摆动从动件盘形凸轮机构
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第三节 盘形凸轮廓线的设计当根据工作要求和结构条件选定了凸轮机构的类型、从动件的运动规律和凸轮的基圆半径(其确定将在下节中介绍)等结构参数后,就可以设计凸轮的轮廓曲线。
凸轮廓线的设计方法有图解法和解析法,其设计原理基本相同。
本节先简要介绍图解法,后重点介绍解析法设计凸轮廓线。
一、凸轮廓线设计的基本原理图4-13 反转法设计凸轮廓线基本原理图4-13所示为一尖顶对心盘形凸轮机构,设凸轮以等角速度ω逆时针转动,推动从动件2在导路中上、下往复移动。
当从动件处于最低位置时,凸轮轮廓曲线与从动件在A 点接触,当凸轮转过1ϕ角时,凸轮的向径A A 0将转到A A '0位置,而凸轮轮廓将转到图中虚线所示的位置。
从动件尖端从最低位置A 上升至B ',上升的位移为B A S '=1,这是从动件的运动位移。
若设凸轮不动,从动件及其运动的导路一起绕A 0点以等角速度-ω转过1ϕ角,从动件将随导路一起以角速度-ω转动,同时又在导路中作相对导路的移动,如图中的虚线位置,此时从动件向上移动的位移为B A 1。
而且,11S B A B A ='=,即在上述两种情况下,从动件移动的距离不变。
由于从动件尖端在运动过程中始终与凸轮轮廓曲线保持接触,所以从动件尖端的运动轨迹即为凸轮轮廓。
设计凸轮廓线时,可由从动件运动位移先定出一系列的B 点,将其连接成光滑曲线,即为凸轮廓线。
由于这种方法是假设凸轮固定不动而使从动件连同导路一起反转,故称为反转法。
对其它类型的凸轮机构,也可利用反转法进行分析和凸轮廓线设计。
二、图解法设计凸轮廓线1. 移动从动件盘形凸轮廓线的设计(1)尖端从动件 图4-14a 所示为一偏置移动尖端从动件盘形凸轮机构。
设已知凸轮的基圆半径为b r ,从动件导路偏于凸轮轴心A 0的左侧,偏距为e ,凸轮以等角速度ω顺时针方向转动。
从动件的位移曲线如图4-14b 所示,试设计凸轮的轮廓曲线。
图4-14 尖端从动件盘形凸轮廓线设计依据反转法原理,具体设计步骤如下。
第5章凸轮机构1.从动件的运动规律:等速,等加速等减速,余弦加速度,正弦加速度2.动力特性:刚性冲击,柔性冲击3.设计原理:反转法,比例尺,等分基圆,偏置从动件压力角与自锁条件4.基本参数:基圆半径,滚子半径,平底尺寸【思考题】5-1 凸轮机构的应用场合是什么?凸轮机构的组成是什么?通常用什么办法保证凸轮与从动件之间的接触?5-2 凸轮机构分成哪几类?凸轮机构有什么特点?5-3 为什么滚子从动件是最常用的从动件型式?5-4 凸轮机构从动件的常用运动规律有那些?各有什么特点?5-5 图解法绘制凸轮轮廓的原理是什么?为什么要采用这种原理?5-6 什么情况下要用解析法设计凸轮的轮廓?5-7 设计凸轮应注意那些问题?5-8 从现有的机器上找出两个凸轮机构应用实例,分析其类型和运动规律?A级能力训练题1.在凸轮机构的几种基本的从动件运动规律中,运动规律使凸轮机构产生刚性冲击,运动规律产生柔性冲击,运动规律则没有冲击。
2.在凸轮机构的各种常用的推杆运动规律中,只宜用于低速的情况,宜用于中速,但不宜用于高速的情况,而可在高速下应用。
3.设计滚子推杆盘形凸轮轮廓线时,若发现凸轮轮廓线有变尖现象,则在尺寸参数的改变上应采取的措施是或。
4.移动从动件盘形凸轮机构,当从动件运动规律一定时,欲同时降低升程的压力角,可采用的措施是。
若只降低升程的压力角,可采用方法。
5.凸轮的基圆半径是从到的最短距离。
6.设计直动滚子推杆盘形凸轮机构的工作廓线时,发现压力角超过了许用值,且廓线出现变尖现象,此时应采用的措施是__________________________________________。
7.与其他机构相比,凸轮机构的最大优点是。
(1)便于润滑(2)可实现客种预期的运动规律(3)从动件的行程可较大(4)制造方便,易获得较高的精度8.凸轮的基圆半径越小,则凸轮机构的压力角,而凸轮机构的尺寸。
(1)增大(2)减小(3)不变(4)增大或减小9.设计凸轮廓线对,若减小凸轮的基圆半径r b,则凸轮廓线曲率半径将。
凸轮机构基本参数的设计前节所先容的几何法和解析法设计凸轮轮廓曲线,其基圆半径r0、直动从动件的偏距e或摆动从动件与凸轮的中心距a、滚子半径rT等基本参数都是预先给定的。
本节将从凸轮机构的传动效率、运动是否失真、结构是否紧凑等方面讨论上述参数的确定方法。
1 凸轮机构的压力角和自锁图示为偏置尖底直动从动件盘形凸轮机构在推程的一个位置。
Q为从动件上作用的载荷(包括工作阻力、重力、弹簧力和惯性力)。
当不考虑摩擦时,凸轮作用于从动件的驱动力F是沿法线方向传递的。
此力可分解为沿从动件运动方向的有用分力F'和使从动件紧压导路的有害分力F''。
驱动力F与有用分力F'之间的夹角a(或接触点法线与从动件上力作用点速度方向所夹的锐角)称为凸轮机构在图示位置时的压力角。
显然,压力角是衡量有用分力F'与有害分力F''之比的重要参数。
压力角a愈大,有害分力F''愈大,由F''引起的导路中的摩擦阻力也愈大,故凸轮推动从动件所需的驱动力也就愈大。
当a增大到某一数值时,因F''而引起的摩擦阻力将会超过有用分力F',这时无论凸轮给从动件的驱动力多大,都不能推动从动件,这种现象称为机构出现自锁。
机构开始出现自锁的压力角alim称为极限压力角,它的数值与支承间的跨距l2、悬臂长度l1、接触面间的摩擦系数和润滑条件等有关。
实践说明,当a增大到接近alim时,即使尚未发生自锁,也会导致驱动力急剧增大,轮廓严重磨损、效率迅速降低。
因此,实际设计中规定了压力角的许用值[a]。
对摆动从动件,通常取[a]=40~50;对直动从动件通常取[a]=30~40。
滚子接触、润滑良好和支承有较好刚性时取数据的上限;否则取下限。
对于力锁合式凸轮机构,其从动件的回程是由弹簧等外力驱动的,而不是由凸轮驱动的,所以不会出现自锁。
因此,力锁合式凸轮机构的回程压力角可以很大,其许用值可取[a]=70~80。
第5章凸轮机构1.从动件的运动规律:等速,等加速等减速,余弦加速度,正弦加速度2.动力特性:刚性冲击,柔性冲击3.设计原理:反转法,比例尺,等分基圆,偏置从动件压力角与自锁条件4.基本参数:基圆半径,滚子半径,平底尺寸【思考题】5-1 凸轮机构的应用场合是什么?凸轮机构的组成是什么?通常用什么办法保证凸轮与从动件之间的接触?5-2 凸轮机构分成哪几类?凸轮机构有什么特点?5-3 为什么滚子从动件是最常用的从动件型式?5-4 凸轮机构从动件的常用运动规律有那些?各有什么特点?5-5 图解法绘制凸轮轮廓的原理是什么?为什么要采用这种原理?5-6 什么情况下要用解析法设计凸轮的轮廓?5-7 设计凸轮应注意那些问题?5-8 从现有的机器上找出两个凸轮机构应用实例,分析其类型和运动规律?A级能力训练题1.在凸轮机构的几种基本的从动件运动规律中,运动规律使凸轮机构产生刚性冲击,运动规律产生柔性冲击,运动规律则没有冲击。
2.在凸轮机构的各种常用的推杆运动规律中,只宜用于低速的情况,宜用于中速,但不宜用于高速的情况,而可在高速下应用。
3.设计滚子推杆盘形凸轮轮廓线时,若发现凸轮轮廓线有变尖现象,则在尺寸参数的改变上应采取的措施是或。
4.移动从动件盘形凸轮机构,当从动件运动规律一定时,欲同时降低升程的压力角,可采用的措施是。
若只降低升程的压力角,可采用方法。
5.凸轮的基圆半径是从到的最短距离。
6.设计直动滚子推杆盘形凸轮机构的工作廓线时,发现压力角超过了许用值,且廓线出现变尖现象,此时应采用的措施是__________________________________________。
7.与其他机构相比,凸轮机构的最大优点是。
(1)便于润滑(2)可实现客种预期的运动规律(3)从动件的行程可较大(4)制造方便,易获得较高的精度8.凸轮的基圆半径越小,则凸轮机构的压力角,而凸轮机构的尺寸。
(1)增大(2)减小(3)不变(4)增大或减小9.设计凸轮廓线对,若减小凸轮的基圆半径r b,则凸轮廓线曲率半径将。
第四节 凸轮机构基本尺寸设计无论是作图法还是解析法,在设计凸轮廓线前,除了需要根据工作要求选定从动件的运动规律外,还需要确定凸轮机构的一些基本参数,如基圆半径b r 、偏距e 、滚子半径r r 等。
一般来讲,这些参数的选择除了应保证从动件能够准确地实现预期的运动规律外,还应当使机构具有良好的受力状况和紧凑的结构。
本节讨论凸轮机构基本尺寸设计的原则和方法。
一、移动滚子从动件盘形凸轮机构1. 压力角同连杆机构一样,压力角也是衡量凸轮机构传力特性好坏的一个重要参数。
所谓凸轮机构的压力角,是指在不计摩擦的情况下,凸轮对从动件作用力的方向线与从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角。
对于图4-22所示的移动滚子从动件盘形凸轮机构来说,过滚子中心所作理论廓线的法线nn 与从动件运动方向之间的夹角α就是压力角。
(1)压力角与作用力的关系 由图4-22可以看出,凸轮对从动件的作用力F 可以分解成两个分力,即沿着从动件运动方向的分力F '和垂直于运动方向的分力F ''。
只有前者是推动从动件克服载荷的有效分力,而后者将增大从动件与导路间的摩擦,它是一种有害分力。
压力角α越大,有害分力越大。
当压力角α增大到某一数值时,有害分力所引起的摩擦阻力将大于有效分力F ',这时无论凸轮给从动件的作用力有多大,都不能推动从动件运动,即机构将发生自锁。
因此为减小侧向推力,避免自锁,压力角α应越小越好。
图4-22 凸轮机构的压力角(2)压力角与机构尺寸的关系 设计凸轮时,除了应使机构具有良好的受力状况外,还希望机构结构紧凑。
而凸轮尺寸的大小取决于凸轮基圆半径的大小。
在实现相同运动规律的情况下,基圆半径越大,凸轮的尺寸也越大。
因此,要获得轻便紧凑的凸轮机构,就应当使基圆半径尽可能地小。
但是基圆半径的大小又和凸轮机构的压力角有直接的关系。
下面以图4-22为例来说明这种关系。
图中,过滚子中心B 所作理论廓线的法线nn 与过凸轮轴心0A 所作从动件导路的垂线交于P 点,由瞬心定义可知,该点即为凸轮与从动件在此位置时的瞬心,且ϕωd ds v P A ==0。
凸轮机构一、填空1.凸轮机构主要是由_______、_______和固定机架三个基本构件所组成。
2.按凸轮的外形,凸轮机构主要分为_______凸轮和_______凸轮两种基本类型。
3.从动杆与凸轮轮廓的接触形式有_______、_______和平底三种。
4.以凸轮的理论轮廓曲线的最小半径所做的圆称为凸轮的_______。
5.凸轮理论轮廓曲线上的点的某点的法线方向(即从动杆的受力方向)与从动杆速度方向之间的夹角称为凸轮在该点的_______。
6.随着凸轮压力角α增大,有害分力F2将会_______而使从动杆自锁“卡死”,通常对移动式从动杆,推程时限制压力角α_______。
7.凸轮机构从动杆等速运动的位移为一条_______线,从动杆等加速等减速运动的位移曲线为一条_______线。
8.等速运动凸轮在速度换接处从动杆将产生_______冲击,引起机构强烈的振动。
9.凸轮机构的移动式从动杆能实现_______。
(a 匀速、平稳的直线运动 b 简偕直线运动 c各种复杂形式的直线运动10.从动杆的端部形状有_______、_______和平底三种。
11.凸轮与从动件接触处的运动副属于_______。
(a 高副 b 转动副 c 移动副)12. 要使常用凸轮机构正常工作,必须以凸轮_______。
( a 作从动件并匀速转动 b 作主动件并变速转动 c 作主动件并匀速转动)13.在要求_______的凸轮机构中,宜使用滚子式从动件。
( a 传力较大 b 传动准确、灵敏 c 转速较高)14.使用滚子式从动杆的凸轮机构,为避免运动规律失真,滚子半径r与凸轮理论轮廓曲线外凸部分最小曲率半径ρ最小之间应满足_______。
(a r >ρ最小 b r =ρ最小 c r <ρ最小)15.凸轮与移动式从动杆接触点的压力角在机构运动时是_______。
( a 恒定的 b 变化的 c 时有时无变化的)16.当凸轮转角δ和从动杆行程H一定时,基圆半径r b与压力角α的关系是_______。
摆动从动件盘形凸轮机构设计基本参数
1.凸轮基本参数:
基圆半径rb=80.000 mm
滚子半径rt=15.000 mm
中心距a=150.000 mm
摆杆长L=120.000 mm
凸轮转速n=50.000 rpm
刀具半径rc=0.080 mm
2.运动规律选择:
推程运动规律:正弦加速度
回程运动规律:余弦加速度
3.运动规律参数
最大摆角Ψ=10.000°
推程角Φ1=40.000°
远停角Φ2=0.000°
回程角Φ3=40.000°
近停角Φ4=280°
初始角Ψ0=32.089°
4.包络类型:内包络
5.设计方向:逆向
推程最大压力角: 033.707 回程最大压力角: 028.257
-----参数说明-----
Φ-凸轮转角(°)
Xa、Ya-实际廓线坐标(mm)
ρb-理论廓线曲率半径(mm)
ρa-实际廓线曲率半径(mm)
曲率半径:“-”曲线外凸,“+”曲线内凹Xc、Yc-刀具中心轨迹坐标(mm)。
机械原理课程设计目录1.设计题目及要求--------------------------------------------------------------------P32.设计目的------------------------------------------------------------------------------P33.设计过程与思路----------------------------------------------------------------------P44.从动件运动规律设计--------------------------------------------------------------P55.凸轮基本尺寸设计-------------------------------------------------------------------P86.凸轮廓线设计------------------------------------------------------------------------P97.校核压力角和凸轮廓线是否出现运动失真现象------------------------P108.改进设计------------------------------------------------------------------------------P119.绘制机构工作图-------------------------------------------------------------------P1110.结束语--------------------------------------------------------------------------------P12 附录及参考文献:机械原理课本机械原理课程ppt,pdf1. 设计题目及要求某技术人员欲设计一台打包机,其推送包装物品的机构如图所示。