5第四章 凸轮机构

第四章凸轮机构,凸轮机构,凸轮机构的优点：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律，并且结构简单、紧凑、设计方便。凸轮机构的缺点：凸轮轮廓与从动件之间是点接触或线接触，易于磨损，通常用于传力不大的控制机构。,等径凸轮机构在机械加工中的应用,4.1凸轮机构的应用及类型,一、凸轮机构的应用,靠模凸轮机构,送料机构,二、凸轮机构的类型,一、按凸轮的几何形状分：1、盘形凸轮机构,内燃机配气机构,绕线机构,2、移动凸轮机构,录音机卷带机构,3、圆柱凸轮机构,对心直动尖顶推杆,偏心直动尖顶推杆,二、按推杆端部形状分,1、尖顶推杆,对心直动滚子推杆,2、滚子推杆,偏置摆动滚子推杆,3、平底推杆,对心直动平底推杆,三、按推杆的运动形式分,1）直动推杆2）摆动推杆,四、按凸轮与推杆维持高副接触的封闭方式分,1、力封闭,2、形封闭,4.2推杆的运动规律,4.2.1凸轮机构的运动循环及基本名词术语基圆、推程、行程、推程运动角、远休止角、回程、回程运动角、近休止角。,推杆的运动规律,是指推杆在运动过程中，其位移s、速度v、加速度a随时间的变化规律。常表示为与凸轮的转角之间的关系。,4.2.2几种常用的推杆推程运动规律,1、等速运动规律,存在刚性冲击,适合于低速轻载。,存在柔性冲击,适用于中、低速,推程时等加速段运动方程为：,推程时等减速段运动方程为：,2、等加速等减速运动规律,3.余弦加速度运动（间谐运动）规律,存在柔性冲击，适用于中速场合,4、正弦加速度（摆线）运动规律,避免了刚性和柔性冲击，适用于高速传动,改进型等速运动规律,特点：避免了刚性和柔性冲击,推杆回程运动方程,4.3凸轮轮廓曲线的设计,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。,4.3.1凸轮轮廓设计方法的基本原理,凸轮以等角速度绕轴心o逆时针方向转动，这时推杆沿导路（机架）作往复移动。为便于绘制凸轮廓线，需要凸轮相对固定，可假设给整个凸轮机构加上一个公共角速度“”绕凸轮轴心回转，根据相对运动原理，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“”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。所以设计凸轮廓线的关键就在于找出推杆尖顶在这种复合运动中的轨迹。这种设计凸轮廓线的方法称为反转法。,4.3.2用作图法设计凸轮轮廓廓线,设计对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构。已知：凸轮基圆半径=38mm,凸轮逆时针等速回转。推杆运动规律如下：凸轮廓线设计步骤：（1）取长度比例尺，绘出凸轮基圆；（2）作反转运动，定行程关键点；（3）计算推杆的预期位移。,凸轮转角,1）等速推程时有：(=0150),2）等加速回程时有：）等减速回程时：=60120,060,作复合运动,理论廓线：将滚子中心看作尖顶推杆的尖顶，得到的凸轮廓线。实际廓线：以理论廓线上的一系列点为圆心，以滚子半径为半径画圆，最后作这些圆的内包络线。,滚子推杆盘形凸轮的基圆半径是指凸轮理论廓线上的最小向径。,滚子推杆轮廓线设计方法,沟槽式盘状凸轮廓线曲线,以导路中心和平底的交点为推杆的尖顶,平顶推杆盘形凸轮廓线,偏置式和摆动式凸轮廓线设计,4.3.3用解析法设计凸轮廓线,4.4凸轮机构的压力角和基圆半径,4.4.1凸轮机构的作用力与凸轮机构的压力角压力角：是推杆与凸轮轮廓接触点B处所受正压力的方向（即凸轮轮廓在该点法线N-N的方向）与推杆上点B的速度方向之间所夹的锐角。从减小机构受力方面考虑，希望压力角越小越好。,4.4.2凸轮机构压力角与基圆半径的关系,特点与要求,1、凸轮机构的压力角越小，基圆半径越大，有利于凸轮机构的受力和传动；但凸轮机构尺寸越大，对机构紧凑越不利。2、设计时通常在保证凸轮机构最大压力角小于等于许用压力角的前提下，利用公式：确定基圆半径。,2、圆柱凸轮基圆半径的确定,4.4.3滚子半径的选择,为保证不出现尖点和失真现象，应保证：通常取：滚子半径太小：1）滚子与凸轮间接触应力加大；2）滚子本身强度不足。常用解决方法：增大r0,原则是保证不出现尖点和失真现象的前提下，取r0最小。,4.5凸轮机构的强度计算及结构设计4.5.1凸轮和滚子材料的选择,4.5.2凸轮传动的强度校核,4.5.3凸轮传动的结构,1、从动件结构,2、凸轮结构整体式：用于不经常更换或小凸轮。,镶块式凸轮：经常更换凸轮的情况,组合式凸轮,对于直动从动件盘形凸轮机构，为了改善其传力性能或减