凸輪機(jī)構(gòu)教案

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1、凸輪機(jī)構(gòu) 4.1凸輪機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用 4.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的組成和應(yīng)用 組成：由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三部分組成 特點(diǎn)： 1） 只要設(shè)計(jì)出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，就可以使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任何預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 2） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。 3） 凸輪機(jī)構(gòu)是高副機(jī)構(gòu)，易于磨損。 4） 凸輪輪廓加工比較困難。 應(yīng)用：只適用于傳遞動(dòng)力不大的場(chǎng)合。 應(yīng)用實(shí)例：內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu) 繞線機(jī)的凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪自動(dòng)送料機(jī)構(gòu) 結(jié)論：從動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線或凹槽曲線的形狀 二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類 （一）按凸輪的形狀分 1 ?盤形凸輪（盤形凸輪是一個(gè)具有變化向徑的盤形構(gòu)件繞固定軸線回轉(zhuǎn) ） 尖頂移動(dòng)

2、從動(dòng)桿盤形凸輪機(jī)構(gòu) 滾子移動(dòng)從動(dòng)桿盤形凸輪機(jī)構(gòu) 平底移動(dòng)從動(dòng)桿盤形凸輪機(jī)構(gòu) 尖頂擺動(dòng)從動(dòng)桿盤形凸輪機(jī)構(gòu) 滾子擺動(dòng)從動(dòng)桿盤形凸輪機(jī)構(gòu) 平底擺動(dòng)從動(dòng)桿盤形凸輪機(jī)構(gòu) 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是從動(dòng)件行程不能太大，否則凸輪運(yùn)轉(zhuǎn)沉重 2 ?移動(dòng)凸輪（移動(dòng)凸輪可看作是轉(zhuǎn)軸在無(wú)窮 遠(yuǎn)處的盤形凸輪的一部分，它 作往復(fù)直線移動(dòng)。） 特點(diǎn)：凸輪和從動(dòng)件都可作往復(fù)移動(dòng)。 3. 圓柱凸輪（圓柱凸輪是一個(gè)在圓 柱面上開(kāi)有曲線凹槽，或是在圓柱端 面上作出曲線輪廓的構(gòu)件，它可看作 是將移動(dòng)凸輪卷于圓柱體上形成的。） 特點(diǎn)：從動(dòng)件可獲得較大的行程。 （二）按從動(dòng)桿的端部型式分 1尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 特

3、點(diǎn)： （1） 傳動(dòng)靈敏。 （2） 從動(dòng)桿的構(gòu)造最簡(jiǎn)單，但易磨損。 應(yīng)用：只適用于作用力不大和速度較低的場(chǎng)合 （如用于儀表等機(jī)構(gòu)中） 2 ?滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 特點(diǎn)：磨損較小，可用來(lái)傳遞較大的動(dòng)力，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 應(yīng)用：常用于速度不高、載荷較大的場(chǎng)合。 3 ?平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) 特點(diǎn)：傳動(dòng)平穩(wěn)，潤(rùn)滑較好，傳動(dòng)效率高 應(yīng)用：常用于高速傳動(dòng)中。但平底從動(dòng)件不能用于具有內(nèi)凹輪廓曲線的凸輪 4 # Y——. # # （三）按推桿的運(yùn)動(dòng)形式分 移動(dòng)從動(dòng)桿凸輪機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)

4、從動(dòng)桿凸輪機(jī)構(gòu) 4.2凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律 （町 4.2.1基本概念 1、 基圓：以凸輪輪廓最小半徑r b所作的圓 2、 推程：從動(dòng)件經(jīng)過(guò)輪廓AB段，從動(dòng)件被推到最高位置 3、 推程角：角So,這個(gè)行程稱為，S 2稱為 4、 回程：經(jīng)過(guò)輪廓CD段，從動(dòng)件由最高位置回到最低位置； 5、 回程角：角S 2 6、 遠(yuǎn)停程角：角S 1 7、 近停程角：角S 3 凸輪與從動(dòng)件的關(guān)系： 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪的輪廓曲線形狀。 4.2.2從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 1 ?等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：當(dāng)凸輪作等角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件上升或下降的速度為一 常數(shù)，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律

5、稱之。 （1）位移曲線（S — S曲線） 若從動(dòng)件在整個(gè)升程中的總位移為 h，凸輪上對(duì)應(yīng)的升程角為S ,那么由運(yùn)動(dòng) 學(xué)可知，在等速運(yùn)動(dòng)中，從動(dòng)件的位移 S與時(shí)間t的關(guān)系為: S= v ? t 凸輪轉(zhuǎn)角S與時(shí)間t的關(guān)系為：S = t 則從動(dòng)件的位移S與凸輪轉(zhuǎn)角S之間的關(guān)系為: S =— co v和3都是常數(shù)，所以位移和轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系。因 此，從動(dòng)件作等速運(yùn)動(dòng)的位移曲線是一條向上的 斜直 從動(dòng)件在回程時(shí)的位移曲線則與下圖相反，是 條向下的斜直線 (2) 等速運(yùn)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn) 由于從動(dòng)件在推程和回程中的速度不變，加速度為零，故運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；但在運(yùn)動(dòng) 開(kāi)始和終止時(shí)；從動(dòng)件

6、的速度從零突然增大到 V或由V突然減為零，此時(shí)，理論上 的加速度為無(wú)窮大，從動(dòng)件將產(chǎn)生很大的慣性力，使凸輪機(jī)構(gòu)受到很大沖擊，這種 沖擊稱剛性沖擊。隨著凸輪的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生連續(xù)的周期性沖 擊，引起強(qiáng)烈振動(dòng)，對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的工作十分不利。因此，這種凸輪機(jī)構(gòu)一般只適用 于低速轉(zhuǎn)動(dòng)和從動(dòng)件質(zhì)量不大的場(chǎng)合。 2 ?等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：當(dāng)凸輪作等角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)件在升程 (或回程)的 前半程作等加速運(yùn)動(dòng)，后半程作等減速運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為。 (1)位移曲線(S 曲線) 1 s at 2 由運(yùn)動(dòng)學(xué)可知，當(dāng)物體作初速度為零的等加速度直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的位

7、移方程: 在凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪按等角速度3旋轉(zhuǎn)，凸輪轉(zhuǎn)角S與時(shí)間t之間的關(guān)系為： D v A, 2r 1 2 3 T 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移曲線 則從動(dòng)件的位移S與凸輪轉(zhuǎn)角S之間的關(guān)系為： s_ a?， 式中a和3都是常數(shù)，所以位移s和轉(zhuǎn)角S成二次函數(shù) 2 的關(guān)系，所以，從動(dòng)件作等加速等減速運(yùn)動(dòng)的位移曲線是拋物線。因此，從動(dòng)件在 推程和回程中的位移曲線是由兩段曲率方向相反的拋物線連成。 (2)等加速等減速運(yùn)動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn) 從動(dòng)件按等加速等減速規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度由零逐漸增至最大，而后又逐步

8、減小趨近零，這樣就避免了剛性沖擊，改善了凸輪機(jī)構(gòu)的工作平穩(wěn)性。因此，這種 凸輪機(jī)構(gòu)適合在中、低速條件下工作。 4.3盤形凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 一、作圖原理 反轉(zhuǎn)法：在整個(gè)機(jī)構(gòu)上加上一個(gè)反轉(zhuǎn)的角速度，機(jī)構(gòu)中的各件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變， 凸輪不動(dòng)，從動(dòng)件一方面繞圓心作- 3,另一方面在自己的導(dǎo)路中按預(yù)定的規(guī) 律運(yùn)動(dòng)。尖頂?shù)能壽E就是凸輪的輪廓。 二、作圖 1、尖頂對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪 (1) 選取適當(dāng)比例尺作位移線圖和基圓 (2) 作位移線圖和基圓取分點(diǎn) 保持等分角度一致 (3) 沿導(dǎo)路方向量取各點(diǎn)的位移量 (4) 光滑連接各點(diǎn)，形成輪廓曲線 認(rèn) 對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓

9、的繪制 2、滾子移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪 (1)同前 (2)在已畫(huà)出的理論輪廓曲線上選一系列點(diǎn)為圓心， 以滾子半徑為半徑作若干 個(gè)滾子圓，此圓族的內(nèi)包絡(luò)線即為所求的凸輪輪廓曲線。它是實(shí)際與滾子 接觸的凸輪輪廓，所以稱為凸輪的實(shí)際輪廓。 4.4凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 441滾子半徑的選擇 (1)內(nèi)凹凸輪廓線 無(wú)論滾子半徑多大，總能由理論廓線求出實(shí)際輪廓 (2)外凸凸輪廓線 光滑曲線 出現(xiàn)尖點(diǎn) 出現(xiàn)交叉 運(yùn)動(dòng)失真：當(dāng)滾子半徑小于等于理論輪廓上的最小曲率半徑時(shí)，實(shí)際輪廓出現(xiàn) 尖點(diǎn)或交叉，在進(jìn)行加工時(shí)，尖點(diǎn)以外的部分將被刀具切去，凸輪輪廓出現(xiàn)過(guò)度切 割，使從動(dòng)件不能準(zhǔn)

10、確實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為運(yùn)動(dòng)失真。 避免運(yùn)動(dòng)失真的措施: ① 減小滾子半徑rT ② 增大基圓半徑rb 滾子半徑的選擇原則： 根據(jù)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等方面的限制，選擇滾子半徑大小。若利用該滾子半徑使從動(dòng)件 產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)失真，則增大基圓半徑。 442壓力角的校核 壓力角——凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件速度方向與該點(diǎn)受力方向的夾角稱為壓力角 :-o F— 『F^Fcosa 有用力 F — Fsin 有害力 :? T— F’J, F機(jī)構(gòu)傳動(dòng)不利。所以壓力角越小越好。 :-t im,則機(jī)構(gòu)自鎖，所謂自鎖即無(wú)論凸輪施加多大的力都無(wú)法使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng), 這種現(xiàn)象必須避免。 在其它條件不變的情況下，壓力角越小，基圓半徑越大，即凸輪的尺寸越大。 從使結(jié)構(gòu)緊湊的觀點(diǎn)看，壓力角二越大越好。 兼顧以上二者，必須規(guī)定一個(gè)許用的［〉］o 對(duì)直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)［〉］=30?38 擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)［:］=40?50 工作行程 ［］=70?80 回程 443基圓半徑的選擇 凸輪基圓半徑選擇的前提是：:< [:?] 由于壓力角隨凸輪轉(zhuǎn)角變化，因此需求最大壓力角 :-max。 (1) 令 :ma>= [CC ]來(lái)確定r bmin (2) 令凸輪基圓半徑大于等于1.6?2倍的軸徑，檢驗(yàn):-是否小于[〉]，若不 滿足則增大基圓半徑。 13