第5章 凸轮机构及间歇运动机构_工学_高等教育_教育专区。李育锡机械设计基础

  凸轮机构的组成和工作原理 凸轮机构 ? ? ? 凸轮机构的特点、应用和分类 凸轮机构从动件运动规律 凸轮轮廓曲线 凸轮机构的特点、应用和分类 一、凸轮机构的特点与应用 ? ? ? 可实现从动件的各种复杂运动规律 结构简单 易磨损(高副) ? 常用于自动化生产设备中传 力不大的场合 内燃机 配气机构 凸轮式内燃机配气机构 二、凸轮机构的类型 1、按凸轮的形状分类 (1)、盘形回转凸轮 盘形凸轮结构 (2)、移动凸轮 盘形凸轮的结构 1.凸轮轴 2.整体式 3.组合式 (3)、圆柱回转凸轮 2、按从动件的形状分类 (1)、尖顶从动件 (2)、滚子从动件 (2)、平底从动件 3、 按从动件的运动形式分类 移动从动件 摆动从动件 4、按锁合方式分类 力锁合:如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等 形锁合:如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等 §5-2 5.2.1 从动件的位移图线 常用的从动件运动规律 ★基圆:以凸轮最小半径rb所 作的圆,rb称为凸轮的基圆半 径。 ★推程、推程运动角: ★远停歇、远停歇角: ★回程、回程运动角: ★近停歇、近停歇角: ★行程:h ★位移:s=r-rb ★推杆的运动规律:是指推杆 在运动过程中,其位移、速度 和加速度随时间变化(凸轮转 角δ变化)的规律。 ?1 ?2 ?3 ?4 凸轮轮廓与位移图线之间的关系 一、等速运动规律 ★运动方程式一般表达式: ? ? v ? ds / dt ? C1? ? a ? dv / dt ? 0 ? ? s ? C0 ? C1? 推程: 回程: 0≤δ≤δ0 0≤δ≤δh 0≤S≤h 0≤S≤h 初始条件: 初始条件: δ=0;S=0 δ=0 S=h 终止条件: 终止条件: δ=δ0 S=h δ=δh S=0 推程运动方程 推程运动方程 式: 式: 推程运动线图: 运动特性:推杆在运动的起始点 和终止点因速度有突变,在理论上加 速度值为瞬时无穷大,产生刚性冲击。 适用场合:低速、轻载 二、等加速等减速运动规律 ★运动方程式一般表达式: ? ? v ? ds / dt ? C1? ? 2C 2?? ? ? a ? dv / dt ? 2C 2? ? 2 s ? C0 ? C1? ? C 2? 推程: 回程: 0≤δ≤δ0 0≤S≤h 等加速段: 0≤δ≤δ0/2 0≤S≤h/2 运动方程式: 0≤δ≤δ0' 0≤S≤h 等加速段: 0≤δ≤δ0'/2 h≤S≤h/2 运动方程式: 等减速段: δ0/2≤δ≤δ0 h/2≤S≤h 运动方程式 等减速段: δ0'/2≤δ≤δ0 h/2≤S≤0 运动方程式 运动特性:在起点、中点和 终点时,加速度存在有限的突变, 引起柔性冲击 适用场合:中速、轻载 三、简谐运动规律(余弦加速度运动规律) 推杆推程运动方程式: ? ?? ?? ? ? 1 ? cos ? ? ?? ?? ? 0 ?? ? ?? ? ? h? ? v? sin ? ?? ? 2? 0 ? ?0 ? ?? ? ? 2 h? 2 a? cos? ?? 2 ? ? 2? 0 ? ?0 ? h s? 2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 推杆回程运动方程式: ? ? ? ? h? ? ? ? ? ? ? v?? sin ? ? ? ? ? ? ? 2? 0 ? ?0 ? ? ? ? ?? ? 2 h? 2 a?? cos? ?? ? ? ? ? ? ?? 2? 0 ? ?0 ? ? ? ?? h? s ? ?1 ? cos? ?? ? ? ? ? ?? 2? ? ?0 运动特性:加速度在起点 和终点时有有限数值的突变, 故也有柔性冲击 适用场合:中速、中载。 推杆回程运动规律与推 程时的相对称 四、正弦加速度运动规律 推杆推程运动方程式: ?? ? 2? 1 s ? h? ? sin ? ? ? 2? ? ?0 ?? 0 h? ? 2? ? ? v? 1 ? cos ?? ? ?0 ? ?0 ? ? ? 2? ? 2? h? 2 ? a? sin ?? 2 ? ? 2? 0 ? ?0 ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 运动特性:加速度在没有 突变,没有冲击 适用场合:高速 各种运动规律比较 运动规律 等速运动规律 等加速等减速运动 余弦加速度运动规律 正弦加速度运动规律 五次多项式运动规律 运动特性 有刚性冲击 柔性冲击 柔性冲击 无冲击 无冲击 适用场合 低速轻载 中速轻载 中低速重载 中高速轻载 高速中载 从动件运动规律的选择 对运动规律有要求的凸轮机构,只能按所规定的运动规律来设 计 只对推杆工作行程有要求,而对运动规律无特殊要求时,推杆 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。 大质量从动件不宜选用νmax太大的运动规律 高速度从动件不宜选用amax太大的运动规律 从动件位移图线 凸轮轮廓曲线设计 一、 反转法的原理 本章重点 二、用作图法设计凸轮轮廓 1、对心直动尖顶从动件盘形凸轮 设计要求:已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆的运 动规律如图所示。试设计该对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线、对心直动滚子从动件盘形凸轮 设 计 原 理 2、对心直动滚子从动件盘形凸轮 已知条件: 凸轮的基圆半径为r0,滚子半径rr,凸轮沿逆时针方向等速回转。 推杆的运动规律如图所示。试设计对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸 轮廓线、对心直动平底从动件盘形凸轮 已知条件: 凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆 的运动规律如图所示。试设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构的 凸轮廓线、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构 设 计 原 理 例题:偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构 5、尖顶摆动从动件盘形凸轮机构 已知条件:已知凸轮的基圆半径r0,凸轮转动方向。凸轮转动中心与 从动件摆动中心的距离,从动件的长度,从动件的运动规律。 例题 ? ? 4、用作图法设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮 机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等角速度逆时针 回转,右偏距10,基园半径30,滚子半径5。从动 件运动规律为:推程等加速等减速上升16,推程运 动角150°;远休止角120 °;回程等减速等加速, 回程运动角30 °;近休止角60 °。 5、试设计一对心直动平底从动件盘形凸轮机构的 凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等角速度顺时针回转, 基园半径30。从动件运动规律为:推程等加速等减 速上升16,推程运动角150°;远休止角120 °; 回程等减速等加速,回程运动角30 °;近休止角 60 °。 例题 ? 用作图法设计一对心直动滚子从动件盘形凸 轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等角速 度逆时针回转,基园半径30,滚子半径5。 从动件行程为16,运动规律如习题(2)中 图5-17所示,其中Φ1=120 °、 Φ2=60 °、 Φ3=120 °、 Φ4=60 °。 §5-4 凸轮机构的压力角和基圆半径 一、 凸轮机构的压力角 各种凸轮机构 压力角的绘制 1. 凸轮机构的压力角:从动 件运动方向与其受力方向之间 所夹的锐角 有效分力F2=Fcosα 有害分力F1=Fsinα α ,F1 生自锁 超过摩擦力时,机构将发 返回 二、 凸轮机构的压力角与基圆半径之间的关系 v2 ? ? ( r0 ? s) v1 ? v2 tan ? ? ? ( r0 ? s) tan ? r0 ? ? tan ? ?2 ?s r0 ? ? tan ? ?2 ?s α越大,r0越小,凸轮机构紧凑。 α越小,r0越大,凸轮机构传 力性能越好,但机构不紧凑 推荐 r0 ? (0.8 ~ 1)d ? rr d:安装凸轮处轴径 rr:滚子半径 跳过 三、 滚子半径的选取 理论廓线的曲率半径:r 滚子半径:rr 实际廓线的曲率半径:ra 内凹轮廓: 外凸轮廓: ra=r?rr 结论 外凸的凸轮轮廓曲线, 应使rrρmin,通常取 rr ? 0.8r min 同时ρa=1-5mm,另外滚子半径还受强度、结 构等的限制,因而也不能做得太小,通常取滚子半 径rr=0.4r0。 § 5.5 间歇运动机构 一、棘 轮 机 构 棘轮机构的工作原理和类型 1、齿式棘轮机构 1、单动式棘轮机 构 双动式及可变向棘轮机构 翻转变向棘轮机构 回转变向棘轮机构 外啮合式棘轮机构 内啮合式棘轮机构 自行车中的棘轮机构 棘轮转角的调节 1.调节摇杆摆动角度的大小,控制棘轮的转角 用遮板调节棘轮转角 齿式棘轮机构的特点 齿式棘轮机构运动可靠,从动棘轮容 易实现有级调节,但是有噪声、冲击,轮 齿易摩损,高速时尤其严重,常用于低速、 轻载的间歇传动。 2、摩擦式棘轮机构 摩擦式棘轮机构可实现有级调节,无噪声,有打滑 3、棘轮机构的应用 1)、送进和输送 2)、制动 3)、超越 例题 ? 在牛头刨床的进给机构中,设进给螺旋的导程为 5mm,而与螺旋固定连接的棘轮有28个齿,问 棘轮的最小转角是多少?该牛头刨床的最小进给 量是多少? 二、槽 轮 机 构 1、槽轮机构的工作原理和特点 外啮合槽轮机构 内啮合槽轮机构 槽轮机构的类型及应用 电影放映机中的槽轮机构(动画) 空间槽轮机构(动画) 六角车床上的槽轮机构 优点:结构简单,工作可靠,大发888手机版登录效率高,能准确控制转动的角度。 常用于要求恒定旋转角的分度机构中。 缺点:①对一个已定的槽轮机构来说,其转角不能调节。 ②在转动始、末,加速度变化较大,有冲击。 应用:应用在转速不高,要求间歇转动的装置中。 电影放映机中,用以间歇地移动影片。自动机中的自动传送链装置。 2、 槽轮机构的运动特性 槽轮的槽数z 单销时 td 2?1 k? ? t 2? 2? 2? 1 ? ? ? 2? 2 ? ? ? Z 讨论:1) 2?1 Z ? 2 1 1 k? ? ? ? 2? 2Z 2 Z k0,∴Z≥3 1 2) k ? 槽轮的运动时间总小于静止时间 2 2. 拨盘上的圆柱销数n的确定 欲使k0.5,可增加销子数量 讨论:由k1,可知 当Z=3时,圆销的数目可为1~5; 当Z=4或5时,圆销的数目可为1~3; 当Z≥6时,圆销的数目可为1~2。 一般情况下Z=4~8。 ? n( Z ? 2) k? 2Z 三、不完全齿轮机构简介 从动轮每转一周的停歇时间、运动时间及每次转动的角度变化 范围都较大,设计较灵活;但加工工艺复杂,从动轮在运动开 始,终了时冲击较大,故一般用于低速、轻载场合。 ? 例题 1.已知槽轮的槽数z=6,拨盘的园销数K=1 ,转速n1=60rpm,求槽轮的运动时间和 静止时间。 2.在转塔车床上六角刀架转位用的槽轮机构 中,已知槽数z=6,槽轮在一周期内的静 止时间为5/6秒,运动时间为静止时间的2 倍。求槽轮机构的运动特性系数及所需的 圆销数K。 本章重点 凸轮机构常用的从动件运动规律的特点 及相应的位移图线绘制 ? 凸轮轮廓曲线绘制 ? 槽轮机构的主要参数计算 ? 棘轮机构的工作原理 ?