第04章 凸轮机构及其设计

1第四章 凸轮机构及其设计2从动件凸轮滚子机架凸轮机构的组成凸轮机构 凸轮、从动件、机架凸轮 匀速运动从动件 间歇（连续） 移动或摆动4轮机构的应用及分类一、凸轮机构的应用1、绕线机的凸轮机构2、自动机床进刀凸轮机构3、内燃机配气凸轮机构4盘形凸轮机构在印刷机中的应用等径凸轮机构在机械加工中的应用5利用分度凸轮机构实现转位圆柱凸轮机构在机械加工中的应用6二、凸轮机构的分类凸轮机构分类1、按两活动构件之间相对运动特性分类2、按从动件运动副元素形状分类3、按凸轮高副的锁合方式分类平面凸轮机构空间凸轮机构盘形凸轮移动凸轮尖顶从动件滚子从动件平底从动件力锁合形锁合直动从动件摆动从动件平面复杂运动71、按两活动构件之间的相对运动特性分类（ 1）平面凸轮机构1）盘形凸轮82）移动凸轮9（ 3）空间凸轮机构空间凸轮机构102、 按从动件运动副元素形状（1） 直动尖顶从动件对心直动尖顶从动件 偏心直动尖顶从动件11对心直动滚子从动件 对心直动平底从动件（2）直动滚子从动件 （3）直动平底从动件12根据从动件运动形式的不同 ,还可分为:直动从动件，摆动从动件，平面复杂运动从动件。摆动滚子从动件摆动尖顶从动件13摆动平底从动件平面复杂运动从动件143、按凸轮高副的锁合方式分类形锁合力锁合15凸轮机构的特点：只要设计出适当的凸轮轮廓，即可使从动件实现预期的运动规律；结构简单、紧凑、工作可靠。凸轮为高副接触（点或线），压强较大，容易磨损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。优点：缺点：16一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语基圆(基圆半径 )0近休止角回程4动件运动规律及其选择171、凸轮基圆以凸轮轴心O 为圆心，以其轮廓最小向径r 0为半径所作的圆；为基圆半径。2、偏距从动件导路中心线相对凸轮轴心O 偏置的距离称为偏距，用e 表示。3、偏距圆以O 为圆心，以e 为半径的圆称为偏距圆。184、从动件行程从动件的最大位移。上图所示凸轮机构的从动件行程，用h 表示。5、从动件推程简称推程，指从动件在凸轮推动下远离凸轮轴心O 的运动过程。在此过程中凸轮转过的角度称为推程运动角，用 0表示。6、从动件回程简称回程，指从动件在弹簧力或其它外力作用下移近凸轮轴心O 的运动过程。在此过程中凸轮转过的角度称为回程运动角，用 0表示。197、从动件远(近)休程简称远(近)休程，指从动件在距凸轮轴心 近)位置处休止的过程。在此过程中凸轮转过的角度称为远（近）休止角，分别用 s、 、刚性冲击从动件在运动过程中速度为常数，而在运动的始、末点处速度产生突变，理论上加速度为无穷大，产生无穷大的惯性力，机构将产生极大的冲击，称为刚性冲击，此类运动规律只适用于低速运动的场合。如等速运动规律。209、柔性冲击从动件在运动过程中，运动的始、末点处加速度有突变，产生较大的加速度和惯性力，由此而引起的冲击称为柔性冲击，这种运动规律只适用于中速运动的场合。 如等加速等减速运动规律 、余弦加速度运动规律。10、无冲击从动件在整个运动过程中速度和加速度皆连续无突变，避免了刚性冲击和柔性冲击，可以用于高速运动的场合。 如正弦加速度运动规律 、321二 从动件的运动规律 是指从动件在运动过程中，其位移s、速度v、加速度表示为与凸轮的转角 之间的关系。221、等速运动规律存在刚性冲击 ,适合于低速轻载。=0/010适用于中、低速=2021201202/4/4/2=202120012020/4/)(4/)(2推程时等减速段运动方程为 ：2、谐运动）规律存在柔性冲击 ，适用于中速场合=)2/()/2/()/)/2002120010弦加速度（摆线）运动规律避免了刚性和柔性冲击，适用于高速传动=2002100100/)/2/2)2/()/2免了刚性和柔性冲击27推杆回程运动方程=推回推回推回动件运动规律的选择在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 、加速度幅值 及其影响加以分析和比较。选择 较小的运动规律； 对于高速凸轮机构，宜选择 值较小的运动规律。 )/(0 )/(202 击应用场合等速 性低速轻负荷等加速等减速 性中速轻负荷余弦加速度 性中低速中负正弦加速度 中高速轻负3 高速中负荷改进型等速 低速重负荷改进型正弦加速度 中高速重负改进型梯形加速度 高速轻负荷30 已知推杆的运动规律，凸轮机构的形式，凸轮的基圆半径和凸轮的转向后，即可设计凸轮。 图解法：直观、误差大。 解析法：计算机计算，精度高。4预定运动规律设计盘形凸轮廓线31一、凸轮廓线设计的基本原理反转法可假设给整个凸轮机构加上一个公共角速度 “ 1”绕凸轮轴心回转，这时凸轮与推杆之间的相对运动关系并未改变，但是凸轮已 “固定不动 ”，而推杆一方面随导路以角速度 “ 1”绕轴心顺时针方向转动（即所谓反转运动），另一方面还相对于导路作预期的往复移动。由于推杆尖顶和凸轮廓线始终接触，因此推杆尖顶在这种复合运动中所描绘的轨迹就是凸轮的轮廓曲线32对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计1取长度比例尺，绘出凸轮基圆。2作反转运动。过凸轮回转中心 即在反转运动中导路所占据的一系列位置。3计算、绘出推杆的预期位移 ：在推杆反转运动中的各导路线上，从基圆开始量取推杆的相应位移 ，得推杆尖顶在复合运动中的一系列位置4. 将 等点连成光滑曲线，即为所求的凸轮廓线33偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计1取长度比例尺，绘出凸轮基圆。2绘出偏心圆。作反转运动，过基圆等分点作偏心圆的切线（射线），此即在反转运动中导路所占据的一系列位置。3计算、绘出推杆的预期位移 ：在推杆反转运动中的各导路线上，从基圆开始量取推杆的相应位移 ，得推杆尖顶在复合运动中的一系列位置4. 将 等点连成光滑曲线，即为所求的凸轮廓线341、直动从动件盘形凸轮（ 1）尖顶直动从动件盘形凸轮已知：从动件运动规律 ，尖顶从动件导路相对于凸轮轴心 凸轮基圆半径及凸轮沿顺时针转动；要求：设计凸轮轮廓。)(析法3500=+=+=+ 2 ) 36（ 2）滚子直动从动件盘形凸轮1） 理论轮廓方程2）工作轮廓方程滚子中心的运动规律即为尖顶的运动规律。故按尖顶从动件求得的凸轮廓线，称为该滚子从动件凸轮的理论廓线。00=+=2222)/()/(/)/()/(/=+= b)能作出工作轮廓 00出现“失真”现象。0=能作出凸轮工作轮廓，但出现了“尖点”。=3 5= +51 4 空间凸轮机构简介1. 圆柱凸轮机构52空间圆柱分度凸轮机构532. 圆锥凸轮机构543. 弧面凸轮机构55弧面分度凸轮机构564. 球面凸轮机构57例题分析图示为直动滚子盘形凸轮机构，其凸轮实际廓线为一以C 点为圆心的圆形， 子中心位于画图（应有必要的说明）求出：1、凸轮的理论轮廓；2、凸轮的基圆；3、凸轮的偏距圆；滚子与凸轮实际廓线在B 1 点接触时，所对应的凸轮转角 1；5、当滚子中心位于对应的凸轮机构的压力角2及从动件推杆的位移（以滚子中心位于6、凸轮的最大压力角91、以C 点为圆心，以点 该圆 中以红色的点划线圆表示。C 点与O 点作直线交理论轮廓圆点O 为圆心，以则圆P 即为该凸轮的基圆，图中以红色实线圆表示。O 点为圆心，以偏距