第4章 4-1 凸轮机构的组成、应用及分类学习资料

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第4章--凸轮机构

第4章--凸轮机构
③确定反转后,从动件滚子中心在各等份点的位置。
理论轮廓 实际轮廓
④将各中心点连接成一条光滑曲线。 ⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线(中心轨迹的等距曲线)。
3、对心直动平底推杆盘形凸轮
对心直动平底推杆凸轮机构中,
已知凸轮的基圆半径r0,角速度ω和
推杆的运动规律,设计该凸轮轮廓曲
线。
8’ 7’ 5’ 3’ 1’
一、凸轮机构的工作过程
名词术语:基圆、基圆半径、推程、
s
推程运动角、远停程、远停程角、 B’
回程、 回程运动角、 近停程、 近停程角
运动规律:推杆在推程或回程
时,其位移S、速度V、和加速 度a 随时间t 的变化规律。
A
D δ0
2
δ’0
r0
δ
0
δ01
h
t
o δ0 δ δ’ δ δ
01 0 02
ω
B
S=S(t)
滚子材料可选用20Cr、18CrMoTi等,经渗碳淬火,表 面硬度达56~62HRC,也可用滚动轴承作为滚子。
实例分析
实例一 图4-33是钉 鞋机中主要组成部件—凸 轮组件,从图中可看出, 当钉鞋机转动手轮,使得 凸轮组件转动时,实际上 是四个不同的凸轮同时在 转动,两个是凹槽凸轮, 两个是一般常见的盘形凸 轮。钉鞋机就是靠四个凸 轮带动相对应的杆件运动 来达到预定的运动要求, 完成钉鞋机的工作。
④作平底直线族的内包络线。
4、偏置直动尖顶推杆盘形凸轮
偏置直动尖顶推杆凸轮机构中,
e
已知凸轮的基圆半径r0,角速度ω和推

杆的运动规律和偏心距e,设计该凸轮
轮廓曲线。
8’ 7’ 5’ 3’ 1’
1 3 5 78

第四章 凸轮机构

第四章 凸轮机构
凸轮机构分类 按从动件的运动形式分:
直动从动件凸轮机构
摆动从动件凸轮机构
7
4.1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构分类 按从动件的形式分:
尖顶从动件凸轮机构
平底从动件凸轮机构
滚子从动件凸轮机构
8
4.1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构分类
按凸轮与从动件保持接触的方式分类(锁合方式):
重力锁合
,t
h cos 2 2
2 2
,t
加速度曲线不连续,存在 柔性冲击。余弦加速度运动 规律适用于中低速中载场 合。
a
amax4.93h2Φ 2
,t
4.2 从动件的运动规律
3. 余弦加速度运动规律
v 5 h /20 4 3 6 2
速度线图
7 1
8 0
第四章 凸轮机构
4.1 凸轮机构的应用和类型
4.2 从动件的常用运动规律 4.3 凸轮机构的压力角
4.4 图解法设计凸轮轮廓
1
4.1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构实例
内燃机配气机构
2
4.1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构实例
自动机床进刀机构
3
4.1 凸轮机构的应用和类型
凸轮机构实例
绕线机构
4
4.1 凸轮机构的应用和类型
弹簧力锁合
槽道凸轮机构
等宽凸轮机构
力封闭凸轮机构
等径凸轮机构
共轭凸轮机构
几何结构封闭凸轮机构
4.1 凸轮机构的应用和类型 凸轮机构的特点:
优点:只需设计适当的凸轮轮廓,便可使从动件得到 所需的运动规律,并且结构简单、紧凑,设计方便。
缺点:凸轮廓线与推杆之间为点接触或线接触,易 磨损,所以凸轮机构多用在传力不大的场合。

机械设计基础第四章

机械设计基础第四章


对心尖端直动从动件 12 盘形凸轮机构

等速运动规律 等加速等减速运动规律 余弦加速度运动规律 正弦加速度运动规律
13
一、等速运动规律
h v2 常数 t1
h s2 v2 t t t1
a2 0
刚性冲击
14
从动件的速度有突变,加速度理论上
发生无穷突变,产生巨大的惯性力, 从而对凸轮机构造成强烈冲击。
轮廓的设计方法及步骤

凸轮机构的基圆半径与许用压力角有什么关系? 棘轮机构和槽轮机构各有什么特点? 槽轮机构有哪些主要参数?如何选取?
76
作业
85~86页: 4-2,4-3,4-4,4-5,4-9,4-11
77
rk<ρmin时,可画出完整的轮廓曲线β’
49
rk=ρmin时, ρ′=0
β’出现尖点 易磨损,从而改变预定的从动件运动规律
50
rk>ρmin时, ρ’<0 β’将出现交叉,在交 叉点以上部分的曲线 加工时将被切去,致 使从动件不能实现预 期的运动规律而发生 运动失真。
51
外凸时,rk min ,
3
内 燃 机 的 凸 轮 配 气 机 构
4
绕线机的凸轮绕线机构
5
缝纫机的凸轮拉线机构
6
移动凸轮机构
7
分类
按凸轮的形状分
盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮
8

按从动件的结构型式分
尖顶从动件
构造简单、易磨损、用于仪表机构
滚子从动件
磨损小,应用广
平底从动件
受力小、润滑好,用于高速传动
9

按从动件的运动方式分
※ 从动件在反转时依次占据的位置均是偏距圆的切线55

机械设计基础课件第4章

机械设计基础课件第4章

图4-19 凸轮机构的压力角 与基圆半径
4.3 盘形凸轮的几何法和解析法设计
• 4.3.1 图解法设计
1.作图原理 凸轮机构工作时,一般以凸轮为原动件, 凸轮是运动的,而绘在图纸上的凸轮是静 止的,因此绘制凸轮轮廓曲线是采用“反 转法”。根据相对运动原理,给整个机构 加上一个公共角速度ω绕凸轮轴心O转动 时,各构件间相对运动不变。若公共角速 度与凸轮的角速度ω1等值、反向,则凸轮 静止,而从动件随机架以-ω1转动,又沿 导路作相对移动;由于从动件始终与凸轮 接触,尖顶的运动轨迹就是凸轮的理论轮 廓。
4.3 盘形凸轮的几何法和解析法设计
• 4.3.1 图解法设计
(4)偏置移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制 如图所示,以O为中心,以偏距e为半径所作的圆称为偏距圆。如图所示,这种凸轮机 构的从动件在反转运动中依次占据的位置将不再是由凸轮轴心O作出的径向线,而是偏 距圆的各切线(图中的KoBo,KIB1,K2B2,…)。因此,从动件的位移Bl'B1, B 2'B2, B3'B3, …也应沿这些切线并由基圆的交点(B1', B2', B3', …)对应向外量取。 其余作图步骤与对心移动尖顶从动件凸轮轮廓的作法基本相同。
凸轮机构按构件形状与运动形式分为不同的类型。 1.按凸轮形状分 (1)盘形凸轮:凸轮绕固定轴转动且径向轮廓尺寸变化的凸轮称为盘形 凸轮,是凸轮的基本型式。 (2)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。 (3)圆柱凸轮:将移动凸轮卷成圆柱体称为圆柱凸轮
4.2 从动件常用运动规律
• 4.2.2 从动件常用规律
3.简谐运动规律 从动件的加速度按余弦规律 变化的运动规律称为简谐运 动规律。指质点在沿半径为R 的圆上作匀速圆周运动时, 其在这个圆上的投影所形成 的运动称为简谐运动。 其S2-δ1、v2-δ1、a2-δ1的关系曲 线如图所示。

机械设计基础-第4章-1-凸轮机构

机械设计基础-第4章-1-凸轮机构
s
30
30
120
120
90
δ
360
七、解析法设计凸轮轮廓曲线
1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
建立凸轮转轴中心的坐标系xOy
根据反转法原理,凸轮以w转过j角;
B点坐标为
x y
(s0 (s0
s) sin j s) cosj
e cosj esinj
上式即为凸轮理论廓线方程
实际廓线与理论廓线在法线上相距
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
凸轮机构是高副机构,易于磨损,因此只适用于传 递动力不大的场合。
示例一 内燃机配气机构
示例二 靠模车削机构
示例 绕线机的凸轮绕线机构
示例 缝纫机的凸轮拉线机构
凸轮机构的主要优点: 使从动件实现预定的运动规律,结接触,容易磨损。 用于传递动力不大的控制机构或调节机构。
2、自D0起,沿-ω方向取δ1-4 角,等分各部分,从D1起以 从动件长度为半径作圆,与基 圆交于C点。
3、C1D1起,分别量取β角, 与2的圆交于B点,连接B0、 B1、B2…,即为凸轮曲线。
例题:设计盘形凸轮机构,已知凸轮角速度ω1逆时针转动, 基圆半径r0=30mm,从动件的行程h=40mm。从动件的 位移线图如下:
第四章 凸轮机构及间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类 §4-2 从动件常用的运动规律 §4-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 §4-4 凸轮机构设计中应注意的问题 §4-5 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件,它通过与从 动件的高副接触,在运动时可以使从动件获得连续或不 连续的任意预期运动。
当凸轮继续以角速度ω1逆时针 转过角度δ2时,从动件尖顶从 C到D,在最远位置停止不动, 对应的δ2是远休止角。

机械设计基础 第七版 第4章 凸轮机构

机械设计基础 第七版 第4章 凸轮机构
动画
4.1.2 凸轮机构的分类
2 按从动件的端部结构分类
(2)滚子从动件 从动件端部装有可以自山转动 的滚子,滚子与凸轮轮廓之间为滚 动摩擦,耐磨损,可以承受较大的 载荷,故应用广泛,如图所示。
动画
4.1.2 凸轮机构的分类
2 按从动件的端部结构分类
(3)平底从动件
从动件的端部是一平底,这种
从动件与凸轮轮廓接触处在一定条
1
按凸轮形状分类
(3)圆柱凸轮 圆柱体的表面上具有曲线凹槽或端面上具有曲线轮廓,称为圆
柱凸轮。属于空间凸轮机构。
动画 圆柱凸轮机构
4.1.2 凸轮机构的分类
2 按从动件的端部结构分类
(1)尖顶从动件 从动件端部以尖顶与凸轮轮廓接 触,如图所示。这种从动件结构最简 单,尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接 触,因此理论上可以实现任意预期的 运动规律。尖顶从动件是研究其他类 型从动件凸轮机构的基础。由于尖顶 与凸轮是点接触,易磨损,故仅适用 于低速轻载的凸轮机构中。
4.1 凸轮机构的类型及应用 4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律 4.3 盘形凸轮轮廓的设计方法 4.4 凸轮机构设计中应注意的问题 4.5 凸轮机构的常用材料和结构
4.1 凸轮机构的类型及应用
学习要点 •了解凸轮机构的组成、分类方法和在工程实际中的应用。
4.1.1 凸轮机构的应用和组成 4.1.2 凸轮机构的分类
4.1.2 凸轮机构的分类
1
按凸轮形状分类
(1)盘形凸轮
具有变化向径的盘状构件称为盘形凸轮。它是凸轮的基本形式。
内燃机配气机构
绕线机的凸轮机构
4.1.2 凸轮机构的分类
1
按凸轮形状分类
(2)移动凸轮 做移动的平面凸轮。可看作是当转动中心在无穷远处时盘形凸

机械设计基础第4章

机械设计基础第4章

第四章凸轮机构在各种机器中,尤其是自动化机器中,为实现各种复杂的运动要求,常采用凸轮机构,其设计比较简便。

只要将凸轮的轮廓曲线按照从动件的运规律设计出来,从动件就能较准确的实现预定的运动规律。

本章将着重研究盘状凸轮轮廓曲线绘制的基本方法和凸轮设计中的相关问题。

§4—1 凸轮机构的应用与分类一、凸轮机构的应用凸轮机构的组成凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。

凸轮通常作等速转动,但也有作往复摆动或移动的。

从动件是被凸轮直接推动的构件。

凸轮机构就是由凸轮、从动件和机架三个主要构件所组成的高副机构。

图4-1所示为内燃机配气凸轮机构。

当具有一定曲线轮廓的凸轮1以等角速度回转时,它的轮廓迫使从动作2(阀杆)按内燃机工作循环的要求启闭阀门。

图4-2为自动机床上控制刀架运动的凸轮机构。

当圆柱凸轮1回转时,凸轮凹槽侧面迫使杆2运动,以驱动刀架运动。

凹槽的形状将决定刀架的运动规律。

内燃机,配气机构凸轮一般作连续等速转动,从动件可作连续或间歇的往复运动或摆动。

凸轮机构广泛用于自动化和半自动化机械中作为控制机构。

但凸轮轮廓与从动件间为点、线接触而易磨损,所以不宜承受重载或冲击载荷。

凸轮机构的特点1)优点:只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线,就可以使推杆得到各种预期的运动规律,且机构简单紧凑。

2)缺点:凸轮廓线与推杆之间为点、线接触,易磨损,所以凸轮机构多用在传力不大的场合。

二、凸轮机构的分类凸轮机构的类型很多,通常按凸轮和从动件的形状、运动形式分类。

⒈按凸轮的形状分类(1)盘形凸轮它是凸轮的最基本型式。

这种凸轮是一个绕固定轴转动并且具有变化半径的盘形零件,如图4-1。

(2)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。

在以上两种凸轮机构中,凸轮与从动件之间的相对运动均为平面运动,故又统称为平面凸轮机构。

(3)圆柱凸轮(圆柱凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽,或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件,它可看作是将移动凸轮卷于圆柱体上形成的。

第4章 凸轮机构

第4章 凸轮机构

滚子半径(rT)的确定
内凹的凸轮轮廓
a min rT
不论滚子半径大小如何, 凸轮的工作廓线总是可 以平滑地作出。
外凸的凸轮轮廓
a min - rT
1)当ρmin= rT,实际轮 廓上将出现尖点
2)当ρmin<rT时,则 为负值,这时实际的轮 廓出现交叉,从动轮将 不能按照预期的运动规 律运动,这种现象称为
从动件位移曲线
盘形凸轮机构基本概念
凸轮轮廓组成 非圆弧曲线 AB、CD 圆弧曲线 BC、DA
基圆 基圆半径r0 推程 行程h
推程运动角δ0 远休止 远休止角δs 回程 回程运动角δh 近休止 近休止角δs
从动件位移曲线
等速运动规律
从动件速度为定值的运动规律称为等速运动规律。
推程
回程(空回行程) [a ] 70 0 ~ 80 0
压力角的选择和检验
压力角与机构尺寸的关系
由速度合成定理作出 B 点的速 度三角形,可得:
tana PD OP e ds/d e
BD s0 s
r02 e2 s
于是
r0
ds/d
(

e

s) 2

e2
tg[a ]
压力角的选择和检验
检验压力角
注意:若测量结果超过许用值,通常可用加大凸轮
基圆半径的方法使max 减小。
设计凸轮机构应注意的问题
若v、s、 已知,则压力角越大,基圆半径 越小,使得机构尺寸紧凑,但易产生自锁。
压力角越小,无用分力越小,受力性能提 高,传动效率加大,避免自锁。
针对凸轮机构传力性能和尺寸紧凑的矛盾, 设计时通常应考虑许用压力角[a]。 一般只针对推程进行压力角的校核。回程 中从动件是由弹簧、自重等外力驱动,而非由 凸轮驱动,故在回程中通常不产生自锁。
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尖顶处安装一滚 子,接触处为滚 动摩擦,耐磨损。
接触处为一平面, 但不能与凹陷的 凸轮轮廓接触。
3)按从动件运动形式
直动从动件 和摆动从动件
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第4章 4-1 凸轮机构的组成、应 用及分类
自动送料机构
绕线机构 录音机卷带机构
➢送料机构 2
作者:潘存云教授
1 3
送料机构
• 圆柱凸轮回转→滚子带动推杆往复摆动→刀 架的进刀和退刀
刀架
o 2
1
机床进给机构
卷带轮
2 1 放音键 1
5
3
卷带轮
45 摩擦轮
放音键
3
录音机卷带机构
皮带轮 摩擦轮
4
录音机卷带机构
• 回转中心趋于
将移动凸轮卷
无穷远,凸轮沿 成圆柱。
机架作直线运动。
件。
盘状凸轮
移动凸轮
回转中心趋于无穷远,凸轮沿机架作 直线运动。
圆柱凸轮
将移动凸轮卷 成圆柱。
2、按从动件的型式分
1、尖顶从动件
2、滚子从动件
3、平底从动件
能与复杂凸轮轮 廓保持接触,能 实现任意预期的 运动规律,但点 接触,磨损快。
皮带轮
凸轮机构的优点:
只需确定适当的凸轮轮廓曲线, 即可实现从动件复杂的运动规律;结 构简单,运动可靠。
缺点: 从动件与凸轮轮廓为点接触或线
接触,接触应力大,易磨损
用途:常用于传力不大的控制机构。
二、凸轮机构的分类
1、按凸轮的形状分
• 固定轴线转 动并具有半径 变化的盘形零
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