机械设计基础第19讲.ppt

机械设计基础,旧课回顾,按照给定条件设计平面四杆机构,1、按预定的连杆位置设计四杆机构,2、按两连架杆的预定位置设计四杆机构,3、按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构,4、按给定的行程速比系数K设计四杆机构,第十三章 凸轮机构,本章重点学习内容：,1、凸轮机构的应用和分类（了解）,4、凸轮机构基本尺寸的确定,3、凸轮轮廓曲线的设计,2、从动件的运动规律,熟知从动件常用的运动规律及从动件运动规律的选择原则。,重点掌握凸轮机构设计的基本知识，能根据选定的凸轮类型和从动件的运动规律设计出凸轮的轮廓曲线,重点掌握凸轮机构基本尺寸确定的原则。,本节重点,第十三章 凸轮机构,第一节 凸轮机构的应用和分类,第二节 从动件的常用运动规律,第三节 凸轮轮廓曲线的设计,第四节 凸轮机构基本尺寸的确定,首钢矿业公司培训中心,第一节 凸轮机构的应用和分类,二、凸轮机构的组成,三、凸轮机构的特点,四、凸轮机构的分类,2、按从动件的形状来分,3、按从动件的运动方式分,4、按凸轮与从动件保持接触的方法分,一、凸轮机构的应用,1、按凸轮形状分,返回本章,内燃机配气凸轮机构,自动机床进刀凸轮机构,凸轮机构的应用,凸轮机构是一种常用的高副机构，广泛用于自动机械、自动控制装置和装配生产线中。例如,返回本节,3、机架支承活动构件的构件。,2、从动件由凸轮控制并按预定的运动规律作移动或摆动运动的构件。,1、凸轮具有曲线轮廓或凹槽的构件,凸轮通常是主动件,做等速转动。,凸轮机构的组成,返回本节,凸轮机构的优缺点,2、缺点：,结构简单、紧凑，工作可靠，通过适当设计凸轮廓线可以使从动件实现各种预期运动规律，同时还可以实现间歇运动。,1、优点：,凸轮工作轮廓的加工较为复杂，而且凸轮工作轮廓与从动件之间的接触为高副（点接触或线接触），易于磨损，多用于传力不大的控制机构和调节机构中。,返回本节,圆柱凸轮：圆柱凸轮可以看成将移动凸轮卷在一个圆柱体上而得到的。可以看出，圆柱凸轮是一个空间凸轮机构,移动凸轮：当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮,盘形凸轮：是一个绕固定轴转动且具有变化半径的盘形零件，最基本的形式，结构简单，应用最为广泛,按凸轮形状分,返回本节,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,其优点是凸轮与平底接触面间容易形成油膜，润滑较好，所以常用于高速传动中。,由于滚子与凸轮之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力。,构造简单，但易于磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合。,按从动件的形状来分,返回本节,摆动从动件：从动件绕某一固定轴摆动,直动从动件：从动件只能沿某一导路做往复移动,对心直动从动件 偏置直动从动件,按从动件的运动方式分,返回本节,力封闭凸轮机构：利用从动件的重力、弹簧力或其它外力使从动件始终与凸轮保持接触；,几何封闭凸轮机构：利用凸轮与从动件构成的高副元素的特殊几何结构使凸轮与从动件始终保持接触。,槽凸轮机构,等宽凸轮机构,等径凸轮,共轭凸轮,常用的有如下几种：,槽凸轮机构,等宽凸轮机构,等径凸轮,共轭凸轮,按凸轮与从动件保持接触的方法分,返回本节,课间休息,第二节 从动件的常用运动规律,返回本章,从动件随主动件的运动变化规律叫从动件的运动规律。凸轮轮廓曲线是从动件运动规律决定的。,一、基本术语,二、从动件常用运动规律,凸轮一般为等速运动，有=t,从动件的运动规律常表示为从动件运动参数随凸轮转角变化的规律。即从动件的位移、速度和加速度随变化的规律。,三、从动件运动规律的选择,重点：掌握各种运动规律的运动特性,1、基圆：以凸轮最小半径r0所作的圆，r0称为凸轮的基圆半径。,基本术语,2、推程、推程运动角：d0,3、远休止、远休止角：d01,4、回程、回程运动角：d0,5、近休止、近休止角：d02,6、行程：h,返回本节,返回本节,3、组合运动规律,2）正弦加速度运动规律摆线运动规律,1）余弦加速度运动规律简谐运动规律,2、三角函数运动规律,3）五次多项式运动规律,2）二次多项式运动规律等加速等减速运动,1）一次多项式运动规律等速运动,1、多项式运动规律,从动件常用运动规律,运动方程式一般表达式：,推程运动方程,等速运动,回程运动方程,等速运动规律运动特性,从动件在运动起始和终止点会产生刚性冲击。故等速运动规律适用于低速凸轮机构。,返回,运动始点：d=0,s=0,运动终点：,推程运动方程式：,边界条件,在起始和终止点速度有突变，使瞬时加速度趋于无穷大，从而产生无穷大惯性力，引起刚性冲击。,推程运动方程,返回,运动方程式一般表达式：,回程运动方程式：,运动始点：d=0,s=h,运动终点：,边界条件,回程运动方程,在起始和终止点速度有突变，从而产生刚性冲击。,返回,运动方程式一般表达式：,为保证凸轮机构运动平稳性，常使从动件在一个行程h中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加速度和减速度的绝对值相等。这种运动规律称为从动件的等加速等减速运动规律,等加速等减速运动规律,推程运动方程,回程运动方程,返回,等加速等减速运动规律的运动特性,运动方程式一般表达式：,等减速段运动方程为,推程等加速段边界条件：,等加速段运动方程式为：,运动始点：d=0,s=0，v=0,运动终点：,运动方程式一般表达式：,推程等减速段边界条件：,运动始点：,运动终点：d=d 0,s=h，v=0,推程运动方程,返回,等加速等减速运动规律的运动特性,返回,在运动的始点、中间和终点时，因加速度有突变而引起从动件惯性力的突变，且突变为有限值，在凸轮机构中由此会引起柔性冲击。因此等加速等减速运动规律适用于中速、轻载的场合。,回程加速段运动方程式：,回程减速段运动方程式：,回程运动方程,返回,=0 0/2,=0/2 0,五次多项式的一般表达式为,推程边界条件：在始点处：d1=0,s1=0,v1=0,a1=0；在终点处：d2=d0,s2=h,v2=0,a2=0；,位移方程式为,解得待定系数为,五次多项式运动规律,五次多项式运动规律的运动线图,五次多项式运动规律的运动特性 即无刚性冲击也无柔性冲击，适用于高速中载的场合,返回,五次多项式运动规律的运动线图,返回,简谐运动：当一点在圆周上等速运动时，其在直径上的投影的运动即为简谐运动。,从动件的加速度在起点和终点有突变，且数值有限，故有柔性冲击。适用中低速重载的场合,简谐运动规律,返回,简谐运动规律的运动特性：,得，从动件运动方程式,从动件运动方程式,推程运动方程式：,回程运动方程式：,返回,得，从动件运动方程式,摆线运动：一圆在直线上作纯滚动时，其上任一点在直线上的投影运动为摆线运动。,摆线运动规律运动特性：,摆线运动规律,返回,从动件作摆线运动时，其加速度没有突变，因而将不产生冲击。适用于高速轻载凸轮机构。,回程运动方程式为,推程运动方程式为,从动件运动方程式,返回,组合运动规律,1、采用组合运动规律的目的：,避免有些运动规律引起的冲击，改善从动件的运动特性。,2、构造组合运动规律的原则：,1）根据工作要求选择主体运动规律，然后用其它运动规律组合；2）保证各段运动规律在衔接点上的运动参数是连续的；3）在运动始点和终点处，运动参数要满足边界条件。,3、组合运动规律示例,例1：改进梯形加速度运动规律,例2：改进等速运动规律,返回,例1：改进梯形加速度运动规律,主运动：等加等减运动规律,组合运动：在加速度突变处以正弦加速度曲线过渡,返回,例2：改进等速运动规律,组合运动：等速运动的行程两端与正弦加速度运动规律组合起来。,组合方式：,主运动：等速运动规律,返回,1、选择从动件运动规律的基本要求,2、根据工作条件确定从动件运动规律的几种常见情况,从动件运动规律的选择,1）只对从动件工作行程有要求，而对运动规律无特殊要求,从动件运动规律选取应从便于加工和动力特性来考虑。低速轻载凸轮机构：采用圆弧、直线等易于加工的曲线作为凸轮轮廓曲线；高速凸轮机构：首先考虑动力特性，以避免产生过大的冲击。,2）机器工作过程对从动件的的运动规律有特殊要求,凸轮转速不高，按工作要求选择运动规律；凸轮转速较高时，选定主运动规律后，进行组合改进。,3）使所设计的凸轮便于加工。,2）使凸轮机构具有良好的动力特性；,1）满足机器的工作要求；,返回本节,第三节 凸轮轮廓曲线的设计,返回本章,假想给整个机构加一公共角速度-,则凸轮相对静止不动，而从动件一方面随导轨以-绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期的往复移动。从动件尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。,1、图解法 2、解析法,反转法原理,二、凸轮廓线设计方法的基本原理,一、凸轮廓线的设计方法,课间休息,首钢矿业公司培训中心,按预定的连杆位置设计四杆机构,设计方法：,返回首页,按两连架杆的预定位置设计四杆机构,设计方法：指根据机构的倒置理论，通过取不同构件为机架，可以将按连架杆预定位置设计四杆机构的问题转化为按连杆预定位置设计四杆机构的问题。这种方法称为机构转化法或反转法。,返回首页,铰链A、D相对于铰链B、C的运动轨迹各为一圆弧，依据转化原理，将连杆固定作为机架，得一转化机构，在转化机构中，AD成为连杆。只要求出原机架AD相对于标志线的三组对应位置，原问题就转化为按连杆三组位置设计四杆机构的问题。,按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构,返回首页,按给定的行程速比系数K设计四杆机构,根据行程速比系数设计四杆机构时，可利用机构在极位时的几何关系，再结合其他辅助条件进行设计。,返回首页,