第二节 凸轮机构

第二节凸轮机构 基本类型及其应用从动件的常用运动规律图解法绘制凸轮轮廓基本尺寸的确定材料和结构 组成和应用 凸轮是一具有曲线轮廓或沟槽的构件 在运动时 用轮廓或钩槽驱动从动件运动 凸轮机构主要有凸轮 从动件和机架组成 包含了高副 图5 35内燃机的配气机构 图示为一常见凸轮机构 可用于控制内燃机进排气阀门 基本组成 1 凸轮 一般为主动件2 推杆 一般为从动件3 机架附加装置 4 锁合装置 其作用是保持高副锁合 封闭 凸轮机构结构简单 紧凑 工作可靠 只需设计适当的凸轮轮廓 就可使从动件得到所需的运动轨迹 凸轮与从动件间为高副接触 易磨损 适用于传力不大的场合 如自动机床进刀机构 上料机构 印刷机 纺织机等等 a 推杆可实现较任意的运动规律b 凸轮与推杆高副接触 传力小 用于传力不大的控制和调节装置 凸轮 推杆 机架 锁合装置 在印刷机中的应用 在转位设备中的应用 在机加工中的应用 分类 1 按凸轮的形状分类 盘形凸轮 凸轮形状呈盘状 具有变化的向径 且绕定轴转动 图5 35内燃机的配气机构 移动凸轮 形状如板 沿直线相对于机架作往复移动 具有曲线形的侧轮廓 可视为回转中心为无穷远的盘形齿轮 圆柱凸轮 形状如圆柱 绕其轴线定轴转动且有曲线形沟槽 盘形凸轮 移动凸轮构成的凸轮机构是平面凸轮机构 圆柱凸轮构成的是空间凸轮机构 2 按从动件的结构形状分类 尖端从动件 从动件端部呈尖点或凿刃性 能和任何凸轮轮线保持接触 实现任意运动 但端部和凸轮是高副接触 接触应力大 易磨损 适用于轻载低速的场合 滚子从动件 从动件端部装有可以自由转动的滚子 减小摩擦和磨损 能传递较大的动力 但端部结构复杂 质量较大 不易润滑 不宜用于高速 平底从动件 当不计摩擦时 凸轮对从动件的驱动力垂直于平底 有效作用力大 凸轮与平底接触处易形成油膜 常用于高速凸轮 图5 35内燃机的配气机构 3 按从动件运动形式分类 直动从动件 从动件作直线往复运动 若从动件的导路通过盘形凸轮的回转中心 则称为对心直动从动件 若从动件不通过盘形凸轮的回转中心 则称为偏置直动从动件 图5 35内燃机的配气机构 摆动从动件 从动件作往复摆动 4 按缩合方式分类 力锁合 靠重力 弹簧力或其他力锁合 图5 35内燃机的配气机构 几何锁合 靠凸轮和从动件的特殊几何形状锁合 第二节凸轮机构 基本类型及其应用从动件的常用运动规律图解法绘制凸轮轮廓基本尺寸的确定材料和结构 凸轮机构运动 推程运动 推程运动角 与从动件推程相对应的凸轮转角 t 远休止 远休止角 与从动件远休程相对应的凸轮转角 s 回程运动 回程运动角 与从动件回程相对应的凸轮转角 h 近休止 近休止角 与从动件近休程相对应的凸轮转角 s 从动件 凸轮转角 整个工作过程 升 停 降 停 偏距 凸轮回转中心与从动件导路间的偏置距离 用e表示 其它术语 凸轮基圆 以凸轮轴心为圆心 以其轮廓最小向径rb为半径的圆 从动件行程 在推程或回程中从动件的最大位移 用h表示 从动件常用的位移线图 从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线的形状 设计凸轮轮廓曲线时 首先根据工作要求选定从动件的运动规律 按从动件的位移曲线求出相应的凸轮轮廓曲线 以升 停 降 停的运动过程推程为例 等速运动规律 从动件速度为定值的运动规律称为等速运动规律 推程 回程 特点 v 常数a 有突变 理论上 刚性冲击 适于低速 等加速等减速运动规律 从动件在一行程在前一阶段为等加速和后一阶段为等减速的运动规律 称为等加速等减速运动规律 前半升程 后半升程 运动线图 特点 a 有突变柔性冲击 适于中速 简谐 余弦加速度 运动规律 从动件的加速度按余弦规律变化的运动规律称为简谐运动规律 运动线图 特点 a 有突变柔性冲击 适于中速 第二节凸轮机构 基本类型及其应用从动件的常用运动规律图解法绘制凸轮轮廓基本尺寸的确定材料和结构 凸轮轮廓设计基本原理 反转法 对心移动从动件形凸轮轮廓曲线的绘制 对心移动尖顶从动件盘形凸轮机构 偏置移动从动件形凸轮轮廓曲线的绘制 对心直动滚子从动件盘形凸轮 对心移动滚子从动件盘形凸轮机构 对心直动平底从动件盘形凸轮 对心移动滚子从动件盘形凸轮机构 摆动从动件盘形凸轮轮廓线 摆动从动件盘形凸轮机构 第二节凸轮机构 基本类型及其应用从动件的常用运动规律图解法绘制凸轮轮廓基本尺寸的确定材料和结构 凸轮机构的压力角及其许用值 如图所示 压力角 是从动件在与凸轮轮廓接触点B处所受正压力的方向与从动件上点B的速度方向之间所夹的锐角 它是反映凸轮机构受力情况的一个重要参数 通常规定 max 许用压力角 的推荐值为 推程 直动从动件 30 40 摆动从动件 35 45 回程 70 80 按许用压力角确定凸轮的基本尺寸 若从动件的运动规律为s f 则 由前式可知 当选定了s f e后 加大rb可减小压力角 下列经验数据可供选择rb 与轴分体的铸铁凸轮 滚子半径的选择 1 凸轮理论轮廓为内凹时 a min rT 2 凸轮理论轮廓为外凸时 a min rT 轮廓变尖 易磨损 出现过切失真 综上所述 对于外凸的凸轮 滚子半径rT应小于理论轮廓线上的最小曲率半径 min 滚子半径rT应在结构和强度允许的条件下尽量取最小值 可取rT 0 1 0 5 rb 第二节凸轮机构 基本类型及其应用从动件的常用运动规律图解法绘制凸轮轮廓基本尺寸的确定材料和结构 对凸轮材料的要求是 表面有较高的硬度 芯部有较好的韧性 尺寸不大的凸轮用45钢或40cr钢 要求更高时 用15钢或20Cr钢 从动件接触面常用45钢 也可用T8 T10 T12 要求更高时可使用20Cr 滚子材料可采用20Cr 常用结构 凸轮 1 凸轮轴 当凸轮的基圆较小时 将凸轮与轴制成一体 成为凸轮轴 2 整体式凸轮