第4章凸轮机构

1、 第 4 章 凸 轮 机 构4.1 凸轮机构的类型及应用4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律4.3 反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线实训5 设计对心移动滚子从动件盘形凸轮机构4.4 凸轮机构基本尺寸的确定第4章 凸轮机构 基本要求1、了解凸轮机构的类型和应用：2、掌握从动件常用运动规律及其选择时应考虑的因素：3、能应用反转法对凸轮机构的运动过程进行分析；4、能根据给定的运动规律，应用反转法绘制出各种从 动件盘形凸轮的轮廓曲线；5、了解凸轮廓线方程的建立过程，会进行盘形凸轮轮 廓的设计计算；6、掌握压力角与自锁的关系、基圆半径对压力角的影 响以及滚子半径选择的原则；第4章 凸轮机构重点 1、从动件常用

2、运动规律及其选择原则； 2、凸轮机构运动过程的分析； 3、凸轮轮廓曲线的设计； 4、凸轮机构压力角与机构基本尺寸的关系。难点 1、相对运动原理 2、凸轮机构压力角与机构基本尺寸的关系。第4章 凸轮机构思考题1、试比较尖顶、滚子和平底从动件的优缺点，并说明 它们的适用场合。2、在用反转法设计盘型凸轮轮廓曲线的各个步骤中， 应注意哪些问题?各类凸轮设计方法有何特点？3、凸轮理论轮廓线与实际轮廓线有何区别与联系?当 已知盘型凸轮的理论轮廓线，欲求实际轮廓线时， 能否直接由理论轮廓线上各点的向径减去滚子半径 来求得，为什么?4、凸轮机构的压力角是如何定义的?为什么要规定许 用压力角?5、你所学过的三种

3、基本运动规律各有何特点，适用于 何种场合?什么是刚性冲击和柔性冲击，如何避免?第4章 凸轮机构6、盘形凸轮基圆半径的选择与哪些因素有关?7、通常采用什么方法使凸轮与从动件之间保持接触?8、如果两个凸轮的实际轮廓线相同，则从动件的运 动规律是否一定相同，为什么?9、如果两个凸轮的理论轮廓线相同，则从动件的运 动规律是否一定相同，为什么?10、滚子从动件凸轮机构的滚子损坏后用一半径不 同的滚子替换是否可行，为什么?11、在什么情况下凸轮实际轮廓线会出现尖点或过 切现象，如何避免?第4章 凸轮机构4.1 凸轮机构的类型及应用 凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，他通过与从动件的高副接触，在运动时可以

4、使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。4.1.1 凸轮机构的组成与类型凸轮机构的分类方法分类方法（1）按凸轮的形状分类盘形凸轮移动凸轮4.1 凸轮机构的类型及应用 圆柱凸轮（2）按从动件的端部结构形式分类尖顶从动件滚子从动件4.1 凸轮机构的类型及应用平底从动件（3）按从动件的运动形式分类移动从动件摆动从动件4.1 凸轮机构的类型及应用（4）按锁合形式分类： 力锁合形锁合4.1 凸轮机构的类型及应用示例一内燃机配气机构4.1 凸轮机构的类型及应用4.1.2 凸轮机构的应用应用示例一内燃机配气

5、机构4.1 凸轮机构的类型及应用4.1.2 凸轮机构的应用应用示例二靠模车削机构4.1 凸轮机构的类型及应用示例三分度转位机构4.1 凸轮机构的类型及应用示例四机床自动进给凸轮机构4.1 凸轮机构的类型及应用4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律基圆：以凸轮最小半径ro所作的圆，ro称为凸轮的基圆半径。推程、推程运动角：远休、远休止角：近休、近休止角：行程：hs位移：从动件的运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移、速度和加速度随时间变化（凸轮转角变化）的规律。o回程、回程运动角：4.2.1 凸轮机构的运动分析jh0rrs4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律 从

6、动件的位移s与凸轮转角的关系可以用从动件的位移线图来表示，如图所示。图为对心尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮回转时，从动件重复 升升停停降降停停的运动循环。4.1 凸轮机构的类型及应用从动件的运动取决于凸轮轮廓曲线的形状,即凸轮轮廓决定了从动件的运动规律。4.2.2 从动件的常用运动规律1.等速运动规律等速运动规律从动件在运动过程中，运动速度为定值。运动开始，由0突变为加速度同理，运动结束在运动的起点和终点，从动件的速度的突变，加速度将达到无穷大，将产生极大的惯性力，引起刚性冲击刚性冲击。a= -10h0010hdtda4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律从动件推程运动方程式4.2 凸轮机构的从动

7、件常用运动规律从动件回程运动方程式0hs 10h0)1 (0 hs1hh04.2 凸轮机构的从动件常用运动规律2.等加速等加速等减速运动规律等减速运动规律4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律从动件在运动过程的前半程作等加速运动，后半程作等减速运动，两部分加速度的绝对值相等。从动件在运动的开始点、中间点和终止点，加速度的突变为有限值，将引起有限的惯性力，从而引起柔性冲击柔性冲击。从动件推程前半程运动方程式4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律从动件推程后半程运动方程式2202hs 2014h20214h020 2020)(2hhs)(40201h20214h20 0等加速等减速运动规律的位移线图作

8、法4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律等加速等减速运动规律作法4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律3.简谐运动规律简谐运动规律4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律质点在圆周上作等速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动。在运动起始和终止位置，加速度曲线不连续，存在柔性冲击柔性冲击。从动件位移方程0cos12hs从动件推程运动方程式4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律从动件回程运动方程式0022000cos2sin2cos12hahhs0022000cos2sin2cos12hahhs简谐运动规律作法4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律常用从动件运动规律

9、的比较常用从动件运动规律的比较4.2 凸轮机构的从动件常用运动规律 运动规律 最大速度 最大加速 冲击性质 适用范围 （推荐） 等 速 刚性冲击低速、轻载等加速等减速 柔性冲击中速、轻载 简 谐 运 动 柔性冲击中低速、中载或重载1000. 1h1000. 2h1057. 1h212000. 4h12093. 4h4.3 反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线1. 反转法原理加角速度-(与凸轮角速度大小相等、方向相反)凸轮静止不动从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线从动件相对导路移动对于滚子从动件，则滚子中心可看作是从动件的尖顶，其运动轨迹就是凸轮的理论轮廓曲线理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线实际轮廓曲线

10、是与理论轮廓曲线相距滚子半径rT的一条等距曲线。反转法反转法从动件与导路以-角速度绕凸轮转动4.3 反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线反转法原理求位移线图4.3 反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线2.对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的画法设计要求：已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆的运动规律如图所示。试设计该对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。4.3 反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线4.3 反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线4.3 反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线3.对心滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的画法已知条件: 凸轮的基圆半径为r0,滚子半径rT,凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆的运动规律如图

11、所示。试设计对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。4.3 反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线4.3 反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线4.3 反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线4.对心直动平底从动件盘形凸轮轮廓的画法已知条件: 凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆的运动规律如图所示。试设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。4.3 反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线4.3 反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线5、偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构 已知条件:已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆的运动规律已知，已知偏距e。试设计。4.3 反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线试设计一对心移动滚子从动件盘形

12、凸轮。已知凸轮按顺时针方向转动，其基圆半径 mm。滚子半径 =5mm。从动件的行程 mm，运动规律如下：实训5设计对心移动滚子从动件盘形凸轮机构100orTr50h凸轮转角 从动件运动规律等加速等减速上升50mm停止不动等加速等减速下降至原来位置停止不动001200 00180120 00270180 00360270 （1）选取适合的比例尺L、 ，作从动件位移曲线取长度比例尺L=2mm/mm 、角度比例尺 =6/mm。将已知的从动件的位移曲线的推程、回程和从动件的位移曲线分成相同等份，作出从动件位移曲线，如图（a）所示。实训5设计对心移动滚子从动件盘形凸轮机构实训5设计对心移动滚子从动件盘形

13、凸轮机构（2）用反转法绘制凸轮理论轮廓曲线1）以为圆心以为半径作出基圆，确定滚子从动件上滚子中心的最低位置。过作滚子中心的运动导路。2）利用反转法将基圆圆周分成与从动件位移曲线图中横坐标轴对应的等份，代表机构反转时各相应位置的导路线。3）自基圆圆周沿以上导路线截取对应位移量，它们便是机构反转时从动件滚子中心的一系列位置。最后连成平滑曲线，即为凸轮理论轮廓曲线。（3）绘制凸轮实际轮廓曲线以凸轮理论轮廓曲线上各点为圆心，以滚子半径为半径画一系列滚子圆，作该系列滚子圆的内包络线，即为滚子从动件凸轮的实际轮廓曲线，如图（b）所示。4.4.1 滚子半径的确定凸轮轮廓曲线形状与滚子半径的关系当理论廓线内凹

14、时a= min+rT此时，无论滚子半径大小，凸轮工作轮廓总是光滑曲线(如图a)4.4 凸轮机构基本尺寸的确定当理论廓线外凸时(可分为三种情况)1) min rT时 a 0,这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线2) min = rT 时a = 0,实际轮廓线变尖，极易磨损，不能使用3) min rT时a 0,即实际曲线出现交叉会出现失真失真a= minrT4.4 凸轮机构基本尺寸的确定结论结论：外凸的凸轮轮廓曲线, 应使rT min，通常取rT0.8 min同时a35mm,另外滚子半径还受强度、结构等的限制，因而也不能做得太小，通常取滚子半径rT=(0.1 0.15)r0。 4.4 凸轮机构基本尺

15、寸的确定4.4.2 压力角的确定 从动件的运动方向和凸轮作用于它的法向力Fn方向之间所夹的角称为压力角压力角。凸轮轮廓曲线上各点的压力角是变化的，最大压力角的位置一般存在于运动过程的起始点、速度最大的点以及凸轮轮廓向径急剧变化的地方。4.4 凸轮机构基本尺寸的确定 由上述关系式知，压力角愈大，有效分力1愈小，有害分力2愈大。当角大到某一数值时，必将会出现F1F2的情况。这时，不论施加多大的Fn力，都不能使从动件运动，这种现象称为自锁自锁。因此，为了保证凸轮机构的正常工作，必须对凸轮机构的压力角进行限制。推荐压力角数值移动从动件30摆动从动件 45回程中，一般不会有自锁现象，压力角取值为a=7080cos1FF sin2FF 有害分力有效分力4.4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮压力角的测量方法4.4 凸轮机构基本尺寸的确定4.4.3 基圆半径的确定 当从动件的运动规律确定后，凸轮基圆半径r0的大小将直接影响到压力角的大