2.2 凸轮机构的工作原理（课件）《机械基础》（机工版·第2版）同步精品课堂

2.2 凸轮机构的工作原理 《机械基础》（机工版） 同步精品课堂—中职专业课 1 学习目标 01 03 02 了解凸轮机构的工作过程。 了解凸轮机构的主要参数及其对凸轮机构的影响。 熟悉从动件具有等速运动规律、等加速等减速运动规律的凸轮机构的工作特点。 新知学习 情景导入 同学们，咱们先想想汽车发动机里气门咋精准开闭的，还有自动机床里刀具咋按节奏进给。其实都有个“小指挥家”在帮忙，就是凸轮机构！现在看老师手上的简易模型，凸轮一转，从动件开始动啦，它先被推着上升（推程），到最高处停一停（远休止），接着往下走（回程），到底又歇会（近休止）。这过程咋实现的？不同运动节奏咋调整？凸轮大小、形状这些参数咋影响工作？今天咱就跟着这个“小指挥家”，揭秘凸轮机构的工作原理！ 新知学习 图 2-8所示为对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构。凸轮轮上任意一点到凸轮回转中心的距离称为向径。以凸轮轮廓上最小向径OA为半径所做的圆，称为基圆，该最小向径称为基圆半径。从动件在离凸轮轴心最近位置A与最远位置B'间移动的距离h称为行程。图示位置凸轮转角为零，从动件位移也为零，从动件尖顶位于离凸轮轴心O最近的位置A，称为起始位置。 新知学习 一、凸轮机构的工作过程 新知学习 1.推程 凸轮以等角速度ω按逆时针方向转动，从动件尖顶被凸轮 轮廓由 A推至 B'，这一过程称为推程，又称为升程。凸 轮相应转角φ1称为推程运动角，简称推程角或升程角。 2.远休止 凸轮继续转动，从动件尖顶与凸轮的BC圆弧段接触，停留在距离轴心O最远的位置B’，此过程称为远休止。凸轮相应转角φ2称为远休止角。 新知学习 一、凸轮机构的工作过程 新知学习 3.回程 凸轮继续转动，从动件尖顶与凸轮轮廓CD 段接触，在其重力或弹簧力作用下由 B'回至 A，这一过程称为回程。凸轮相应转角φ3称为回程运动角或回程角。 4.近休止 凸轮继续转动，从动件尖顶与凸轮的DA圆弧段接触，停留在距离轴心O最近的位置A，此过程称为近休止。凸轮相应转角φ4称为近休止角。 凸轮转过一周，从动件经历推程、远休止、回程、近休止四个运动阶段，当凸轮继续回转时，从动件将重复上述运动过程。 行程h及凸轮各阶段的转角(φ1、φ2、φ3、φ4)是描述凸轮机构运动的重要参数。 新知学习 一、凸轮机构的工作过程 新知学习 滚子从动件凸轮有实际轮廓和理论轮廓之分，实际轮廓是指凸轮的实际外形；理论轮廓是指由滚子中心相对凸轮的运动轨迹构成的轮廓，它与凸轮实际轮廓为法向等距曲线如图 2-9所示。滚子从动件凸轮机构的参数一般都是指理论轮线上的参数。 新知学习 二、凸轮机构的主要参数 新知学习 1.压力角 α 在凸轮机构中，从动件的运动方向，与其受力F方向之间所夹的锐角称为凸轮机构在该位置的压力角，用α表示。如图 2-10所示，从动件(杆)与凸轮轮在B点接触，凸轮施加于从动件的作用力为F，其方向为沿接触点的法线方向;从动件运动速度的方向向上。两者之间所夹的锐角即为凸轮机构在该点的压力角。 新知学习 二、凸轮机构的主要参数 新知学习 2.半径r0 半径r0是凸轮的主要尺寸参数。设计凸轮机构时，凸轮的基圆半径越小，所设计的机构越紧凑。但是在其他条件不变的情况下，基圆半径r0越小，压力角α越大。若基圆半径r0过小，压力角α会超过许用值而使机构效率太低。在实际设计中，只能在保证凸轮轮廓的最大压力角不超过许用值的前提下。 新知学习 二、凸轮机构的主要参数 新知学习 新知学习 三、从动件的运动规律 新知学习 1.从动件的运动线图 从动件的运动过程可用位移线图表示。 位移线图以从动件位移s(或角位移δ)为 纵坐标，以凸轮转角φ为横坐标，如图 2-12所示。从动件的位移线图直观地表 示了从动件位移的变化规律，是凸轮轮廓设计的依据。同样，分别以从动件速度v或加速度a为纵坐标，以凸轮转角φ为横坐标，也可得到速度线图或加速度线图。 2.从动件的常见运动规律 常见从动件的运动规律有等速运动规律、等加速等减速运动规律等， (1)等速运动规律从动件推程(或回程)的速度为一常数的运动规律称为等速运动规律。 图2-13a所示为盘形凸轮机构，当凸轮沿顺时针方向以等角速度ω回转时，转角从0开始均匀增加到φ1，从动件以相同速度v0从起点上升到最高位置，其行程为h。 新知学习 三、从动件的运动规律 新知学习 同理，当凸轮继续转过φ2角度时，从动件以另一相同速度v'从最高位置降到最低位置，其行程也为h。从动件推程时，其运动方程为 s = φ v = v0 a = 0 由方程可知，从动件等速运动规律的位移曲线为一倾斜直线，其速度曲线为一平行于横坐标的直线，加速度为零，如图2-13b所示。 新知学习 三、从动件的运动规律 新知学习 从运动线图可以看出，当从动件做等速运动时，在推 程始末速度有突变，理论上加速度为无穷大，会产生 极大的惯性力，导致机构发生强烈冲击，这种冲击称 为刚性冲击。因此，等速运动规律只适用于凸轮做低 速回转、从动件质量小和轻载的场合。为了避免产生 刚性冲击，通常在位移曲线转折处采用圆弧过渡进行 修正，修正圆弧半径r取h/2。图2-14所示为等速运动推程位移曲线的修正情形，图中虚线为修正后的位移曲线，MN为两修正圆弧所在圆的公切线。 新知学习 三、从动件的运动规律 新知学习 (2)等加速等减速运动规律 从动件在推程(或回程)中先做等加速运动，后做等减速运动的运动规律称为等加速等减速运动规律。通常加速段和减速段的时间相等、位移相等(h/2)、加速度的绝对值也相等。等加速段(0≤φ≤φ1/2)的运动方程为 s = φ2 v = φ a = = a0 新知学习 三、从动件的运动规律 新知学习 可见，位移s与凸轮转角φ的二次方成正比，速度v与φ的一次方成正比，加速度a为常数。 等速减段（φ1/2≤φ≤φ1）的运动方程为 s = h - (φ1-φ)2 v = (φ1-φ) a = = -a0 由运动方程可知，等加速等减速运动规律位移线图为两段抛物线，速度线图为两段斜直线，加速度线图为两条平行于水平轴的直线，如图 2-15 所示。 新知学习 三、从动件的运动规律 新知学习 1)将凸轮转角的一半(φ1/2)分成n等份(n一般取偶数，图中n=4)，得分点1、2、3、4等点，过这些分点分别做垂线。 2)将从动件行程的一半(h/2)同样分成等分点1、2、3、4，并连接O与h/2的各分点，得线段O1、O2、O3、O4，与φ1/2上的垂线分别相交，得交点1'、2'、3'、4'。 3)用光滑曲线连接点O与1'、2'、3'、4'，即可得等加速段的位移曲线。 4)用同样的方法可绘出等减速段的位移曲线。 新知学习 三、从动件的运动规律 新知学习 随堂练习 （1）简述凸轮机构工作过程的四个阶段及其含义。 （2）凸轮机构的主要参数有哪些？ 课堂练习 答案：B 解析：等加速等减速运动的加速度突变（如从加速变为减速）会导致柔性冲击，冲击程度比刚性小，故选B。 1.等加速等减速运动规律的从动件，在运动过程中会产生（ ） A. 刚性冲击 B. 柔性冲击 C. 无冲击 D. 既有刚性又有柔性冲击 课堂练习 答案：C 解析：基圆半径越大，凸轮整体尺寸越大，是决定机构紧凑性的关键参数，故选C。 2.下列参数中，影响凸轮机构尺寸大小的是（ ） A. 行程 B. 推程角 C. 基圆半径 D. 回程角 课堂练习 答案：C 解析：凸轮转动一周，从动件按“推程→远休止→回程→近休止”的顺序完成一个完整工作循环，故选C。 3.凸轮转动一周，从动件完成一次（ ） A. 推程和回程 B. 远休止和近休止 C. 推程、远休止、回程、近休止 D. 以上都不对 课堂练习 答案：C 解析：运动规律描述从动件在运动过程中位移、速度、加速度与时间（或凸轮转角）的关系，故选C。 4.从动件的运动规律是指其（ ）随时间的变化规律 A. 温度 B. 颜色 C. 位移、速度、加速度 D. 质量 课堂练习 答案：A 解析：基圆半径减小，凸轮轮廓更靠近转动中心，机构整体尺寸更紧凑，行程由轮廓变化决定，与基圆半径无直接关联，故选A。 5.若凸轮的基圆半径减小，其他参数不变，则凸轮机构会（ ） A. 更紧凑 B. 更松散 C. 行程增大 D. 行程减小 课堂练习 答案：C 解析：等速运动的刚性冲击在高速下会加剧机构磨损和振动，不适合高速，故选C。 6.下列运动规律中，不适合用于高速凸轮机构的是（ ） A. 余弦加速度运动 B. 正弦加速度运动 C. 等速运动 D. 等加速等减速运动 课堂练习 答案：B 解析：回程角与推程角对应，是凸轮完成回程阶段所转过的角度，故选B。 7.回程角是指（ ） A. 从动件回程的位移 B. 凸轮完成回程所转过的角度 C. 远休止对应的角度 D. 近休止对应的角度 课堂练习 答案：A 解析：凸轮轮廓形状直接决定从动件的位移变化，进而决定速度和加速度规律，故选A。 8.从动件的运动规律由（ ）决定 A. 凸轮的轮廓形状 B. 从动件的材料 C. 机架的尺寸 D. 凸轮的转速 课堂小结 感谢观看 $$