凸轮机构基本尺寸的确定
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第5章凸轮机构(一)教学要求1.了解凸轮机构的工作原理2.掌握常用从动件运动规律及特性3.掌握盘形凸轮轮廓的设计4.了解凸轮机构的尺寸的确定(二)教学的重点与难点1.凸轮的工作原理2.用反转法设计凸轮轮廓3.凸轮的尺寸对其机构的影响(三)教学内容5.1概述5.1.1 概念1.凸轮机构的组成:凸轮是由从动件、机架、凸轮三部分组成的高幅机构。
2.凸轮:是一种具有曲线轮廓或凹糟的构件,它通过与从动什的高副接触,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。
3.特点:结构相当简单,只要设计出适当的凸轮轮廓曲线,就可以使从动件实现任何预期的运动规律。
但另一方面,由于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。
4.凸轮机构的应用例:内燃机配气机构(如下图所示)靠模车削机构(如下图所示)自动送料机构(如下图所示)分度转位机构(如下图所示)5.1.2 凸轮机构的分类1、按照凸轮的形状分为:(1)盘形凸轮凸轮中最基本的形式。
凸轮是绕固定铂转动且向径变化的盘形零件,凸轮与从动件互作平面运动,是平面凸轮机构。
(2)移动凸轮可看作是回转半径无限大的盘形凸轮,凸轮作往复移动,是平面凸轮机构。
(3)圆柱凸轮可看作是移动凸轮绕在圆柱体上演化而成的,从动件与凸轮之间的相对运动为空间运动,是一种空间凸轮机构。
(4)曲面凸轮当圆柱表面用圆弧面代替时,就演化成曲面凸轮,它也是一空间凸轮机构。
2、按锁合方式的不同凸轮可分为:(1)力锁合凸轮,如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等;(2)几何锁合凸轮,如沟槽凸轮、等径及等宽凸轮、共轭凸轮等。
3、按从动件型式分为:(1)尖顶从动件(2)滚子从动件(3)平底从动件根据从动件运动型式不同分为直动从动件和摆动从动件。
5.1.3 凸轮和滚子的材料凸轮机构的主要失效形式:磨损和疲劳点蚀要求凸轮和滚子的工作表面硬度高、耐磨并且有足够的表面接触强度。
对于经常受到冲击的凸轮机构还要求凸轮芯部有较强的韧性。
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。
第六讲凸轮机构及其设计(一)凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构1.组成:凸轮,推杆,机架。
2.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,而且机构简单紧凑。
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1.按凸轮的形状分:盘形凸轮圆柱凸轮2.按推杆的形状分尖顶推杆:结构简单,能与复杂的凸轮轮廓保持接触,实现任意预期运动。
易遭磨损,只适用于作用力不大和速度较低的场合滚子推杆:滚动摩擦力小,承载力大,可用于传递较大的动力。
不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。
平底推杆:不考虑摩擦时,凸轮对推杆的作用力与从动件平底垂直,受力平稳;易形成油膜,润滑好;效率高。
不能与凹槽的凸轮轮廓时时处处保持接触。
3.按从动件的运动形式分(1)往复直线运动:直动推杆,又有对心和偏心式两种。
(2)往复摆动运动:摆动推杆,也有对心和偏心式两种。
4.根据凸轮与推杆接触方法不同分:(1)力封闭的凸轮机构:通过其它外力(如重力,弹性力)使推杆始终与凸轮保持接触,(2)几何形状封闭的凸轮机构:利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆始终保持接触。
①等宽凸轮机构② 等径凸轮机构③共轭凸轮(二)推杆的运动规律一、基本名词:以凸轮的回转轴心O 为圆心,以凸轮的最小半径r0为半径所作的圆称为凸轮的基圆,r0 称为基圆半径。
推程:当凸轮以角速度转动时,推杆被推到距凸轮转动中心最远的位置的过程称为推程。
推杆上升的最大距离称为推杆的行程,相应的凸轮转角称为推程运动角。
回程:推杆由最远位置回到起始位置的过程称为回程,对应的凸轮转角称为回程运动角。
休止:推杆处于静止不动的阶段。
推杆在最远处静止不动,对应的凸轮转角称为远休止角;推杆在最近处静止不动,对应的凸轮转角称为近休止角二、推杆常用的运动规律1.刚性冲击:推杆在运动开始和终止时,速度突变,加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值,致使推杆产生非常大的惯性力,因而使凸轮受到极大冲击,这种冲击叫刚性冲击。
机械原理20_凸轮轮廓设计凸轮基本尺寸的确定凸轮是机械中常用的传动元件,广泛应用于各种工业设备和机械装置中。
凸轮的设计需要确定凸轮轮廓和基本尺寸。
本文将介绍凸轮轮廓设计和凸轮基本尺寸的确定方法。
凸轮轮廓设计是指确定凸轮的外形形状。
凸轮的轮廓形状决定了它的运动轨迹,因此在设计凸轮轮廓时需要考虑以下几个因素:1.运动要求:根据凸轮所要驱动的运动机构的要求,确定凸轮的轮廓形状。
例如,如果凸轮需要驱动一个摆动臂做往复运动,那么凸轮的形状应该是一个椭圆或近似椭圆的轮廓。
2.动力学要求:根据凸轮轮廓和运动机构的特点,考虑凸轮的加速度、凸轮轮廓的曲率、运动速度的变化等因素,以满足设计要求。
一般情况下,凸轮轮廓的曲率应该尽可能平滑,避免出现尖锐的拐角和突变。
3.制造工艺要求:考虑凸轮的制造工艺,选择合适的加工方法和工艺参数。
凸轮的轮廓形状应该尽量简单,避免过于复杂的几何形状,以降低制造成本和加工难度。
确定凸轮基本尺寸是指确定凸轮的大小和形状。
凸轮的基本尺寸包括凸轮的直径、高度、凸轮轴的位置等。
1.直径:凸轮的直径是指凸轮的外径,一般由运动机构的安装空间和工作要求来确定。
直径越大,凸轮的刚性越高,但制造成本也会增加。
2.高度:凸轮的高度是指凸轮的轮廓跟凸轮轴之间的距离。
高度的选择应考虑运动机构的工作要求、凸轮的强度和刚度要求等因素。
3.凸轮轴的位置:凸轮轴的位置决定了凸轮的相对位置和工作空间。
凸轮轴的位置应根据运动机构的要求和布置来确定。
确定凸轮的基本尺寸需要进行综合考虑运动要求、动力学要求、制造工艺要求等因素。
可以通过计算和仿真分析,也可以根据经验进行初步估算,然后根据实际情况进行调整和优化。
总之,凸轮轮廓设计和凸轮基本尺寸的确定是机械原理中重要的一部分。
准确的凸轮轮廓设计和合理的凸轮基本尺寸可以保证机械系统的正常运转和性能要求的满足。
凸轮机构设计(图文)一、凸轮机构概述凸轮机构是一种常见的机械传动装置,主要由凸轮、从动件和机架组成。
它通过凸轮的轮廓曲线,使从动件实现预期的运动规律。
凸轮机构具有结构简单、运动可靠、传动精度高等优点,广泛应用于各种自动化设备和机械中。
二、凸轮机构设计要点1. 确定从动件的运动规律在设计凸轮机构之前,要明确从动件的运动规律,包括位移、速度和加速度等。
这将为后续的凸轮轮廓设计提供依据。
2. 选择合适的凸轮类型根据从动件的运动规律和实际应用需求,选择合适的凸轮类型,如平面凸轮、圆柱凸轮、摆动凸轮等。
3. 设计凸轮轮廓曲线凸轮轮廓曲线是凸轮机构设计的核心部分。
设计时,要确保凸轮与从动件之间的运动协调,避免干涉和冲击。
三、凸轮机构设计步骤1. 分析运动需求在设计之初,我们需要深入了解设备的工作原理和从动件的运动需求。
这包括从动件的运动轨迹、速度、加速度以及所需的力和行程。
这些信息将帮助我们确定凸轮的基本尺寸和形状。
2. 初步确定凸轮尺寸基于运动需求分析,我们可以初步确定凸轮的直径、基圆半径和宽度等关键尺寸。
这些尺寸将直接影响凸轮的强度、刚度和运动性能。
3. 设计凸轮轮廓确保从动件的运动平稳,避免突变和冲击。
考虑凸轮与从动件之间的间隙,防止运动干涉。
优化轮廓曲线,减少加工难度和提高耐磨性。
四、凸轮机构材料选择考虑耐磨性:凸轮在连续工作中会与从动件接触,因此应选择耐磨材料,如钢、铸铁或耐磨塑料。
考虑重量和成本:在满足性能要求的前提下,可以选择重量轻、成本较低的材料。
考虑环境因素:如果凸轮机构将工作在特殊环境中,如高温或腐蚀性环境,需要选择相应的耐高温或耐腐蚀材料。
五、凸轮机构的加工与装配精确加工:凸轮的轮廓必须严格按照设计图纸加工,以确保运动的精确性。
间隙调整:在装配时,需要适当调整凸轮与从动件之间的间隙,以确保运动的顺畅。
校验运动:装配完成后,应对凸轮机构进行运动校验,确保从动件的运动符合预期。
六、凸轮机构动态分析与优化在设计过程中,动态分析是不可或缺的一环。