| 异形凸轮_异形凸轮轴 | ||
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凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件一般按外形可分为三类：①盘形凸轮：凸轮为绕固定轴线转动且有变化直径的盘形构件③圆柱凸轮：凸轮是圆柱体，可以看成是将移动凸轮卷成一圆柱体。 按从动件的形状分类： ①顶尖式从动件； ②滚子式从动件； ③平底式从动件； ④曲底式从动件。 按从动件的运动形式分类： ①直动从动件； ②摆动从动件。 按凸轮与从动件维持运动副接触的方式分类： ①力封闭方式； ②几何形封闭方式； 胶印机中应用最多的是盘形凸轮、滚子式从动杆凸轮。组成凸轮副的凸轮轮廓与从动件之间理论上是点接触或线接触在凸轮车床加工载荷的作用下，接触处因弹性变形而形成一个微小的接触面，凸轮副材料在其上各自产生与接触面垂直的接触应力和与接触面平行的剪切应力。由于接触面很小，因而这种应力往往很大，而且在凸轮运转过程中这种应力是交变的。另外，凸轮轮廓与从动件在接触处存在相对运动，因此凸轮副又是一种摩擦副，凸轮轮廓和从动件的工作面必然会被磨损。因此，针对凸轮机构的型式和工作状况，凸轮副的失效形式主要有以下几种类型。。 异形凸轮(异形凸轮轴)凸轮机构的主要失效形式为磨损和疲劳点蚀（1) 增大基圆半径(2)增大凸轮推程运动角(rise angle) (3)改变直动推杆的偏置方向和偏距大小. e取“+”号时若凸轮顺时针回转,从动件应偏于凸轮轴心的左侧,若凸轮逆时针回转,应使从动件轴线偏于凸轮轴心的右侧发动机中的配气系统（进、气阀门的控制）、车辆走行部的制动控制元件、纺织机械中大量使用凸轮机构，总之，在一个往复运动系统中，凸轮是最好的应用（在很多要求较高往复运动中，替代曲柄滑块机构，因为可以实现设计中需要的速度变化）凸轮凸轮送料机机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。。 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;名词术语:一,凸轮从动件的常用运动规律 基圆, 推程运动角, 基圆半径, 推程, 远休止角, 回程运动角, 回程, 近休止角, 行程.一个循环 r0 h 而根据工作要求选定推杆运动规律,是设计凸轮轮廓曲线的前提. 2)从动件的运动规律; 3)合理确定结构尺寸; 4)设计轮廓曲线. δs' D B C B' ω δs δh A δh δs δs' δt δt 作者:潘存云教授 在推程起始点:δ=0, s=0 代入得:C0=0, C1=h/δt 推程运动方程: s =hδ/δt v = hω /δt s δ δt v δ a δ h 在推程终止点:δ=δt ,s=h +∞ -∞ 刚性冲击 同理得回程运动方程: s=h(1-δ/δt ) v=-hω /δt a=0 a = 0 1.等速运动规律 2.等加等减速运动规律 位移曲线为一抛物线.加,减速各占一半. 推程加速上升段边界条件: 起始点:δ=0, s=0, v=0 中间点:δ=δt /2,s=h/2 求得:C0=0, C1=0,C2=2h/δ2t 加速段推程运动方程为: s =2hδ2 /δ2t v =4hωδ /δ2t a =4hω2 /δ2t 作者:潘存云教授 δ a h/2 δt h/2 推程减速上升段边界条件: 终止点:δ=δt ,s=h,v=0 中间点:δ=δt/2,s=h/2 求得:C0=-h, C1=4h/δt C2=-2h/δ2t 减速段推程运动方程为: s =h-2h(δt –δ)2/δ2t 1 δ s v =-4hω(δt-δ)/δ2t a =-4hω2 /δ2t 2 3 5 4 6 2hω/δ0 柔性冲击 4hω2/δ20 3 重写加速段推程运动方程为: s =2hδ2 /δ2t v =4hωδ /δ2t a =4hω2 /δ2t δ v 同理可得回程等加速段的运动方程为: s =h-2hδ2/δ'2t v =-4hωδ/δ'2t a =-4hω2/δ'2t 回程等减速段运动方程为: s =2h(δ't-δ)2/δ'2t v =-4hω(δ't-δ)/δ'2t a =4hω2/δ'2t 作者:潘存云教授 设计:潘存云 h δ0 δ s δ a 3.余弦加速度(简谐)运动规律 推程: s=h[1-cos(πδ/δt)]/2 v =πhωsin(πδ/δt)δ/2δt a =π2hω2 cos(πδ/δt)/2δ2t 回程: s=h[1+cos(πδ/δ't)]/2 v=-πhωsin(πδ/δ't)δ/2δ't a=-π2hω2 cos(πδ/δ't)/2δ'2t 1 2 3 4 5 6 δ v Vmax=1.57hω/2δ0 在起始和终止处理论上a为有限值,产生柔性冲击. 1 2 3 4 5 6 作者:潘存云教授 s δ δ a δ v h δ0 4.正弦加速度(摆线)运动规律 推程: s=h[δ/δt-sin(2πδ/δt)/2π] v=hω[1-cos(2πδ/δt)]/δt a=2πhω2 sin(2πδ/δt)/δ2t 回程: s=h[1-δ/δ't+sin(2πδ/δ't)/2π] v=hω[cos(2πδ/δ't)-1]/δ't a=-2πhω2 sin(2πδ/δ't)/δ'2t 无冲击 vmax=2hω/δ0 amax=6.28hω2/δ02 1 2 3 4 5 6 r=h/2π θ=2πδ/δ0 作者:潘存云教授 设计:潘存云 v s a δ δ δ h o o o δ0 三,改进型运动规律 将几种运动规律组合,以改善运动特性. +∞ -∞ 正弦改进等速 v s a δ δ δ h o o o δ0 1.凸轮廓线设计方法的基本原理 §8-3 凸轮轮廓曲线的设计 2.用作图法设计凸轮廓线 1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮 2)对心直动滚子从动件盘形凸轮 3)对心直动平底从动件盘形凸轮 4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮 5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构 3.用解析法设计凸轮的轮廓曲线 作者:潘存云教授 设计:潘存云 一,凸轮廓线设计方法的基本原理 反转原理: d:机械原理凸轮反转原理.exe 依据此原理可以用几何作图的方法 设计凸轮的轮廓曲线,例如: 给整个凸轮机构施以-ω时,不影响各构件之间的相对运动,此时,凸轮将静止,而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线. O -ω 3' 1' 2' 3 3 1 1 2 2 ω 作者:潘存云教授 设计:潘存云 60° r0 120° -ω ω 1' 已知凸轮的基圆半径r0,角速度ω和从动件的运动规律,设计该凸轮轮廓曲线. 设计步骤小结: ①选比例尺μl作基圆r0. ②反向等分各运动角.原则是:陡密缓疏. ③确定反转后,从动件尖顶在各等份点的位置. ④将各尖顶点连接成一条光滑曲线. 1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮 1' 3' 5' 7' 8' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 9' 10' 11' 12' 13' 14' 90° 90° A 1 8 7 6 5 4 3 2 14 13 12 11 10 9 二,图解法设计(绘制)盘形凸轮轮廓 60° 120° 90° 90° 1 3 5 7 8 9 11 13 15 s δ 9' 11' 13' 12' 14' 10' 作者:潘存云教授 2)对心直动滚子从动件盘形凸轮 设计:潘存云 s δ 9 11 13 15 1 3 5 7 8 r0 A 120° -ω 1' 设计步骤小结: ①选比例尺μl作基圆r0. ②反向等分各运动角.原则是:陡密缓疏. ③确定反转后,从动件尖顶在各等份点的位置. ④将各尖顶点连接成一条光滑曲线. 1' 3' 5' 7' 8' 9' 11' 13' 12' 14' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8' 9' 10' 11' 12' 13' 14' 60° 90° 90° 1 8 7 6 5 4 3 2 14 13 12 11 10 9 理论轮廓 实际轮廓 ⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线. 已知凸轮的基圆半径r0,角速度ω和从动件的运动规律,设计该凸轮轮廓曲线. 60° 120° 90° 90° ω 作者:潘存云教授 3)对心直动平底推杆盘形凸轮 设计:潘存云 s δ 9 11 13 15 1 3 5 7 8 r0 已知凸轮的基圆半径r0,角速度ω和从动件的运动规律,设计该凸轮轮廓曲线. 设计步骤: ①选比例尺μl作基圆r0. ②反向等分各运动角.原则是:陡密缓疏. ③确定反转后,从动件平底直线在各等份点的位置. ④作平底直线族的内包络线. 8' 7' 6' 5' 4' 3' 2' 1' 9' 10' 11' 12' 13' 14' -ω ω A 1' 3' 5' 7' 8' 9' 11' 13' 12' 14' 1 2 3 4 5 6 7 8 15 14 13 12 11 10 9 60° 120° 90° 90° 作者:潘存云教授 设计:潘存云 9 11 13 15 1 3 5 7 8 O e A 已知凸轮的基圆半径r0,角速度ω和从动件的运动规律和偏心距e,设计该凸轮轮廓曲线. 4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮 1' 3' 5' 7' 8' 9' 11' 13' 12' 14' -ω ω 6' 1' 2' 3' 4' 5' 7' 8' 15' 14' 13' 12' 11' 10' 9' 设计步骤小结: ①选比例尺μl作基圆r0; ②反向等分各运动角; ③确定反转后,从动件尖顶在各等份点的位置; ④将各尖顶点连接成一条光滑曲线. 15 14 13 12 11 10 9 k9 k10 k11 k12 k13 k14 k15 1 2 3 4 5 6 7 8 k1 k2 k3 k5 k4 k6 k7 k8 60° 120° 90° 90° s2 δ 作者:潘存云教授 5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构 设计:潘存云 120° B'1 φ1 r0 60° 120° 90° 90° s δ 已知凸轮的基圆半径r0,角速度ω,摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d,摆杆角位移方程,设计该凸轮轮廓曲线. 1' 2' 3' 4' 5 6 7 8 5' 6' 7' 8' B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 60 ° 90 ° ω -ω d A B l 1 2 3 4 B'2 φ2 B'3 φ3 B'4 φ4 B'5 φ5 B'6 φ6 B'7 φ7 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 作者:潘存云教授 δ y x B0 三.用解析法设计凸轮的轮廓曲线 例:偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构 θ 由图可知: s0=(r02-e2)1/2 实际轮廓线-为理论轮廓的等距线. 曲线任意点切线与法线斜率互为负倒数: 原理:反转法 设计结果:轮廓的参数方程: x=x(δ) y= y(δ) x= (s0+s)sinδ + ecosδ y= (s0+s)cosδ - esinδ e tgθ= -dx/dy =(dx/dδ)/(- dy/dδ) =sinθ/cosθ (1) e r0 -ω ω rr r0 s0 s n n s0 y x δ δ 已知:r0,rT,e,ω,S=S(δ) 作者:潘存云教授 (x, y) rr n n 对(1)式求导,得: dx/dδ=(ds/dδ- e)sinδ+(s0+s)cosδ 式中: "-"对应于内等距线, "+"对应于外等距线. 实际轮廓为B'点的坐标: x'= y'= x - rrcosθ y - rrsinθ δ y x B0 θ e e r0 -ω ω rr r0 s0 s n n s0 y x δ δ ( dx/dδ) ( dx/dδ)2+( dy/dδ)2 得:sinθ= ( dy/dδ) ( dx/dδ)2+( dy/dδ)2 cosθ= (x',y') θ (x',y') θ dy/dδ=(ds/dδ- e)cosδ-(s0+s)sinδ §8-4 凸轮机构基本尺寸的确定 上述设计廓线时的凸轮结构参数r0,e,rr等,是预先给定的.实际上,这些参数也是根据机构的受力情况是否良好,动作是否灵活,尺寸是否紧凑等因素由设计者确定的. 1.凸轮机构的压力角 2.凸轮基圆半径的确定 3.滚子半径的确定 B ω 1.凸轮机构的压力角 v G 压力角----正压力与推杆上B点速度方向之间的夹角α α↑ →Fx↑ →机构发生自锁 F 工程上要求:αmax ≤[α] α 直动推杆:[α]=30° 摆动推杆:[α]=35°～45° 回程:[α]'=70°～80° 提问:平底推杆α= ↑ ↑ 作者:潘存云教授 B O ω 2.凸轮基圆半径的确定 n n r0 ↑ α↓ tgα = s + r20 - e2 ds/dδ ± e 式中:当导路与瞬心同侧时去"-". 对于直动推杆凸轮机构存在一个正确偏置的问题! 注意:用偏置法可减小推程压力角,但同时增大了回程压力角,故偏距 e 不能太大. 正确偏置:导路位于与凸轮旋转方向ω相反的位置. 作者:潘存云教授 作者:潘存云教授 设计:潘存云 ρa-工作轮廓的曲率半径,ρ-理论轮廓的曲率半径, rT-滚子半径 ρρa=ρ-rT rT ρa=ρ-rT 轮廓正常 外凸 rT ρa ρ 对于外凸轮廓,要保证正常工作,应使: rT ≤ρmin。 |
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