3-4 实现连杆给定位置的平面四杆机构 运动设计,1.连杆位置用动铰链中心B、C两点表示,2 连杆位置用连杆平面上任意两点表示,AB=(AC2-AC1)/2 BC=(AC1+AC2)/2,AC1=BC-AB AC2=BC+AB,确定比例尺,C1,D,B1,C2,B2,E,F,(1)曲柄摇杆机构,已知摇杆的长度C,摆角 ,K,设计此机构,（）曲柄滑块机构,A,o,已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构 。,180(k-1)/(k+1),作C1 C2 H,作射线C1O 使C2C1O=90,以O为圆心，C1O为半径作圆。,以A为圆心，A C1为半径作弧交于E,得：,作射线C2O使C1C2 O=90。,作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。,l1 =EC2/ 2,C2,C1,(3),已知:K=1,AB、AD杆长度,摇杆CD处于一个极限位置时,AB杆和机架AD杆间的夹角为45o,试设计此曲柄摇杆机构.,下一页,（3）型曲柄摇杆机构 K=1(=0),摇杆无急回运动特征。,D,a2+d2=b2+c2,结构特征:A,C1,C2三点共线,返回,行程速度变化系数,急回特性：从动件正反两个行程的平均速度不相等,返回,第四章 凸轮机构及其设计,主要内容 1 从动件的运动规律 2 凸轮机构的设计 3 凸轮机构基本尺寸的确定,一、凸轮机构的应用 二、凸轮机构的分类 三、凸轮机构的设计任务,41凸轮机构的应用和分类,.凸轮机构的应用,图内燃机配气凸轮机构,气阀杆,A,B,C,图4-2 自动机床的进刀凸轮机构,圆柱凸轮,刀架的运动规律完全取决于曲线凹槽的形状,扇形齿轮,齿条,冲压机,1.凸轮机构：凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。当运动时，通过其上的曲线轮廓与从动件的高副接触，使从动件获得预期的运动，含有凸轮的机构称为凸轮机构。它由凸轮、从动件和机架组成。,凸轮,机架,从动件,一）按凸轮的形状分,1、盘形凸轮 2、移动凸轮 3、圆柱凸轮,二、凸轮机构的分类,(a),(b),(c),1、尖底从动件 2、滚子从动件 3、平底从动件,二）按从动件的形式分,尖底能与任意复杂的轮廓接触,实现任意运动,低速凸轮,耐磨损,应用普遍,接触部分形成油膜，受力平稳,传递效率高,高速凸轮,三）、按凸轮与从动件的锁合方式分,1、力锁合的凸轮机构 2、几何锁合的凸轮机构 1）槽凸轮机构 2）等宽凸轮机构 3）等径凸轮机构 4）主回凸轮机构,依靠凸轮和从动件的特殊几何形状而始终保持接触，特点,免除弹簧附加的阻力，减小动力，提高效率 缺点是:外廓尺寸较大,设计也较复杂.,四）、根据从动件的运动形式分,摆动从动件凸轮机构,（对心、偏置） 移动从动件凸轮机构,(a),(b),(c),2.凸轮机构的优点： (1)结构简单，紧凑。 (2)只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实现从动件复杂的运动规律；,3.缺点： (1)从动件与凸轮接触应力大，易磨损，适用于传力不大的场合 (2)凸轮轮廓加工困难. (3)从动件的行程不能过大.凸轮笨重,4.用途：载荷较小的运动控制,4-2 从动件常用运动规律,一、基本运动规律 二、从动件运动规律设计,1. 基本概念,1、基圆,2、推程，推程运动角 ；,以凸轮的最小向径为半径所作的圆称为基圆，基圆半径用r表示。,4、远休止，远休止角s；,5、回程，回程运动角 ；,6、近休止，近休止角 s ；,3、行程从动件在推程移 动的距离，用 h 表示。,一、凸轮机构的工作原理,s, s , s ,二、基本运动规律,a=2(2c2 + 6c3 +12c42 + +n(n-1)cnn-2) 式中，为凸轮的转角（rad）； c0，c1，c2， ，为n+1个待定系数。,1、n=1的运动规律,s = c0+c1 v= c1 a=0,（一） 多项式运动规律,s=c0 + c1 + c22 + c33 + + cnn,v=( c1 + 2c2 + 3c32 + +ncnn-1),1、等速运动规律 (直线位移运动规律、 一次多项式运动规律),S,d,d0,H,V,d,d0,a,d,Hw,d0,d0,特点：设计简单、匀速进给、。 行程始点、末点加速度在理论上为无穷大，致使机构受到强烈冲击：刚性冲击。,适于低速、轻载、从动杆质量不大，以及要求匀速的情况,2、 n=2的运动规律,2、等加速等减速运动规律 (抛物线位移运动规律、二次多项式运动规律),S,d,d0,H,V,d,d0,a,d,2Hw,d0,d0,4Hw2,d0,特点:,在三处存在加速度的有限值的 突变，这种由于加速度发生有限值 突变而引起的冲击：柔性冲击. 适于中低速、中轻载.,S,A,B,C,1. 余弦加速度规律,二、三角函数运动规律,特点: 在行程开始和终止位置，加速度有突变，引起柔性冲击. 适于中低速、中轻载.,2. 正弦加速度规律,特点: 加速度曲线连续，理论上不存在柔性冲击.对加工误差敏感。 适于高速、中轻载.,a,d,五、几种常用运动规律的比较,H,等速,余弦,d0,等加,正弦,等速的 Vmax 最小, 安全.,d0,等加的 amax 最小，惯性小. 等速的 a . 正弦的 a 连续.,(动量 mVmax 最小,S,d,V,d,即冲力 F = mV/t 最小.),表4-3 从动件常用基本运动规律特性,三、从动件运动规律设计：,1、从动件的最大速度vmax要尽量小； 2、从动件的最大加速度amax,惯性力越大,作用在高副接触处的应力大,机构的强度和耐磨性要求也越高.尽量小；,运动规律组合应遵循的原则： 1、对于中、低速运动的 凸轮机构，要求从动件的 位移曲线在衔接处相切，以保证速度曲线的连续。 2、对于中、高速运动的凸轮机构，则还要求从动件的 速度曲线在衔接处相切，以保证加速度曲线的连续。,组合运动规律,梯形加速度运动规律,a,4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓曲线 作图法,一、直动从动件盘形凸轮机构 作图法,（1） 尖底直动从动件盘形凸轮机构,（2）滚子直动从动件盘形凸轮机构,（3）平底直动从动件盘形凸轮机构,3）凸轮机构曲线轮廓的设计 4）绘制凸轮机构工作图,1）从动件运动规律的设计,2）凸轮机构基本尺寸的设计 移动从动件：基圆半径rb，偏心距e; 摆动从动件：基圆半径rb，凸轮转动中心到从动件摆动中心的距离a及摆杆的长度l; 滚子从动件：除上述外，还有滚子半径rr。 平底从动件：除上述外，平底长度L。,凸轮设计的问题,凸轮轮廓曲线设计的基本原理（反转法）,O,rb,-,1、对心尖底移动从动杆 例: 已知 R0、H、w 的方向、从动杆运动规律和凸轮相应转角:,凸轮转角,从动杆运动规律,0150 等速上升 H 150 180 上停程 180 300 等速下降 H 300 360 下停程,解: 1. 以 mS = 作位移曲线.,2. 以同样的 mS 作凸轮廓线,w,B0(c0),c1,c2,c3,c4,c5,c6,c7,c8,c10,c9,B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8,B9,B10,2.对心滚子移动从动杆 已知: R0、H 、RT 、 w 的方向、 从动杆运动规律和凸轮相应转角.,n,n,理论廓线,实际轮廓曲线,3 平底从动件盘形凸轮机构,平底与导路的交点为参考点，取为尖底，运用尖底从动件凸轮的设计方法求出位置1, 2, 3,过点做一系列平底，得一直线族，然后做直线族的包络线，得到凸轮的实际轮廓曲线。,63,4 偏置尖底从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）,已知：S=S（），rb，e， ，rr,4 偏置尖底从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）,4、偏置尖顶移动从动杆 例. 已知: R0、H、e 、 w 的方向、,凸轮转角,从动杆运动规律,0150 等速上升 H 150 180 上停程 180 300 等速下降 H 300 360 下停程,解: 1. 以 mS = 作位移曲线.,2. 以同样的 mS 作凸轮廓线,w,c0,c1,c2,c3,c4,c5,c6,c7,c8,c9,c10,从动杆运动规律和凸轮相应转角:,B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8,B9,偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）,已知：S=S（），rb，e， ，rr,5摆动从动件盘形凸轮机构,（2）定出O,A0的位置，做基圆，与以A0为中心及 l为半径的圆弧交于B0，便是从动件尖底的初始位置。,（3）以O,OA0作圆，沿顺时针方向取各角度，再将推程运动角、回程运动角分为对应等份，得A1,A2,是反转后从动件回转轴心的一系列位置。,（4）自A1C1,A2C2开始，向外量取与图对应的从动件摆角，得从动件相对于凸轮的一系列位置B1,B2。,设计步骤小结：,选比例尺l作基圆rmin。,反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。,确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,45 凸轮机构基本尺寸的确定,一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸,三、平底直动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 四、滚子从动件盘形凸轮机构滚子半径的选择,一、凸轮机构的压力角和自锁,图4-21 尖底从动件盘形凸轮机构,t,t,O,P,n,n,A,e,S,S0,v2,C,r,rb,1,1,2,3,P13,P23,瞬心,Q,F,F,沿从动件运动 方向的有效分力,F,F,F,压力角：驱动力和有效分力的夹角，接触点法线与从动件上力作用点之间的夹角。,压紧导路的有害分力,机构自锁：F引起的摩擦阻力超过有用分力F，无论凸轮给从动件的驱动力多大，从动件都不能运动 极限压力角：机构开始出现自锁时的压力角。,，即,图4-21 尖底从动件盘形凸轮机构,当e=0时，,1,2,3,P13,P12,二、按许用压力角确定凸轮回转中心位置和基圆半径,C,A,压力角：,正配置： hd1 负配置：hd-1,h ：为凸轮转向系数 d：从动件偏置方向系数,r0越小，压力角越大，结构紧凑，基圆越小，但过小，导致压力角超出许用值 压力角是机构位置的函数，设计时使最大压力角小于许用压力角的情况下，选用较小的基圆。,二、滚子（尖底）摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸,整理得，,1 与2同向,凸轮的转向1 与从动件的转向2相反,1、摆动从动件盘形凸轮机构的压力角与从动 件的运动规律、摆杆长度、基圆半径及中心 距有关。,2、在运动规律和 基本尺寸相同的情况下，1 与2异向，会减小摆动从动件盘形凸轮机构 的压力角。,图4-23,1、偏置方位的选择原则,应有利于减小从动件工作行程时的最大压力角。为此应使从动件在工作行程中，点C和点P位于凸轮回转中心O的同侧。即采用正