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固相萃取儀對心尖頂直動從動件盤形凸輪機構

時間:2020-04-18     瀏覽:28

力封閉凸輪機構是指利用重力、固相萃取儀彈簧力或其他外力使從動件與凸輪保持接 觸。圖 !"( 所示的凸輪機構是利用彈簧力來維持高副接觸。 以上介紹了凸輪機構的幾種分類方法。將不同類型的凸輪和從動件組合起 來,就可以得到各種不同形式的凸輪機構。設計時,可根據工作要求和使用場合 的不同加以選擇。 !"#"$ 凸輪機構設計的基本內容與步驟 凸輪機構設計的基本內容與步驟為: (()根據所設計機構的工作條件及要求,合理選擇凸輪機構的類型和從動 !"# 凸輪機構的應用和分類 (() 件的運動規律。 (!)根據凸輪在機器中安裝位置的限制、從動件行程、凸輪種類等,初步確 定凸輪基圓半徑。 (")根據從動件的運動規律,設計凸輪輪廓曲線。 (#)校核壓力角及輪廓最小曲率半徑,并且進行凸輪機構的結構設計。 !"# 從動件的運動規律 !"#"$ 凸輪機構的基本名詞術語 圖 $%&’ 為一對心尖頂直動從動件盤形凸輪機構,其一些基本術語為: 圖 $%& 對心尖頂直動從動件盤形凸輪機構 $" 基圓 以凸輪轉動中心為圓心,以凸輪輪廓曲線上的最小向徑為半徑所作的圓,稱 為凸輪的基圓,基圓半徑用 !( 表示。它是設計凸輪輪廓曲線的基準。 #" 推程 從基圓開始,向徑漸增的凸輪輪廓推動從動件,使其位移漸增的過程。 %" 行程 推程中從動件的最大位移稱為行程。直動從動件的行程用 " 表示,如圖 $%& 所示,它為從動件端部始點 # 到終點 $) 的線位移。 &" 推程運動角 從動件的位移為一個行程時,凸輪所轉過的角度稱為推程運動角,用!( 表 *!( 第!章 凸輪機構及其設計 示,如圖 !"# 中!!"#。 !" 遠休止角 從動件在距凸輪轉動中心最遠位置靜止不動時,凸輪所轉過的角度稱為遠 休止角,用!$% 表示,如圖 !"# 中!#"$,它為凸輪廓線向徑最大的弧段 #$ 所對 的圓心角。 #" 回程 當凸輪轉動時,從動件在向徑漸減的凸輪廓線的作用下返回的過程稱為回 程,如圖 !"# 中,從動件在 $% 廓線的作用下,返回至原來最低位置。 $" 回程運動角 從動件從距凸輪轉動中心最遠的位置運動到距凸輪轉動中心最近位置時, 凸輪所轉過的角度稱為回程運動角,用!$ & 表示,如圖 !"# 所示。 %" 近休止角 從動件在距凸輪轉動中心最近位置 ! 靜止不動時,凸輪所轉過的角度稱為 近休止角,用!$’ 表示,如圖 !"# 所示,此時從動件與凸輪的基圓廓線接觸。 所謂從動件運動規律,是指從動件在推程或回程時,其位移、速度和加速度 隨時間 & 變化的規律。又因絕大多數凸輪作等速轉動,其轉角! 與時間 & 成正 比,所以從動件的運動規律常表示為從動件的上述運動參數隨凸輪轉角! 變化 的規律。表明從動件的位移隨凸輪轉角而變化的線圖稱為從動件的位移線圖, 如圖 !"#( 所示。通過上面分析可知:從動件的位移曲線取決于凸輪輪廓曲線的 形狀,也就是說,從動件的運動規律與凸輪輪廓曲線相對應。因此在設計凸輪 時,首先應根據工作要求確定從動件的運動規律,繪制從動件的位移線圖,然后 據其繪制凸輪輪廓曲線。 !"#"# 從動件基本的運動規律 工程實際中對從動件的運動要求是多種多樣的,與其適應的運動規律亦各 不相同,下面介紹幾種在工程實際中從動件基本的運動規律。 &" 多項式運動規律 從動件的運動規律用多項代數式表示時,多項式的一般表達式為 ’ ) $$ * $%! * $’!’ * . * $(!( (!"%) 式中 !———凸輪轉角; ’———從動件位移; $$ 、$% 、$’ 、.、$( ———待定系數,可利用邊界條件來確定。 較為常用的有以下幾種多項式運動規律。 (%)等速運動規律 等速運動規律是指凸輪以等角速度" 轉動時,從動件的運動速度為常數。 !"# 從動件的運動規律 %’% 在多項式運動規律的一般形式中,當 ! ! " 時,則有下式 " ! ## $ #"! $ ! %" %% ! #"" & ! %$ %% ! ü y t .. .. # (&’() 取邊界條件:!! #," ! #;!!!# ," ! ’;代入式(&’()整理可得,從動件推程 的運動方程為 " ! ’! #! $ ! %" %% ! ’" !# & ! %$ %% ! ü y t ... ... # (&’)) 圖 &’* 等速運動的運動曲線 根據運動方程可畫出推程的運動線圖如 圖 &’* 所示,由圖 &’* 可知,位移曲線為一斜直 線,故又稱直線運動規律;而從動件盡管在運 動過程中 & ! #,但在運動開始和終止的瞬時, 因速度由零突變為 ’" !# 和由 ’" !# 突變為零,所以 這時從動件的加速度在理論上為無窮大,致使 從動件突然產生無窮大的慣性力,因而使凸輪 機構受到極大的沖擊,這種沖擊稱為剛性沖 擊,且隨凸輪轉速升高而加劇。因此等速運動 規律,只宜用于低速輕載的場合。 (()等加速等減速運動規律 等加速等減速運動規律是指從動件在一 個運動行程中,前半個行程作等加速運動,后 半個行程作等減速運動,且加速度的絕對值相 等。在多項式運動規律的一般形式中,當 ! ! ( 時,則有下式 " ! ## $ #"! $ #(!( $ ! %" %% ! #"" $ (#("! & ! %$ %% ! (#(" ü y t .. .. ( (&’+) "(( 第!章 凸輪機構及其設計 取邊界條件:!! ",! ! "," ! ";!!!" # ,! ! # # ;代入式($%&)整理可得,前半 行程從動件作等加速運動時的運動方程為 ! ! ## !#" !# " ! &#" !#" ! $ ! &#"# ! ü y t ... ... #" ($%$’) 根據位移曲線的對稱性,可得從動件作等減速運動時的運動方程為 ! ! # ( ## !#" (!" (!)# " ! &#" !#" (!" (!) $ ! ( &#"# ! ü y t ... ... #" ($%$)) 由于從動件的位移 ! 與凸輪轉角! 的平方成正比,所以其位移曲線為一拋 物線,故又稱拋物線運動規律,其運動線圖如圖 $%* 所示。



由圖可見,這種運動 規律的速度圖是連續的,不會產生剛性沖擊,但在 %、&、’ 三點加速度曲線有突 變,且為有限值,由此所產生的慣性力為一限值,將對機構產生一定的沖擊,這種 沖擊稱為柔性沖擊,因此等加速等減速運動規律也只適宜用于中速場合。 (+)$ 次多項式運動規律 在多項式運動規律的一般形式中,當 ( ! $ 時,其方程為 ! ! ’" , ’-! , ’#!# , ’+!+ , ’&!& , ’$!$ " ! .! .) ! ’-" , #’#"! , +’+"!# , &’&"!+ , $’$"!& $ ! ." .) ! #’#"# , /’+"#! , -#’&"#!# , #"’$"#! ü y t .. .. + ($%/) 取邊界條件:!! ",! ! "," ! ",$ ! ";!!!" ,! ! #," ! ",$ ! ";代入式($%/) 整理可得,從動件推程的運動方程為 ! ! # -" !+" !+ ( -$ !&" !& , /! $" ( !$ ) " ! #" +" !+" !# ( /" !&" !+ , +" !$" ( !& ) $ ! #"# /" !+" ! ( -*" !&" !# , -#" !$" ( ! ) ü y t ... ... + ($%0) !"# 從動件的運動規律 -#+ 圖 !"# 等加速等減速運動的運動曲線 圖 !"$ 五次多項式運動曲線 上式稱為五次多項式(或 %—&—! 多項式),圖 !"$ 為其運動線圖,由圖可 見,此運動規律既無剛性沖擊也無柔性沖擊,因而運動平穩性好,可用于高速凸 輪機構。 !" 三角函數運動規律 三角函數運動規律是指從動件的加速度按余弦曲線或正弦曲線變化。 (’)余弦加速度運動規律 這種運動規律是指從動件的加速度按’( 個周期的余弦曲線變化,其加速度 一般方程為 ! ) "*+, #!$ 式中 "、# 為常數,對此式積分并考慮邊界條件,可得余弦加速度運動規律的運 動方程為 % ) & ( ’ - *+, !" [ ( " ) ] . ’ ) &!! (". ,/0 !" " ( ) . ! ) &!(!( ("(. *+, !" " ( ) ü y t ... ... . (!"#) ’(& 第!章 凸輪機構及其設計 根據運動方程可畫出推程的運動線圖,如圖 !"#$ 所示。由圖中可見,位移 曲線是一條簡諧線,故又稱簡諧運動規律。另由圖示可知,這種運動規律在開 始、終止兩點加速度曲線有突變,且為有限值,故也會產生柔性沖擊,因此余弦加 速運動規律也只適宜用于中速場合。若從動件用此運動規律作升—降—升的循 環運動,則無沖擊,故可用于高速凸輪機構。 圖 !"#$ 余弦加速度運動規律的運動曲線 (%)正弦加速度運動規律 這種運動規律是指從動件的加速度按整周期的正弦曲線變化,其加速度一 般方程為 ! & "’() #!$ 式中 "、# 為常數,對此式積分并考慮邊界條件,可得正弦加速度運動規律的運 動方程為 !"# 從動件的運動規律 #%! ! ! " "! ! !# $ %&’ "!! [ ( ! ) ] # # ! "" !# ( $ )*% "!! ! [ ( ) ] # $ ! ""!"" !"# %&’ "!! ! ( ) ü y t ... ... # (+,-) 根據運動方程可畫出推程的運動線圖,如圖 +,(( 所示。由圖中可見,位移 曲線是一條擺線,故又稱擺線運動規律。又由圖示可知,這種運動規律的速度和 加速度都是連續變化的,故沒有剛性和柔性沖擊,因此正弦加速運動規律可適宜 用于高速場合。 圖 +,(( 正弦加速度運動規律的運動曲線 由式(+,-)可知,位移方程系由兩部分組成,其中第一部分是一條斜直線方 程,第二部分則是一條正弦曲線方程。因此位移曲線可把這兩部分用作圖法疊 加而成,其作圖方法和步驟如圖 +,(" 所示。 !" 組合型運動規律 (". 第!章 凸輪機構及其設計 圖 !"#$ 正弦加速度運動規律位移曲線作圖方法 隨著對機械性能要求的不斷提高,對從動件運動規律的要求也越來越嚴 格。上述單一型運動規律已不能滿足工程的需要。利用基本運動規律的特點 進行組合設計而形成新的組合型運動規律,隨著制造技術的提高,其應用已相 當廣泛。 (#)基本運動規律的組合原則 #)按凸輪機構的工作要求選擇一種基本運動規律為主體運動規律,然后用 其他運動規律與之組合,通過優化對比,尋求最佳的組合形式。 $)在行程的起點和終點,有較好的邊界條件。 %)各種運動規律的連接點處,要滿足位移、速度、加速度以及更高一階導數 的連續。 &)各段不同的運動規律要有較好的動力性能和工藝性。 ($)組合型運動規律列舉 當要求從動件作等速運動,但行程起始點和終止點要避免任何形式的沖 擊。以等速運動規律為主體,在行程的起點和終點可用正弦加速度運動規律 或五次多項式運動規律來組合。


圖 !" #% 為等速運動規律與五次多項式運動 規律的組合。改進后的等速運動( !" 段)與原直線的斜率略有變化,其速度也 有一些變化,但對運動影響不大。圖 !" #& 為改進的等加速等減速運動規律線 圖。 圖 !"#& 中,#!、"$、$%、&’ 段加速度曲線為#& 個正弦波,其周期為!$ 。這 種改進運動規律也稱改進梯形運動規律,具有最大加速度小,且連續性、動力性 好等特點,適用于高速場合。 !"# 從動件的運動規律 #$’ 圖 !"#$ 改進等速運動規律 圖 !"#% 改進等加速等減速運動規律 !"#"$ 從動件運動規律的選擇 選擇從動件運動規律時,涉及問題很多,首先應考慮機器的工作過程對其提 出的要求,同時又應使凸輪機構具有良好的動力性能和使設計的凸輪機構便于 加工等等,一般可從下面幾個方面著手考慮: !" 滿足機器的工作要求 這是選擇從動件運動規律的最基本的依據。有的機器工作過程要求從動件 按一定的運動規律運動,例如圖 !"$ 所示的自動車床驅動刀架用凸輪機構,為保 證加工厚度均勻、表面光滑,則要求刀架工作行程的速度不變,故選用等速運動 規律。 #" 使凸輪機構具有良好的動力性能 除了考慮各種運動規律的剛性、柔性沖擊外,還應對其所產生的最大速度 !&’( 和最大加速度 "&’( 及其影響加以分析、比較。通常最大速度 !&’( 越大,則從 動件系統的最大動量 #!&’( ( # 為從動件系統的質量)越大,故在起動、停車或 突然制動時,會產生很大沖擊。因此,對于質量大的從動件系統,應選擇

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