机械原理课件第四章

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1、机械原理教研组机械原理教研组中北大学中北大学本章内容本章内容4-1 概述4-2 从动件常用的运动规律4-3 图解法设计凸轮廓线4-4 解析法设计凸轮廓线4-5 凸轮机构的压力角及基本尺寸的确定4-1 概述 凸轮机构是机械中常用的一种高副机构高副机构，由于它能实现一些复杂的运动，所以在各种机器尤其是一些自动化机械自动化机械中应用非常广泛。内燃机一.凸轮机构的组成及其功能二.凸轮机构的分类三.凸轮机构的基本名词术语一、凸轮机构的组成及其功能1、组成：、组成：凸轮： 原动件（等速转动或移动）从动件：机架：推杆 直动摆杆 摆动2、功能、功能q 在凸轮机构中，从动件的运动规律(指位移、速度、加速度等)取

2、决于凸轮的曲线形状。q 设计凸轮机构时，首先按机器的工作要求给定从动件的运动规律，然后合理地设计出凸轮的轮廓曲线，即可实现从动件的运动规律。q 凸轮的轮廓曲线的设计即为凸轮机构设计的主要任务。q 由于凸轮机构在机器中的功能不同，其从动件的运动规律也不相同。应用实例凸轮作等速转动，从动件输出运动。凸轮机构的构成与其功能应用实例机床中的凸轮机构纺织机中的打纬凸轮机构凸轮机构的构成与其功能应用实例卷棉机电阻压帽机凸轮机构的构成与其功能应用实例二、凸轮机构的分类平面凸轮机构空间凸轮机构凸轮机构的分类凸轮机构的分类凸轮机构的分类凸轮机构的分类凸轮机构的分类三、凸轮机构的基本名词术语基圆基圆 (r0):

3、以凸轮的转心为圆心，理论廓线的最小向径以凸轮的转心为圆心，理论廓线的最小向径rmin为半径所画的圆；为半径所画的圆； 尖底：理论廓线尖底：理论廓线=实际廓线实际廓线 ； 滚子：理论廓线滚子：理论廓线实际廓线。实际廓线。推程：推程： AB; 推程角推程角: ； 行程行程：h=AB；远休止远休止: BC； 远休止角远休止角:s ；回程回程: C D； 回程运动角：回程运动角： ；近休止近休止:D A; 近休止角近休止角:s ;凸轮转角凸轮转角: （在理论廓线基园上在理论廓线基园上量取）量取）从动件的位移：从动件的位移：s;位移线图：位移线图：s=s() 。理论廓线理论廓线实际廓线实际廓线 ss s

4、ss 动画演示：一、一、多项式运动规律多项式运动规律二、二、三角函数运动规律三角函数运动规律三、三、组合型运动规律组合型运动规律4-2 从动件的运动规律 凸轮机构中，从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓曲线形状，故从动件的运动规律是设计凸轮的重要依据； 从动件的运动规律从动件的运动规律：从动件的：从动件的位移位移/速度速度/加速度加速度与与凸轮转角凸轮转角的函的函数关系。数关系。 22222( ),( ),( )( ),( ),( )SSvvaadsds ddsvdtddtdd sd sadtd 直动:摆动:其中:一、多项式运动规律23012321123222301(23)(26(1),nnnnn

5、nnscccccvcccncaccn ncc cc其中：为待定系数。多项式运动规律主要有以下几种z等速运动规律z等加速和等减速运动规律z五次多项式运动规律从动件作等速运动,等速上升,等速下降。01101 , 0sccvccca求1n 0hshva0,00, 0, 0;sc1, , /.shch 0hshhva 0, hs , 00 ,s推导：位移线图位移线图:速度线图速度线图:加速度线图加速度线图:1 0hshva2 0hshhva 2n20121201222(2) , ,2scccvccc c cac求/2, 00 , 0 , 0vs/2 ,/2hs 22222442hahvhs作等加速运动

6、 /2,/2 ,/2 ,/2hvhs0 , ,vhs作等减速运动222224)(4)(2hahvhhs推导：位移线图位移线图:速度线图速度线图:加速度线图加速度线图:5n2345012345234123452232345016(2345)(261220), ,sccccccvcccccaccccc cc求：)12018060()306030()61510(352432453423554433hahvhs, 00 , 0 , 0 , 0avs0 , 0 , ,avhs推导：位移线图位移线图:速度线图速度线图:加速度线图加速度线图:, 0)cos(22cos hhRRs)cos(2)sin(2)c

7、os(22222hahvhhs二、三角函数运动规律 ?h 位移线图位移线图:加速度线图加速度线图:速度线图速度线图:, 0)2sin(2sin hhRRs)2sin(2)2cos()2sin(222hahhvhhs22=2/2hRRh位移线图位移线图:速度线图速度线图:加速度线图加速度线图:2/hRh三、组合型运动规律 1) 1) 选择一种单一型运动规律为主运动选择一种单一型运动规律为主运动，然后用其他运动规律与，然后用其他运动规律与之组合，通过优化对比，寻求最佳的组合型式。之组合，通过优化对比，寻求最佳的组合型式。 2) 2) 不同运动规律的不同运动规律的连接点处连接点处，要满足位移、速度、

8、加速度甚，要满足位移、速度、加速度甚至更高一阶至更高一阶导数的连续导数的连续。 至少要至少要保证位移、速度曲线连续。保证位移、速度曲线连续。 对于高速凸轮机构，还要保证对于高速凸轮机构，还要保证加速度曲线连续加速度曲线连续。单一型的运动规律等速运动等加速等减速运动五项式运动余旋加速度运动正旋加速度运动刚性冲击 柔性冲击 无冲击单一型的运动规律作为主运动主运动,再与其他运动规律组合起来,从而改善主运动的某些动力特性. 要求要求：从动件作等速运动，但行程起始点和终止点要避免任何形式的冲击。 以等速运动规律为主体，在行程的起点和终点为避免冲击，可用摆线运动规律或5次多项式运动规律组合，OA:五项式运

9、动；BO:五项式运动AB:主运动-等速运动改进后的等速运动(AB段)与原直线的斜率略有变化、其速度也有一些变化，但对运动影响不大。组合型运动规律举例1:要求要求：从动件作等加速等减速运动，要在O,C,F处避免柔性冲击。 主运动：AB-等加速运动 DE-等减速运动 改进：OA、BC、CD、EF段加速度曲线为14个正弦波（摆线运动规律）。 这种改进运动规律也称改进梯形运动规律。具有最大加速度小、且连续性、动力性好等特点，适用于高速场合。组合型运动规律举例2:4-3 图解法设计凸轮轮廓曲线主要任务：根据选定的从动件运动规律，画出从动件的位移线图； 根据反转法反转法原理，设计出凸轮的轮廓曲线。 一、一

10、、图解法基本原理图解法基本原理反转法反转法二、二、直动从动件盘形凸轮廓线的设计直动从动件盘形凸轮廓线的设计三、三、摆动从动件盘形凸轮廓线的设计摆动从动件盘形凸轮廓线的设计一、图解法基本原理一、图解法基本原理反转法反转法 直动对心：e0偏置: e0反转法原理：反转法原理：二、直动从动件盘形凸轮廓线的设计二、直动从动件盘形凸轮廓线的设计1.尖底从动件尖底从动件 e() (cw.) =180 =60 =90 =30 ss0已知：r左偏 h, 从动件运动规律如下：推程 远休止 回程 近休止 等加速等减速运动 简谐运动 2. 滚子从动件（以尖底从动件为基础滚子从动件（以尖底从动件为基础 ） e() (c

11、w.)0T已知：r左偏r 位移线图（同前）作法: 把滚子中心看成尖底从动件的尖底，按照尖底从动件凸轮廓线作法作出凸轮的理论廓线 ；再以 上各点为圆心作出一系列滚子，作这些滚子的内包络线 ，即为实际廓线。滚子从动件滚子从动件位移位移应从应从理论廓线理论廓线的基圆上的基圆上沿导路方向向外量取！沿导路方向向外量取！3. 平底从动件（以尖底从动件为基础平底从动件（以尖底从动件为基础 ）已知条件：同前12n作法: 把平底与导路的交点看成尖底从动件的尖底，按照尖底从动件凸轮廓线作法作出反转后理论廓线上一系列点B ,B ,.B ；过这些点作出一系列平底，作这些平底的内包络线 ，即为实际廓线。平底从动件位移应