机械设计基础：第3章 凸轮机构1

1、第3章 凸轮机构,31 凸轮机构的应用和类型,32 从动件的常用运动规律,33 凸轮机构的压力角,34 图解法设计凸轮的轮廓,35 解析法设计凸轮的轮廓,31 凸轮机构的应用和类型,结构：三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状,作用：将连续回转 = 从动件直线移动或摆动,优点：可精确实现任意运动规律， 简单紧凑,缺点：高副，线接触， 易磨损，传力不大,应用：内燃机 、补鞋机等,实例,1,2,3,31 凸轮机构的应用和类型,分类：1)按凸轮形状分：盘形、移动、 圆柱凸轮( 端面),盘形凸轮,移动凸轮,圆柱凸轮,2)按推杆形状分：尖顶、 滚子、平底从动件,特点： 尖顶构造简单、易磨损、用于仪表

2、机构,滚子磨损小，应用广,平底受力好、润滑好，用于高速传动,3).按推杆运动分：直动（对心、偏置） 摆动,对心,偏置,4).按保持接触方式分： 力封闭（重力、弹簧等,内燃机气门机构,几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮,机床进给机构,r1+r2 =const,等宽凸轮,优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便,缺点：线接触，容易磨损,作者：潘存云教授,主回凸轮,设计：潘存云,绕线机构,应用实例,设计：潘存云,设计：潘存云,送料机构,设计：潘存云,32 从动件的常用运动规律,凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式,名词术语

3、,一、推杆的常用运动规律,基圆（最小向径,推程运动角,推程（最近到最远）,远休止角,回程运动角,回程,近休止角,行程。一个循环,2)推杆运动规律,3)合理确定结构尺寸,4)设计轮廓曲线,推杆的运动规律,汽车机械基础技术应用 第九章,推程、远停程、回程,当凸轮连续转动时，从动件将重复上述运动过程,0 s 0,近停程,s,基圆,凸轮传动工作过程的有关名词,基圆以凸轮的最小向径为半径所作的圆称为基圆，基圆半径用rb 表示。（基圆半径 rb） 凸轮转角； 推程、回程、升程h、近停程、远停程； 推程运动角0； 回程运动角0 ； 远停角s ； 近停角s ； 一般推程是凸轮机构的工作行程,设计：潘存云,运动

4、规律：推杆在推程或回程时，其位移S2、速度V2、 和加速度a2 随时间t 的变化规律,形式：多项式、三角函数,S2=S2(t) V2=V2(t) a2=a2(t,1、等速运动规律,3、等加速等减速运动规律,2、简谐运动规律,1、等速运动规律,从动件在推程或回程的运动速度为常数的运动规律,刚性冲击等速运动规律从动件在运动始末两点，速度有突变，理论上瞬时加速度无穷大，因而产生无穷大的惯性力。对机构造成强烈的冲击。也称为“硬冲,适用于转速很低以及轻载的场合,设计：潘存云,二、三角函数运动规律,1.余弦加速度(简谐)运动规律,推程： s2h/2*1-cos(,v2 h/2*sin(,a2 2h2 /2

5、2*cos(,在起始和终止处理论上a2为有限值，产生柔性冲击,2.正弦加速度（摆线）运动规律,无速度突变 无加速度突变 无冲击,设计：潘存云,正弦改进等速,三、改进型运动规律,将几种运动规律组合，以改善运动特性,设计：潘存云,设计凸轮机构时，除了要求从动件能实现预期的运动规律外，还希望凸轮机构结构紧凑，受力情况良好。而这与压力角有很大关系,定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角,F,若大到一定程度时，会有,机构发生自锁,33 凸轮机构的压力角,一、压力角与作用力的关系,不考虑摩擦时，作用力沿法线方向,F-有用分力, 沿导路方向,F”-有害分力，垂直于导路,F”=F tg,F 一定时，,

6、Ff F,为了保证凸轮机构正常工作，要求,设计：潘存云,二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系,P点为速度瞬心， 于是有,v=lOP1,rmin,30 -直动从动件,3545-摆动从动件,7080-回程,lOP =v2/1,ds2 /d,lOC + lCP,lCP,lOC = e,lCP = ds2/d - e,S2+S0 )tg,若发现设计结果，可增大rmin,设计：潘存云,同理，当导路位于中心左侧时，有,lOP =lCP- lOC,lCP = ds2/d + e,” 用于导路和瞬心位于中心两侧； “-” 用于导路和瞬心位于中心同侧,显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小,注意：用偏置法可

7、减小推程压力角，但同时增大了回 程压力角，故偏距 e 不能太大,lCP = (S2+S0 )tg,正确偏置：导路位于与凸轮旋转方向1相反的位置,设计：潘存云,提问：对于平底推杆凸轮机构： ,0,1.凸轮廓线设计方法的基本原理,34 图解法设计凸轮轮廓,2.用作图法设计凸轮廓线,1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮,3)滚子直动从动件盘形凸轮,4)对心直动平底从动件盘形凸轮,2)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮,5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构,设计：潘存云,一、凸轮廓线设计方法的基本原理,反转原理,依据此原理可以用几何作图的方法 设计凸轮的轮廓曲线，例如,给整个凸轮机构施以-1时，不影响各构件之间的相对运动

8、，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线,尖顶凸轮绘制动画,滚子凸轮绘制动画,设计：潘存云,对心直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度1和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线,设计步骤小结,选比例尺l作基圆rmin,反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏,确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置,将各尖顶点连接成一条光滑曲线,1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮,二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,设计：潘存云,偏置直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度1和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线,2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮,设计：

9、潘存云,理论轮廓,实际轮廓,作各位置滚子圆的内(外)包络线,3.滚子直动从动件盘形凸轮,滚子直动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度1和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线,设计：潘存云,a工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径， rT滚子半径,rT,arT0,对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使： min rT,滚子半径的确定,arT,rT,arT0,轮廓正常,轮廓变尖,rT,arT,轮廓正常,外凸,设计：潘存云,对心直动平底从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度1和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线,作平底直线族的内包络线,4.对心直动平底从动件盘形凸轮,设计

10、：潘存云,对平底推杆凸轮机构，也有失真现象,可通过增大rmin解决此问题,设计：潘存云,摆动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度1，摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线,三、摆动从动件盘形凸轮机构,设计：潘存云,35 解析法设计凸轮的轮廓,从图解法的缺点引出解析法的优点,结果：求出轮廓曲线的解析表达式,已知条件：e、rmin、rT、S2=S2(1)、1及其方向,理论轮廓的极坐标参数方程,原理：反转法,1+0,tg0 = e/ S0,tg = e/(S2 + S0,即B点的极坐标,(+0,1,参数方程,设计：潘存云,其中： tg,实际轮廓方程是理论轮廓的等距曲线。由高等数学可知：等距线对应点具有公共的法线,T,实际轮廓上对应点的 T 位置,位于理论轮廓 B 点法线 n-n