第9章 凸轮机构及其设计 · 机械原理知识点整理

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第9章 凸轮机构及其设计 · 机械原理知识点整理

2024-07-17 02:16| 来源: 网络整理| 查看: 265

第9章 凸轮机构及其设计 9-1凸轮机构的应用及分类 凸轮(cam):通常作主动件作等速转动 推杆(从动件,follower):被凸轮直接推动的构件 反凸轮机构(inverse cam mechanism):凸轮为从动件

凸轮机构的分类:

按凸轮形状

盘形凸轮:一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转 圆柱凸轮:在圆柱面上开有曲线凹槽,或在圆柱端面上作出曲线轮廓

圆柱凸轮

按推杆形状

尖顶推杆:构造最简单,但易磨损 滚子推杆:摩擦较小,可用来传递较大的动力 平底推杆:凸轮与平底的接触面间易形成油膜,润滑性好,常用于高速传动

按推杆运动形式

直动推杆 对心直动推杆 偏置直动推杆 摆动推杆

按凸轮与推杆保持接触的方法不同

力封闭:利用推杆的重力、弹簧力来使推杆与凸轮保持接触 几何封闭:利用凸轮或推杆的特殊几何结构使保持接触 沟槽凸轮、 等宽凸轮机构 等宽凸轮 等径凸轮机构 共轭凸轮(主回凸轮,conjugate cam) 共轭凸轮 9-2推杆的运动规律 符号 说明 基圆 r0r_0r​0​​ 以凸轮最小半径所做的圆 推程运动角 δ0\delta_0δ​0​​ 推杆由最低位置被推到最高位置(推程)对应的凸轮转角 远休止角 δ01\delta_{01}δ​01​​ 推杆在最高位置静止不动(远休止)对应的凸轮转角 回程运动角 δ0′\delta'_{0}δ​0​′​​ 推杆由最高位置回最低位置(回程)对应的凸轮转角 近休止角 δ02\delta_{02}δ​02​​ 推杆在最低位置静止不动(近休止)对应的凸轮转角 推程 hhh 推杆在推程或回程中移动的距离

推杆运动规律:

推杆的位移 sss 、速度 vvv和加速度 aaa 随凸轮转角 δ\deltaδ 变化的规律

刚性冲击:

速度突变,推杆理论上将出现无穷大的加速度和惯性力

柔性冲击:

加速度有突变,但为有限值,引起的冲击较小

多项式运动规律:

一般表达式:

s=C0+C1δ1+C2δ2+...+Cnδn s = C_0 + C_1 \delta ^1 + C_2 \delta ^2 +... + C_n \delta ^n s=C​0​​+C​1​​δ​1​​+C​2​​δ​2​​+...+C​n​​δ​n​​

δ\deltaδ —— 凸轮转角

sss —— 推杆位移

C0C_0C​0​​ 、C1C_1C​1​​、 C2C_2C​2​​、… 、 CnC_nC​n​​ —— 待定系数,利用边界条件等来确定

一次多项式运动规律:

等速运动规律 有刚性冲击

二次多项式运动规律:

等加速等减速运动规律 有柔性冲击

五次多项式运动规律:

无刚性冲击、无柔性冲击

三角函数运动规律

余弦加速度运动规律/简谐运动规律 有柔性冲击、无刚性冲击 正弦加速度运动规律/摆线运动规律 无刚性冲击、无柔性冲击 加速度最大值最大 9-3凸轮轮廓曲线的设计

设计方法所依据的基本原理:反转法

设计方法:图解法、解析法

理论廓线(cam pitch curve):

滚子中心A在推杆复合运动中的轨迹

凸轮的基圆半径若未指明,通常系指理论廓线的最小半径

实际廓线(cam contour):

又称工作廓线 以理论廓线上一系列点为圆形,以滚子半径 rrr_rr​r​​ 为半径,作一系列的圆,再作此圆族的包络线,即为凸轮的实际廓线 理论廓线向外延伸一个滚子半径长度得到的廓线 9-4凸轮机构基本尺寸的确定

基圆半径、滚子半径、平底尺寸、压力角

压力角

凸轮压力角

推杆沿凸轮廓线接触点的法线方向与推杆速度方向之间所夹的锐角

临界压力角αc\alpha_cα​c​​ αc=arctan[1/(1+2bltanφ2)]−φ1 \alpha_c = \arctan[1/(1+\frac{2b}{l}\tan\varphi_2)] - \varphi_1 α​c​​=arctan[1/(1+​l​​2b​​tanφ​2​​)]−φ​1​​ 通过增大导轨长度l,减小悬臂尺寸b,可以提高临界压力角

许用压力角[a]

推程时: 直动推杆[α][\alpha][α] = 30° 摆动推杆[α][\alpha][α] = 30° ~ 45° 回程时:70° ~ 80°

基圆半径的确定:

在偏距一定、推杆的运动规律已知的条件下,加大基圆半径 r0r_0r​0​​ 可以减小压力角 α\alphaα ,从而改善机构的传力特性,但此时机构的尺寸将会增大。

变尖与失真:

理论廓线曲率半径 ρ\rhoρ ;滚子半径 rrr_rr​r​​;工作廓线曲率半径 ρa\rho_aρ​a​​;ρa=ρ+rr\rho_a = \rho + r_rρ​a​​=ρ+r​r​​ 如果 ρ=rr\rho = r_rρ=r​r​​ ,ρa\rho_aρ​a​​ = 0,工作廓线出现尖点,称为变尖现象 当 ρ


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