第三章凸輪機構

2023-02-15 06:54:04 字數 4548 閱讀 9995

§3-1凸輪機構的組成和型別

一、凸輪機構的組成

1、凸輪:具有曲線輪廓或溝槽的構件,當它運動時,通過其上的曲線輪

廓與從動件的高副接觸,使從動件獲得預期的運動。

2、凸輪機構的組成:由凸輪、從動件、機架這三個基本構件所組成的

一種高副機構。

二、凸輪機構的型別

1.按照凸輪的形狀分:

空間凸輪機構:

盤形凸輪:凸輪呈盤狀,並且具有變化的向徑。它是凸輪最基本的形式,應用最廣。

移動(楔形)凸輪:凸輪呈板狀,它相對於機架作直線移動。盤形凸輪轉

軸位於無窮遠處。

空間凸輪機構:

圓柱凸輪:凸輪的輪廓曲線做在圓柱體上。

2.按照從動件的形狀分:

(1)尖端從動件

從動件尖端能與任意形狀凸輪接觸,使從動件實現任意運動規律。結構簡單,但尖端易磨損,適於低速、傳力不大場合。

(2)曲面從動件:從動件端部做成曲面,不易磨損,使用廣泛。

(3)滾子從動件:滑動摩擦變為滾動摩擦,傳遞較大動力。

(4)平底從動件

優點:平底與凸輪之間易形成油膜,潤滑狀態穩定。不計摩擦時,凸輪給從動件的力始終垂直於從動件的平底,受力平穩,傳動效率高,常用於高速。

缺點:凸輪輪廓必須全部是外凸的。

3.按照從動件的運動形式分:

4.按照凸輪與從動件維持高副接觸的方法分:

1)力封閉型凸輪機構:

利用重力、彈簧力或其它外力使從動件與凸輪輪廓始終保持接觸。封閉方式簡單,對從動件運動規律沒有限制。

5、其它

反凸輪機構:擺桿為主動件,凸輪為從動件。

應用例項:自動銑槽機應用反凸輪實現料斗翻轉

§3-2凸輪機構的特點和功能

一.凸輪機構的特點

1、優點: (1)結構簡單、緊湊,具有很少的活動構件,佔據空間小。

2)最大優點是對於任意要求的從動件運動規律都可以毫無困難

地設計出凸輪廓線來實現。

2、缺點:由於是高副接觸,易磨損,因此多用於傳力不大的場合。

二.功能

1、實現無特定運動規律要求的工作行程

應用例項:車床床頭箱中利用凸輪機構實現變速操縱

2、實現有特定運動規律要求的工作行程

應用例項:自動工具機中利用凸輪機構實現進刀、退刀

3、實現對運動和動力特性有特殊要求的工作行程

應用例項:船用柴油機中利用凸輪機構控制閥門的啟閉

4、實現複雜的運動軌跡

應用例項:印刷機中利用凸輪機構適當組合實現吸紙吸頭的複雜運動

軌跡§3-3從動件運動規律設計

一.基礎知識

1、從動件運動規律:從動件的位移、速度、加速度及加速度變化率隨時間或凸輪轉角變化的規律。

2、基圓:以凸輪輪廓的最小向徑為半徑所作的圓

3、公升距:從動件上公升的最大距離

二.從動件常用運動規律

1、等速(直線)運動規律

從動件的速度為常數

運動方程式運動線圖:

推程回程:

特點:剛性衝擊,速度有突變,加速度理論上由零

至無窮大,從而使從動件產生巨大慣性力,構件受到強烈衝擊。

適用場合:低速輕載

2、等加速等減速(拋物線)運動規律

從動件的位移曲線為拋物線。從動件在推程或回程的前半個行程中作等加速運動,後半個行程作等減速運動,且通常加速度和減速度絕對值相等。

運動方程式

推程: 回程運動線圖:

特點:有柔性衝擊

適用場合:中速輕載

3、簡諧(余弦加速度)運動規律

加速度曲線為余弦曲線,即當質點在圓周上作勻速運動時,它在該圓直徑上的投影所構成的運動規律。

運動方程式運動線圖:

推程 :

回程 :

特點:有柔性衝擊

適用場合:中速輕載。當從動件做無歇止的公升、降、公升運動時,可用於高速場

合。4、擺線(正弦加速度)運動規律

半徑為的滾圓沿縱座標軸做等速無滑動的純滾動,圓上最初位於原點的點其位移隨時間變化規律加速度曲線為擺線運動規律。

運動方程式運動線圖:推程:

回程:特點:無剛性、柔性衝擊

適用場合:高速

5、3-4-5次(5次)多項式運動規律

運動方程式:

推程:回程:特點:無剛性、柔性衝擊

適用場合:高速中載

三.從動件常用運動規律的選擇

1、常用運動規律特性比較

表3-2常用運動規律特性比較及適用場合

2、從動件運動規律的選取原則

(1)當機械的工作過程只要求從動件實現一定的工作行程,而對其運動規律無特殊要求時,應考慮所選的運動規律使凸輪機構具有良好的動力特性和便於加工。

低速輕載:主要考慮加工,選擇圓弧、直線等易加工的曲線作凸輪輪廓,這時的動力特性不是主要的。

高速輕載:首先考慮動力特性,避免產生過大衝擊。

(2)當機械的工作過程對從動件的運動規律有特殊要求,而凸輪的轉速又不太高時,應首先從滿足工作需求出發來選擇從動件的運動規律,其次考慮其動力特性和便於加工。

(3)當機械的工作過程對從動件的運動規律有特殊要求,而凸輪的轉速又較高時,應兼顧兩者來設計從動件的運動規律。通常可考慮把不同形式的運動規律恰當地組合起來,形成既能滿足工作對運動的特殊要求,又具有良好動力效能。

(4)在選擇或設計從動件運動規律時,除了要考慮其衝擊特性外,還應考慮其具有的最大速度、最大加速度和最大躍度,這些值也會從不同角度影響凸輪機構的工作效能。

和機構動量有關,影響機構停、動靈活和執行安全。

和機構慣性有關,對構件的強度和耐磨性要求較高。

:與慣性力的變化率有關,影響從動件系統的振動和工作平穩性。

四、從動件運動規律的組合

組合後的從動件運動規律應滿足以下要求:

1、滿足工作對從動件特殊的運動要求;

2、為避免剛性衝擊,位移曲線和速度曲線(包括起始點和終點)必須連續 。

對高、中速凸輪機構,還應當避免柔性衝擊,其加速度曲線(包括起始點和

終點)也必須連續。躍度曲線可以不連續,但不能出現無窮大。即在用不

同運動規律組合起來形成從動件完整的運動規律時,各段的位移、速度、加

速度曲線在連線點處其值應分別相等,這是運動規律組合時應滿足的邊界條

件。3、應使最大速度、最大加速度的值盡可能小。

§3-4凸輪廓線設計

一、反轉法原理

凸輪機構工作時,凸輪以等角速度勻速轉動,推動從動件在導路中往復移動。為繪圖方便,假設凸輪固定不動,從動件一方面隨導路一起以角速度勻速轉動,同時又在導路中作相對移動。由於從動件尖端始終與凸輪輪廓曲線接觸,故反轉後從動件尖端的運動軌跡就是凸輪的輪廓曲線。

二、用**法設計凸輪輪廓

一)移動從動件盤形凸輪輪廓

1、尖端從動件

已知:基圓半徑,偏距,等角速度逆時針方向轉動。

設計步驟(略)

2、滾子從動件

已知:基圓半徑,偏距,滾子半徑,凸輪以等角速度逆時針方向轉動。

設計步驟(略)

3、平底從動件

已知:基圓半徑,偏距,滾子半徑,凸輪以等角速度逆時針方向轉動。

二)擺動從動件盤形凸輪輪廓設計

已知:基圓半徑,凸輪軸心與從動件轉動中心距離,擺桿長度,凸輪以等角速度逆時針方向轉動。

三)圓柱凸輪輪廓曲線設計

已知:凸輪的平均圓柱半徑,滾子半徑,從動件長度,凸輪以等角速度逆時針方向轉動。

三、用解析法設計凸輪輪廓

1、移動滾子從動件盤形凸輪機構

(1)理論廓線方程

根據反轉法原理,b點的直角座標為:

即凸輪理論廓線方程

式中:對於對心從動件,由於,凸輪理論廓線的方程式可表示為:

(2)實際廓線方程

凸輪的實際輪廓是理論輪廓的等距(滾子半徑)曲線。由高等數學可知,曲線上任一點的斜率與該點的切線斜率互為負倒數,故理論廓線上b點處法線的斜率為:

則實際廓線上對應點b′的座標為:

即凸輪實際廓線方程式。上面一組加減號表示一條內包絡線,下面一組加減號表示一條外包絡線。

(3)刀具中心軌跡

滾子從動件盤形凸輪加工時,盡可能採用直徑和滾子相同的刀具,刀具中心軌跡與凸輪理論廓線重合,理論廓線的方程即為刀具中心軌跡方程。當用直徑大於滾子的銑刀或砂輪來加工凸輪廓線,或**切割機床上用鉬絲(直徑遠小於滾子)來加工凸輪時,刀具(半徑為)中心不在理論廓線上,而在與理論廓線的等距()線上。故用()代替,即可得到刀具中心軌跡方程:

2、移動平底從動件盤形凸輪機構

(1)實際廓線方程

凸輪與平底從動件的瞬心p點的速度

凸輪實際廓線上任意一點b的座標

即凸輪實際廓線方程

(2)刀具中心軌跡

當用砂輪端麵加工凸輪時,刀具中心的軌跡方程為:

當用銑刀、砂輪或鉬絲的外圓加工凸輪時,刀具中心的運動軌跡是凸輪實際廓線的等距()曲線。

3、擺動滾子從動件盤形凸輪機構

(1)理論廓線方程

凸輪廓線上任意一點b的座標為:

即理論廓線方程

實際廓線和刀具中心軌跡方程(略)

§3-5凸輪機構基本尺寸的確定

一、移動滾子從動件盤形凸輪機構

1、壓力角及其許用值

壓力角:在不計摩擦的情況下,凸輪對從動件作用力的方向線與從動件上力作用點的速度方向之間所夾的銳角。壓力角是機構位置的函式。

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