第三章凸轮机构(运动规律)

1、第三章第三章 凸轮机构凸轮机构 第三章第三章 凸轮机构凸轮机构 主要内容：主要内容： 1.1.凸轮机构的结构、特点、类型及应用；凸轮机构的结构、特点、类型及应用； 2.2.从动件的常用运动规律及其选择；从动件的常用运动规律及其选择； 3.3.用图解法绘制凸轮轮廓曲线的方法；用图解法绘制凸轮轮廓曲线的方法； 4. 4. 凸轮机构的设计。凸轮机构的设计。 1. 1. 组成组成 凸轮机构的应用与分类凸轮机构的应用与分类 凸轮机构由凸轮机构由凸轮凸轮1 1、从动件从动件2 2、 机架机架3 3三个基本构件及三个基本构件及锁合装锁合装 置置组成。是一种高副机构。其组成。是一种高副机构。其 中凸轮是一个具

2、有曲线轮廓或中凸轮是一个具有曲线轮廓或 凹槽的构件，通常作连续等速凹槽的构件，通常作连续等速 转动，从动件则在凸轮轮廓的转动，从动件则在凸轮轮廓的 控制下按预定的运动规律作往控制下按预定的运动规律作往 复移动或摆动。复移动或摆动。 凸轮机构的应用与分类凸轮机构的应用与分类 2. 2. 特点特点 优点优点: :只要正确地设计和制造出凸轮的 轮廓曲线， 就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所 预期的复杂运动规律的运动，而且设计简单;凸轮 机构结构简单、紧凑、运动可靠。 缺点缺点: :凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保 持良好的润滑，容易磨损。 凸轮机构通常适用于传力不大的机械中。尤其广泛

3、凸轮机构通常适用于传力不大的机械中。尤其广泛 应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。 凸轮机构的应用与分类凸轮机构的应用与分类 3. 应用 平面连杆机构虽然应用广泛，但它只能近似地实平面连杆机构虽然应用广泛，但它只能近似地实 现给定的运动规律，且设计比较复杂。当从动件须现给定的运动规律，且设计比较复杂。当从动件须 精确地按预定运动规律尤其是复杂运动规律工作时，精确地按预定运动规律尤其是复杂运动规律工作时， 则常采用凸轮机构。则常采用凸轮机构。 凸轮机构的应用与分类凸轮机构的应用与分类 4. 类型 按从动件末端形状分：按从动件末端形状分： 平底从动件凸轮机构

4、平底从动件凸轮机构 其从动件端部为一平底。若其从动件端部为一平底。若 不计摩擦，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，不计摩擦，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底， 传力性能良好，且凸轮与平底接触面间易形成润滑传力性能良好，且凸轮与平底接触面间易形成润滑 油膜，摩擦磨损小、效率高，故可用于高速，缺点油膜，摩擦磨损小、效率高，故可用于高速，缺点 是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。 尖顶从动件凸轮机构尖顶从动件凸轮机构 其从动件的端部呈尖点，其从动件的端部呈尖点， 特点是能与任何形状的凸轮轮廓上各点相接触，因特点是能与任何形状的凸轮轮廓上各点相接触，因 而理论上可实现任

5、意预期的运动规律。尖顶从动件而理论上可实现任意预期的运动规律。尖顶从动件 凸轮机构是研究其他型式从动件凸轮机构的基础。凸轮机构是研究其他型式从动件凸轮机构的基础。 但由于从动件尖顶易磨损，故只能用于轻载低速的但由于从动件尖顶易磨损，故只能用于轻载低速的 场合。场合。 滚子从动件凸轮滚子从动件凸轮 盘形凸轮盘形凸轮 其凸轮都是绕固定轴线转动且有变化其凸轮都是绕固定轴线转动且有变化 向径的盘形构件。盘形凸轮机构简单，应用广向径的盘形构件。盘形凸轮机构简单，应用广 泛，但限于凸轮径向尺寸不能变化太大，故从泛，但限于凸轮径向尺寸不能变化太大，故从 动件的行程较短。动件的行程较短。 按凸轮的形状分：按凸

6、轮的形状分： 圆柱凸轮圆柱凸轮 其凸轮是圆柱面上开有凹槽 的圆柱体，可看成是绕卷在圆柱体上的 移动凸轮，利用它可使从动件得到较大 的行程。 移动凸轮移动凸轮 其凸轮是具有曲线轮廓、作往复直线移其凸轮是具有曲线轮廓、作往复直线移 动的构件，它可看成是转动轴线位于无穷远处的动的构件，它可看成是转动轴线位于无穷远处的 盘形凸轮。盘形凸轮。 所谓的锁合是指保持从动件与凸轮之间的高副接触。 力锁合凸轮机构力锁合凸轮机构 依靠重力、弹簧力或其他外力来保 证锁合，如内燃机配气凸轮机构。 形锁合凸轮机构形锁合凸轮机构 依靠凸轮和从动件几何形状来保证 锁合。 按锁合方式分：按锁合方式分： 移动从动件凸轮机构移动

7、从动件凸轮机构 按从动件相对机架的运动方式分为：按从动件相对机架的运动方式分为： 分为分为对心对心移动从动件移动从动件 摆动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构 按其从动件导路是否通过凸轮按其从动件导路是否通过凸轮 偏置偏置移动从动件凸轮机构移动从动件凸轮机构 40Cr 40-45HRC 20Cr 56-62HRC 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 1.1.凸轮轮廓曲线与从动件运动规律的关系凸轮轮廓曲线与从动件运动规律的关系 生产中对从动件运动的要求是多种多样的。生产中对从动件运动的要求是多种多样的。 凸轮机构中，凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律，凸轮机构中，凸轮的轮廓形状决定了从动件

8、的运动规律， 反之，从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同形状的轮反之，从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同形状的轮 廓。因此，设计凸轮机构时，应首先根据工作要求确定从廓。因此，设计凸轮机构时，应首先根据工作要求确定从 动件的运动规律，再据此来设计凸轮的轮廓曲线。动件的运动规律，再据此来设计凸轮的轮廓曲线。 从动件的运动规律从动件的运动规律是指其位移是指其位移s s、速度、速度v v和加速度和加速度a a等随凸等随凸 轮转角轮转角 而变化的规律。而变化的规律。 这种规律可用方程表示：这种规律可用方程表示： )(tss )(tvv )(taa 推程、远休止、回程、近休推程、远休止、回程、近休 止止

9、 当凸轮连续转动时，从动件将重复上述运动过程。当凸轮连续转动时，从动件将重复上述运动过程。 亦可用线图表示亦可用线图表示 =t 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 2.2.从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 等速运动规律：等速运动规律：是指从动件在推程或回程的运动速度为常是指从动件在推程或回程的运动速度为常 数的运动规律。凸轮以等角速度转动，从动件在推程中的行程数的运动规律。凸轮以等角速度转动，从动件在推程中的行程 为为h。从动件作等速运动规律的运动线图如图所示。其。从动件作等速运动规律的运动线图如图所示。其位移曲位移曲 线为斜直线，速度曲线为平直线，加速度曲线为零线。线为斜直线，

10、速度曲线为平直线，加速度曲线为零线。 由图可见，从动件在推程始末两点、处，速度有突由图可见，从动件在推程始末两点、处，速度有突 变，瞬时加速度理论上为无穷大，因而产生理论上变，瞬时加速度理论上为无穷大，因而产生理论上 亦为无穷大的惯性力。而实际上，由于构件材料的亦为无穷大的惯性力。而实际上，由于构件材料的 弹性变形，加速度和惯性力不至于达到无穷大，但弹性变形，加速度和惯性力不至于达到无穷大，但 仍会对机构造成仍会对机构造成强烈的冲击强烈的冲击，这种冲击称为，这种冲击称为“刚性刚性 冲击冲击”或或“硬冲硬冲”。因此，单独采用这种运动规律。因此，单独采用这种运动规律 时，只能用于凸轮时，只能用于凸

11、轮转速很低以及轻载转速很低以及轻载的场合。的场合。 由图可见，在推程的始末 点和前、后半程的交接处， 加速度有突变，因而惯性力 也产生突变，但它们的大小 及突变量均为有限值，由此 将对机构造成有限大小的冲 击，这种冲击称为“柔性冲柔性冲 击击”或或“软冲软冲”。在高速情 况下，柔性冲击仍会引起相 当严重的振动、噪声和磨损， 因此这种运动规律只适用于 中速、中载中速、中载的场合。 等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律: :是指从动件在一个行程中，前半行 程作等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。 运动线图如图所示。其位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛 物线，速度曲线为斜直线，加速度曲线为平直线。物线，速度曲线为斜直线，加速度曲线为平直线。作图方法如 图所示。 由图可见，在推程始末 点处仍有加速度的有限 值的突变，即存在“软 冲”，因此只适用于中、 低速。但若从动件作无 停歇的升降升型连 续运动，则加速度曲线 为光滑连续的余弦曲线，