第3章凸轮机构

1、第3章 凸轮 机构 典型的凸轮机构的工作原理 从动件从动件 凸轮凸轮 滚子滚子 机架机架 3-1 凸轮机构的应用凸轮机构的应用 盘形凸轮机构在印刷机中的应用盘形凸轮机构在印刷机中的应用 一、应用举例一、应用举例 利用分度凸轮机构实现转位利用分度凸轮机构实现转位 圆柱凸轮机构在机圆柱凸轮机构在机 械加工中的应用械加工中的应用 二、凸轮机构的分类 凸轮机构分类凸轮机构分类 1 1、按凸轮形状分类、按凸轮形状分类 2 2、按从动件形状分类、按从动件形状分类 3 3、按维持凸轮高副、按维持凸轮高副 接触的方式分类接触的方式分类 圆柱凸轮圆柱凸轮 盘形凸轮盘形凸轮 移动凸轮移动凸轮 尖顶从动件 滚子从动

2、件 平底从动件 力封闭力封闭 形封闭形封闭 1、按凸轮分类、按凸轮分类 （1 1）盘形凸轮）盘形凸轮 绕固定轴线转动且具有变化向径的盘形绕固定轴线转动且具有变化向径的盘形 构件，是凸轮的最基本形式。构件，是凸轮的最基本形式。 （2 2）移动凸轮）移动凸轮 当盘形凸轮的回转中心趋于无穷当盘形凸轮的回转中心趋于无穷 远时，凸轮相对机架作直线运动远时，凸轮相对机架作直线运动 （3 3）圆柱凸轮）圆柱凸轮 将移动凸轮卷在圆柱体上即形成圆柱凸轮将移动凸轮卷在圆柱体上即形成圆柱凸轮 2 2、按从动件形状分类、按从动件形状分类 （1 1） 直动尖顶从动件直动尖顶从动件 对心直动尖顶从动件对心直动尖顶从动件偏

3、置直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件 （2 2）直动滚子从动件）直动滚子从动件（3 3）直动平底从动件）直动平底从动件 摩擦、磨损较小，可用于摩擦、磨损较小，可用于 传递较大的动力，曲率半传递较大的动力，曲率半 径小不能用。径小不能用。 不能与内凹的凸轮轮廓不能与内凹的凸轮轮廓 接触。压力角始终为零，效接触。压力角始终为零，效 率最高，润滑好，故常用于率最高，润滑好，故常用于 高速传动。高速传动。 根据运动形式的不同，以上三种从动件还可分为直动从根据运动形式的不同，以上三种从动件还可分为直动从 动件，摆动从动件。动件，摆动从动件。 摆动滚子从动件摆动滚子从动件 摆动尖顶从动件摆动尖顶从动件 摆动

4、平底从动件摆动平底从动件 3 3、按维持凸轮高副接触的方式分类、按维持凸轮高副接触的方式分类 1)力封闭力封闭 2) 2) 形封闭形封闭 等宽凸轮等宽凸轮 等径凸轮等径凸轮 等径凸轮机构等径凸轮机构 在机械加工中的应用在机械加工中的应用 3-2 从动件运动规律从动件运动规律 一、凸轮的运动过程一、凸轮的运动过程 凸轮基圆半径凸轮基圆半径rb 从动件行程从动件行程(h，亦称升距，亦称升距) 推程及推程运动角推程及推程运动角0 S远休止及远休止角远休止及远休止角 0 回程及回程运动角回程及回程运动角 近休止及近休止角近休止及近休止角S S 0 S 0 rb h 对心式尖顶从动件盘形凸轮机对心式尖顶

5、从动件盘形凸轮机 构构 凸轮：连续运动凸轮：连续运动 推杆：间歇运动，推杆：间歇运动， 典型凸轮机构运动分四步典型凸轮机构运动分四步 （凸轮轮廓由（凸轮轮廓由4段曲线组成）段曲线组成） 从动件运动线图：从动件位移S、速度v、加速度a与凸轮 转角 （或时间t）之间的对应关系曲线。 S 0 S 0 rb h S0 S 0 二、从动件运动规律二、从动件运动规律 1. 等速运动规律 特点：特点： 瞬时速度有突变瞬时速度有突变 加速度加速度，存在刚性，存在刚性 冲击冲击 位置：位置： 发生在运动的起始点和发生在运动的起始点和 终止点终止点 应用场合：应用场合： 低速低负荷低速低负荷 v0 v h s -

6、 a 2. 等加等减速运动规律 v h s a0 A BC -a0 a da dt - 特点：特点： 加速度有突变，加速度有突变， 存在柔冲击存在柔冲击 位置：位置： 发生在运动的起发生在运动的起 始点、中间点和终始点、中间点和终 止点止点 应用场合：应用场合： 中速低负荷中速低负荷 特点：特点： 瞬时加速度有突变，瞬时加速度有突变， 产生柔性冲击，产生柔性冲击， 当无间歇运动时，加当无间歇运动时，加 速度曲线连续无冲击速度曲线连续无冲击 3. 简谐运动（余弦加速度运动）规律简谐运动（余弦加速度运动）规律 a v ,t ,t ,t s h 1O 234 5 6 1 2 3 4 5 s 位置：位

7、置： 在起始及终止处，在起始及终止处， 应用场合：应用场合： 中低速中负荷中低速中负荷 3-3 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角 sin n FF cos t FF 压力角压力角：从动件的速度与受力方 向所夹的锐角 Fn有害越小越好 Fn变化， 一般小于30 2、压力角与基圆半径的关系、压力角与基圆半径的关系 22B vv 11B vr 2211 tantan BB vvvr 2 1 tan v r 2 022 1 tan v rrss 0 r 从动件上 凸轮上 （ r：OB）又rr0s2 3-4 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 一、对心式凸轮机构凸轮廓线的设计一、对心式凸轮机构凸轮廓线

8、的设计 1. 尖顶从动件尖顶从动件 1)凸轮机构相对运动分析凸轮机构相对运动分析 凸轮上的观察个结果机架上的观察结果 2) 反转法设计原理反转法设计原理 rb A1 A2A3 A4 rb A1 A2 A3 A4 S2 rb A2A3 A1 A4 S3 S4 rb A2 A3 A1 A4 rb A1 A2A3 A4 rb A1 A2A3 A4 - rb A1 A2A3 A4 - - - - 3)设计步骤 rb 1 2 3 4 5 6 7 8 910 - 1 2 10 3 4 5 6 7 8 9 4 7 5 8 1 3 2 6 9 10 1 2 3 0 S 4 7 8 9 6 5 10 S 0 S

9、0 S 0 h 已知条件：从动件运动规律、 凸轮转向基圆半径 设计步骤： a. 标出方向，并按此方向分割出 、 、 0 S 0S 和； c. 过位移线图中等分点作y轴平行线交位 移线图于i 点，过基圆上等分点作射线； 反转中导路线 d. 在射线上度量出相应推杆的位移 ，得尖顶轨迹点i ； f. 光滑连接i 得凸轮廓线。 b. 在基圆与位移线图共同将和进行n等 分，并标注等分点； oo 2. 滚子从动件滚子从动件 1) 分析 rb - 0 7 9 4 5 8 1 3 2 6 10 1 2 3 4 7 8 9 5 10 6 rb - 0 7 9 4 5 8 1 3 2 6 10 1 2 3 4 7

10、 8 9 5 10 6 实际廓线实际廓线 理论廓线理论廓线 2) 设计设计 注意：注意：1. 基圆半径为理论廓线最小向径；基圆半径为理论廓线最小向径； 2. 先求理论廓线，后作包络线先求理论廓线，后作包络线 包络线包络线 2. 平底从动件平底从动件 1) 分析 尖顶轨迹线尖顶轨迹线 1 2 3 4 7 8 9 5 10 6 2) 设计 理论廓线理论廓线 7 9 4 5 8 1 3 2 6 10 rb - 0 0 0 a.将基圆沿-方向将 和 与位移 线图进行对应等分； c. 光滑连接i 得凸轮理论廓线； b.过等分点作射线；在射线上 度量出相应推杆的位移，得尖 顶轨迹点i ； 设计步骤： d. 作平底线的其包络线 实际廓线。 1 1 2 3 3 2 rb - 结论： a. 偏置式凸轮机构中从动件 导路线始终切于偏置圆； b. 导路线与基圆交点为推杆 尖顶最低点其始点。 e 二、偏置式凸轮廓线的设计二、偏置式凸轮廓线的设计 1. 尖顶从动件 1) 相对运动分析 偏偏 置置 圆圆 2 2) 设计 已知条件：凸轮转向、基圆半径偏置圆半径。 rb e - 1 o