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由式(!"-4)、(!"-5)可知,為減少從動件支承處的反作用力,減少導軌處的 磨損,干式恒溫器應(yīng)盡量增大支承處的長度 & 和減小從動件的懸臂長度 ’。 !"!"# 凸輪機構(gòu)的彈簧力 在一般情況下,慣性力 !* 和返位彈簧的恢復力 !/ 是從動件位移的函數(shù),即 !* & + ("- .- ) .#- !/ & + *( )1 ( ) } ) (!"-7) 式中 ( 為從動件系統(tǒng)的質(zhì)量;* 為彈簧剛度;)1 為彈簧的預(yù)緊變形量;) 為從動 件的位移。 !"! 力封閉凸輪機構(gòu)的動態(tài)靜力分析 $8! 當從動件與凸輪脫離接觸時,凸輪對從動件的作用力 !! 不再起作用,即 !! " #。為保證力封閉始終有效,其必要條件是 !$ " !% & !’ & !( & !) * # (+,-#) 將式(+,./)代入上式可得 " * 0 !% 0 !’ 0 #!. !. $ !". $# & $ (+,-1) 彈簧剛度的最小值也應(yīng)大于式(+, -1)右邊的最大值,才能保證凸輪與從動 件的接觸,其臨界值為 "2(3 " 0 !% 0 !’ 0 #!. !. $ !". $# & éêê. ùúú $ . 245 (+,-.) 圖 +,-. 所示為滾子從動件所受各力的變化情況。當慣性力在某一時刻超 過彈簧的變形力時,如圖中的陰影部分,從動件將克服彈簧的壓緊力加速上升, 發(fā)生從動件與凸輪脫離接觸的騰跳現(xiàn)象。為避免出現(xiàn)這種情況,彈簧的剛度要 大于其臨界值,但為避免剛度過大而加劇凸輪與從動件的磨損,一般取 " "(1,. 6 1,7)"2(3 圖 +,-. 滾子從動件上升過程中的騰跳現(xiàn)象 !!"!"# 作用在滾子上的力 由圖 +,-- 可知滾子為二力構(gòu)件,也是中間傳力構(gòu)件,凸輪 1 對從動件 - 的 驅(qū)動是通過滾子 . 來實現(xiàn)的。故有 !1. " !-. 在凸輪 1 給滾子 . 的摩擦力作用下,產(chǎn)生摩擦力矩 %8. ,并繞滾子中心 & 順 時針回轉(zhuǎn),大小為:%8. " !1. ’1. (’ ;而滾子繞銷軸的摩擦力矩為:
%8- " !.- ’.- () 。 其中,’1. 為凸輪與滾子之間的摩擦系數(shù),(’ 為滾子半徑,’.- 為銷軸與滾子之間的 摩擦系數(shù),() 為銷軸的半徑。 179 第!章 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計 圖 !"## 滾子受力圖 由于從動件位移的變化,導致機構(gòu)慣性力和 彈簧力的變化,所以滾子對凸輪的壓力也在變 化,最后影響到凸輪對滾子的摩擦力矩發(fā)生變 化。隨著凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動,滾子的自轉(zhuǎn)角速度是 不恒定的。滾子上產(chǎn)生了慣性力矩 !"# ,其值為 !"# $ % #$!& 式中 #$ 為滾子繞中心 $ 的轉(zhuǎn)動慣量,!& 為滾子 的自轉(zhuǎn)角加速度。 為了減少凸輪表面與滾子之間的摩擦磨損, 應(yīng)不使?jié)L子在凸輪廓線上產(chǎn)生相對滑動,保持純 滾動,因此必須滿足下式 ’ !(& ’ ) ’ !(# * !"# ’ 在力封閉的凸輪機構(gòu)中,可通過增大彈簧力來提高凸輪副的運動副反力,從 而保證滾子作純滾動,降低凸輪副的磨損,提高凸輪機構(gòu)的使用壽命。 !!"!"# 作用在凸輪上的力 在圖 !"#+ 中,作用在凸輪上的力有從動件 & 給凸輪 , 的法向力 %&, ,機架 + 給凸輪 , 的約束反力 %+, ,以及作用在凸輪上的驅(qū)動力矩 !- 。法向力 %&, 與約束 反力 %+, 形成力矩 !, ,即 !, $ %&, &。 由于彈簧力和慣性力隨凸輪轉(zhuǎn)角的變化而變化,從動件給凸輪的作用力 %&, 也是變化的,平衡力矩 !, 也是變化的,而凸輪的驅(qū)動力矩 !- 一般取力矩 !, 的最大值。實際上凸輪運轉(zhuǎn)的角速度是有速度波動的,但在凸輪設(shè)計中,仍 按凸輪作等速運轉(zhuǎn)來進行設(shè)計。根據(jù)求出的作用在凸輪上的驅(qū)動力矩和凸輪的 角速度,可計算出凸輪的驅(qū)動功率。 圖 !"#+ 凸輪受力圖 !"! 力封閉凸輪機構(gòu)的動態(tài)靜力分析 ,+. 小 結(jié) 凸輪機構(gòu)在機械工程中,特別是在自動化機械中
,應(yīng)用最為廣泛,凸輪機構(gòu) 設(shè)計的優(yōu)劣,對機械性能的影響很大。 本章重點討論了平面凸輪機構(gòu)的設(shè)計。 根據(jù)工作要求和使用場合選擇或設(shè)計從動件的運動規(guī)律,是凸輪機構(gòu)設(shè)計 中至關(guān)重要的一步,它將直接影響凸輪機構(gòu)的運動和動力特性。本章主要介紹 了從動件 ! 種最基本的運動規(guī)律及其組合原則。運用基本運動規(guī)律的特點進行 運動規(guī)律的合理組合,是創(chuàng)新設(shè)計凸輪機構(gòu)的有效途徑。 確定凸輪機構(gòu)的基圓半徑、滾子半徑、平底長度、偏距等基本尺寸,是凸輪設(shè) 計的第二步。本章介紹了按凸輪機構(gòu)許用壓力角計算凸輪最小基圓半徑的方法 及滾子半徑、平底從動件的長度、偏距的設(shè)計原則。 凸輪輪廓曲線的設(shè)計是本章的核心內(nèi)容。本書保留了部分作圖法設(shè)計凸輪 輪廓曲線的內(nèi)容,在反轉(zhuǎn)法原理的基礎(chǔ)上,把凸輪的轉(zhuǎn)動和從動件相對凸輪的運 動用坐標變換的方式來表達,從而建立了凸輪輪廓曲線的解析表達式,并可運用 計算機求解。 對于力封閉的凸輪機構(gòu),返位彈簧的設(shè)計很重要。本章在凸輪機構(gòu)的動態(tài) 靜力分析中,重點介紹了返位彈簧的剛度的設(shè)計。 習 題 !"# 如題 !"# 圖所示,!$ 點為從動件尖頂離凸輪軸心 " 最近的位置,!% 點為凸輪從該 位置逆時針方向轉(zhuǎn)過 &$’后,從動件尖頂上升 # 時的位置。用作圖法求凸輪輪廓上與 !% 點對 應(yīng)的 ! 點時,應(yīng)采用圖示中的哪一種作法?并指出其他各作法的錯誤所在。 !"$ 在題 !"( 圖中所示的三個凸輪機構(gòu)中,已知 $ ) *$ ++,% ) ($ ++,& ) #! ++,’, ) #*- 第!章 凸輪機構(gòu)及其設(shè)
計 題 !"# 圖 $% &&。試用反轉(zhuǎn)法求從動件的位移曲線 ! ’!,并比較之(要求選用同一比例尺,畫在同一坐 標系中,均以從動件最低位置為起始點)。 題 !"$ 圖 !"# 如題 !"( 圖所示的兩種凸輪機構(gòu)均為偏心圓盤。圓心為 ",半徑為 # ) (% &&,偏 心距 $"% ) #% &&,偏距 & ) #% &&。試求: (#)這兩種凸輪機構(gòu)從動件的行程 ’ 和凸輪的基圓半徑 (% ; ($)這兩種凸輪機構(gòu)的最大壓力角"&*+ 的數(shù)值及發(fā)生的位置(均在圖上標出)。 !"$ 在如題 !" , 圖所示上標出下列凸輪機構(gòu)各凸輪從圖示位置轉(zhuǎn)過 ,!-后從動件的位 移 ! 及輪廓上相應(yīng)接觸點的壓力角"。 !"! 如題 !"! 圖所示為一偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu),凸輪為一偏心圓,其直徑 ) ) ($ &&,滾子半徑 (. ) ! &&,偏距 & ) / &&。根據(jù)圖示位置畫出凸輪的理論輪廓曲線、偏 距圓、基圓,求出最大行程 ’、推程角及回程角,并回答是否存在運動失真。 !"% 在題 !"/ 圖所示的凸輪機構(gòu)中,已知凸輪的部分輪廓曲線,試求: (#)在圖上標出滾子與凸輪由接觸點 )# 到接觸點 )$ 的運動過程中,對應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)過的角 度。 習 題 #,0 題 !"# 圖 題 !"$ 圖 (%)在
圖上標出滾子與凸輪在 !% 點接觸時凸輪機構(gòu)的壓力角!。 !"# 試以作圖法設(shè)計一偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)凸輪的輪廓曲線。凸輪以等 角速度順時針回轉(zhuǎn),從動件初始位置如圖所示,已知偏距 " & ’( )),基圓半徑 #( & $( )),滾 子半徑 #* & ’( ))。從動件運動規(guī)律為:凸輪轉(zhuǎn)角" & (+ , ’!(+時,從動件等速上升 $ & #( ));"& ’!(+ , ’-(+時,從動件遠休止;"& ’-(+ , #((+時從動件等加速等減速回程 #( ));" & #((+ , #.(+時從動件近休止。 ’!( 第!章 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計 題 !"! 圖 題 !"# 圖 題 !"$ 圖 !"# 試由題 !"% 圖以作圖法設(shè)計一個對心平底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)凸輪的輪廓曲 線。設(shè)已知凸輪基圓半徑 !& ’ (& )),從動件平底與導軌的中心線垂直,凸輪順時針方向等 速轉(zhuǎn)動。當凸輪轉(zhuǎn)過 *+&,時從動件以等加速等減速運動上升 +& )),再轉(zhuǎn)過 *!&,時,從動件又 以余弦加速度運動回到原位,凸輪轉(zhuǎn)過其余 -&,時,從動件靜止不動。這種凸輪機構(gòu)壓力角的 變化規(guī)律如何?是否也存在自鎖問題?若有應(yīng)如何避免? 題 !"% 圖 題 !"- 圖 習 題 *!* !"# 在如題 !" # 圖所示的凸輪機構(gòu)中,已知擺桿 !" 在起始位置時垂直于 #",$#" $ %& ’’,$!" $ (& ’’,滾子半徑 %) $ *& ’’,凸輪以等角速度! 順時針轉(zhuǎn)動,從動件運動規(guī)律如 下:當凸輪轉(zhuǎn)過 *(&+時,從動件以正弦加速度運動規(guī)律向上擺動 ,&+;當凸輪再轉(zhuǎn)過 *!&+時,從 動件又以余弦加速度運動規(guī)律返回原來位置,當凸輪轉(zhuǎn)過其余 ,&+時,從動件停歇不動。 !"$% 設(shè)計一移動從動件圓柱凸輪機構(gòu),凸輪的回轉(zhuǎn)方向和從動件的起始位置如題