構(gòu)的傳力特性

1.壓力角

圖3-11所示為對(duì)心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。在推程的任一位置,從動(dòng)件上的外載荷為FQ。將從動(dòng)件所受的法向力Fn

分解成兩個(gè)互相垂直的分力,即水平分力Fx

和垂直分力Fy,其計(jì)算公式如下:圖3-11凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角

2.自鎖現(xiàn)象

由圖3-12可知,當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)處于不同的位置時(shí),即凸輪輪廓曲線與從動(dòng)件在不同點(diǎn)接觸時(shí),各個(gè)接觸點(diǎn)的法線n-n方向不同,從而導(dǎo)致凸輪給從動(dòng)件的作用力Fn

的方向不斷地改變;而從動(dòng)件的速度v的方向是不變的,所以各接觸點(diǎn)的壓力角也是各不相同的。

因此,壓力角的大小反映出機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞,是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí),應(yīng)限制在工作過(guò)程中,最大壓力角αmax不得超過(guò)其許用壓力角[α],即圖3-12壓力角的測(cè)量

3.壓力角的影響因素

圖3-13所示為偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。根據(jù)從動(dòng)件的中心線偏離凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心的位置,分為正偏置和負(fù)偏置兩種偏置方式。當(dāng)凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí),從動(dòng)件偏于凸輪軸心右側(cè)為正偏置,從動(dòng)件偏于凸輪軸心左側(cè)為負(fù)偏置。當(dāng)凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí),從動(dòng)件偏于凸輪軸心左側(cè)為正偏置,從動(dòng)件偏于凸輪軸心右側(cè)為負(fù)偏置。

壓力角的計(jì)算公式如下:圖3-13-偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角

4.偏距

偏距e為從動(dòng)件的中心線偏離凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離,偏距的大小受到從動(dòng)件的偏置方式的影響,包括凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、從動(dòng)件相對(duì)凸輪的偏置方向以及推程或回程等因素。

在式(3-12)中,偏距e前的正負(fù)號(hào)按下述原則確定:如果凸輪按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),則當(dāng)從動(dòng)件正偏置時(shí),推程取負(fù)號(hào),回程取正號(hào),負(fù)偏置時(shí),推程取正號(hào),回程取負(fù)號(hào);如果凸輪按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),則正負(fù)號(hào)的確定與上述相反。

任務(wù)三凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸確定

任務(wù)導(dǎo)入繪制如圖3-14所示的凸輪輪廓曲線。圖3-14凸輪輪廓曲線的繪制

任務(wù)實(shí)施

一、用圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓

1.對(duì)心尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓

設(shè)凸輪的基圓半徑為rb,凸輪以等角速度ω逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn),從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知。試設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線。根據(jù)反轉(zhuǎn)法,具體設(shè)計(jì)步驟如下:

(1)選取位移比例尺μs和凸輪轉(zhuǎn)角比例尺μφ,按圖3-7(b)所示的方法作出位移線圖(sφ),如圖3-14(a)所示,然后將Φ及Φ'分成若干等份(圖中為四等份),并自各點(diǎn)作垂線與位移曲線交于1'、2'、…、8'。

(2)選取長(zhǎng)度比例尺μl(為作圖方便,最好取μl=μs)。如圖3-14(b)所示,以任意點(diǎn)O為圓心，rb為半徑作基圓(圖中虛線所示)。再以從動(dòng)件最低(起始)位置B0起沿-ω方向量取角度Φ、Φs、Φ'及Φ's,并將Φ和Φ'按位移線圖中的等份數(shù)分成相應(yīng)的等份。再自O(shè)點(diǎn)引一系列徑向線O1,O2,O3,…。各徑向線即代表凸輪在各轉(zhuǎn)角時(shí)從動(dòng)件導(dǎo)路所依次占有的位置。

(3)自各徑向線與基圓的交點(diǎn)B'1,B'2,B'3…向外量取各個(gè)位移量B'1B1=11',B'2B2=22',B'3B3=33',…得B1,B2,B3…。這些點(diǎn)就是反轉(zhuǎn)后從動(dòng)件尖頂?shù)囊幌盗形恢谩?/p>

(4)將B0,B1,B2,B3,B4,…,B9各點(diǎn)連成光滑曲線(圖中B4,B5間和B9,B0間均為以O(shè)為圓心的圓弧),即得所求的凸輪輪廓曲線,如圖3-14(b)所示。

2.對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓

由于滾子中心是從動(dòng)件上的一個(gè)固定點(diǎn),該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)就是從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng),因此可取滾子中心作為參考點(diǎn)(相當(dāng)于尖頂從動(dòng)件的尖頂),按上述方法先作出尖頂從動(dòng)件的凸輪輪廓曲線(也是滾子中心軌跡),如圖3-15中的點(diǎn)畫線,該曲線稱為凸輪的理論廓線。再以理論廓線上各點(diǎn)為圓心,以滾子半徑rT為半徑作一系列圓。然后,作這些圓的包絡(luò)線β(如圖中實(shí)線所示),它便是使用滾子從動(dòng)件時(shí)凸輪的實(shí)際廓線。由作圖過(guò)程可知,滾子從動(dòng)件凸輪的基圓半徑rb應(yīng)在理論廓線上度量。圖3-15對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)

二、用解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓

1.移動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓

已知從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律s=f(φ),凸輪基圓半徑rb,滾子半徑rT,從動(dòng)件偏置在凸輪的右側(cè),凸輪以等角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3-16所示,取凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心O為原點(diǎn),建立直角坐標(biāo)系Oxy。根據(jù)反轉(zhuǎn)法,當(dāng)凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)角φ時(shí),從動(dòng)件的滾子中心則由B0點(diǎn)反轉(zhuǎn)到B點(diǎn),此時(shí)理論廓線上B點(diǎn)的直角坐標(biāo)方程為

式中:s為對(duì)應(yīng)于凸輪轉(zhuǎn)角φ的從動(dòng)件位移;

e為偏距,如果e=0,式(3-13)即是對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪理論廓線方程。

凸輪實(shí)際廓線與理論輪廓線是等距曲線(在法線上相距滾子半徑rT),它們的對(duì)應(yīng)點(diǎn)具有公共的曲率中心和法線。因此在圖3-16中,與理論輪廓線上B點(diǎn)向內(nèi)對(duì)應(yīng)的實(shí)際廓線上的點(diǎn)B'的直角坐標(biāo)為

式中,tanβ是理論輪廓線上B點(diǎn)法線nn的斜率,它與B點(diǎn)切線BE的斜率互為負(fù)倒數(shù),所以圖3-16用解析法設(shè)計(jì)偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓

三、偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)

試設(shè)計(jì)偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線,已知偏距e=4mm,基圓半徑rb=20mm,從動(dòng)件的行程h=12mm,其運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖3-17(a)所示。

解:利用圖解法設(shè)計(jì)偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線,如圖3-17(b)所示。圖3-17偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)

任務(wù)四半自動(dòng)機(jī)床中的凸輪機(jī)構(gòu)

任務(wù)導(dǎo)入設(shè)計(jì)圖3-18所示半自動(dòng)鉆床中的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪4。已知裝凸輪軸處的直徑d=25mm,從動(dòng)件升程h=25mm,工作循環(huán)如表3-2所示。圖3-18半自動(dòng)機(jī)床中的凸輪機(jī)構(gòu)

任務(wù)實(shí)施

1.運(yùn)動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)

采用滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。為了使從動(dòng)件快進(jìn)時(shí)平穩(wěn),快退時(shí)迅速退出,快進(jìn)時(shí)采用等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律,快退時(shí)采用等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律,如表3-3所示。

2.滾子與基圓半徑、凸輪厚度與滾子寬度的確定

滾子半徑rT=10mm。

滾子寬度B=15mm。

基圓半徑rb≥1.8r+rT+(6~10)=1.8×25/2+10+(6~10)=(38.5~42.5)mm,

取基圓半徑rb=40mm。

凸輪厚度b=12mm。

(2)繪制凸輪輪廓曲線圖。

繪制凸輪輪廓曲線圖的方法與步驟同前,輪廓曲線圖如圖3-20所示。

理論輪廓曲線上:

推程部分

最小曲率半徑