第4章 凸轮机构

1、第4章凸轮机构(cam mechanism)4-1 凸轮机构的应用和类型Question：什么是凸轮机构？和连杆机构有什么不同？一、应用1内燃机配气凸轮机构绕线机排线凸轮机构录音机卷带凸轮机构仿形车床自动送料机构凸轮：曲线轮廓或凹槽的构件。通过点或线接触推动从动件，使其得到任意预期的运动规律。凸轮机构：机架、凸轮和从动件(follower)组成高副机构。凸轮主动件连续等速转动从动件连续或间歇的往复移动或摆动二、分类1、凸轮形状A、盘形凸轮plate cam：最基本型式B、移动凸轮translating cam：可看作一种盘形凸轮C、圆柱凸轮1,2cylindrical cam：可看作由移动凸轮

2、演化而来平面凸轮机构planar cam mechanism： 盘形凸轮机构、移动凸轮机构空间凸轮机构spatial cam mechanism： 圆柱凸轮机构可用移动凸轮的设计方法来近似设计圆柱凸轮2、按从动件的型式分A、尖顶从动件：良好接触性 易磨损 受力不大的低速凸轮机构B、滚子从动件：耐磨损，承受较大载荷，最常用的型式 结构复杂，尺寸大，不宜润滑 低速和中速传力较大的场合C、平底从动件：不能与凹陷的凸轮轮廓相接触 受力较好，易形成油膜 用于高速凸轮机构3、按从动件的运动形式分A、直动从动件translating follower：往复直线运动 对心直动从动件radial transla

3、ting follower： 偏置直动从动件offset translating follower ： B、摆动从动件oscillating follower：往复摆动4、从动件与凸轮保持接触的方法A、力封闭(force-closed cam mechanism)： 从动件的重力、弹簧力或其他外力B、几何形状封闭(form-closed cam mechanism)： 凸轮或从动件的特殊几何结构等宽凸轮：凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架内侧的宽度等径凸轮：两滚子中心间的距离始终保持不变反凸轮机构：凸轮做从动件共轭凸轮机构dual or conjugate cam：一个凸轮推动从动件

4、完成正行程运动，另一个凸轮推动从动件完成反行程的运动 凸轮机构的特点：从动件运动规律任意但准确，结构简单紧凑、设计方便。凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易于磨损，所以通常用于传力不大的控制机构中。对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构基圆base circle ：凸轮轮廓的最小向径rmin为半径的圆推程rise travel推程运动角motion angle for rise travel回程return travel回程运动角motion angle for return travel近休：近休止角nearest dwell angle远休：远休止角farthest dwell angleQu

5、estion：怎样表示从动件行程？设计凸轮机构时，首先应根据工作要求确定从动件的运动规律，然后按照选定运动规律设计凸轮轮廓线。4-2从动件的常用运动规律一、等速运动规律constant velocity motion curve运动开始点和终止点，有速度的突变，理论上为无穷大；非常大的惯性力引起刚性冲击rigid impact不宜单独使用，运动开始和终止段应当用其他运动规律过渡低速轻载二、等加速等减速运动规律（抛物线运动规律）constant acceleration and deceleration motion curveo、m、e处加速度出现有限值的突化，产生惯性力的有限值突变有限值惯性

6、力将引起柔性冲击soft impact中速轻载三、简谐运动规律（余弦加速度运动规律）cosine acceleration motion curve简谐运动：点在圆周上作匀速运动时，在其直径上的投影所构成的运动行程的始点和终点有柔性冲击保持连续运动可避免柔性冲击中速轻载从动件连续运动，可用于高速其他运动规律运动规律A、多项式运动规律polynomial motion curve无刚性冲击无柔性冲击高速、中载多项式次数越高，运动特性越好，对加工要求越高。B、摆线运动规律 （外摆线1，2）（正弦加速度运动规律）sine acceleration motion curve圆作纯滚动时，圆上最初位于座

7、标原点的点其随时间变化的规律无刚性冲击无柔性冲击适于高速、中载的场合4-3 图解法设计凸轮轮廓一、基本原理反转法：相对运动 加上公共角速度，各构件间相对运动保持不变凸轮静止不动，从动件一边随着机架以一定的角速度1绕o点转动，一边在导路中往复移动反转后尖顶的运动轨迹就是凸轮的轮廓反转法反转法二、作图步骤1、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制A、对心尖顶直动从动件盘形凸轮已知：从动件位移线图，凸轮的基圆半径rmin，凸轮 以等角速度1顺时针方向回转。要求：绘出凸轮的轮廓。步骤：、确定尖顶的起始位置A0 、确定反转后从动件导路的各个位置 OA1、OA2、 OA3、 OA4 、确定反转后尖顶的一系列位置 A

8、1、 A2、A3、 A4 、将A0、 A1、 A2、 A3、 A4 连成光滑的曲线,得到凸轮轮廓。B、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮区别：导路的位置。 凸轮转动，导路始终与凸轮轴心o保持偏距e。 因此，反转中，从动件的导路也应始终与凸轮 的偏距圆相切。偏置尖顶直动从动件盘形凸轮C、滚子直动从动件盘形凸轮把滚子中心看作尖顶从动件的尖顶。注意：、实际轮廓cam profile 理论轮廓cam pitch curve 基圆半径和压力角 应在理论轮廓上度量、滚子半径roller radius选择滚子半径小于凸轮外凸部分最小曲率半径变尖现象pointing phenomenon运动失真undercutting D、平底直动从动件盘形凸轮将平底上一固定点视为尖顶。注意：平底长度的选择。2、摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制已知：从动件位角移线图，凸轮的基圆半径rmin，凸轮以等角速度1顺时针方向回转，凸轮与摆动从动件的中心距lOA，摆动从动件的长度lAB。要求：绘出凸轮的轮廓。4-4 凸轮机构压力角压力角：从动件上驱动力与该作用点绝对速度之间所夹的锐角接触点轮廓法线与从动件速度方向所夹的锐角设计凸轮机构要求：要求从动件实现预期运动规律机构有较好的受力情况和较小的尺寸为此需要讨论压力角对机构的受力情况及尺寸的影响一、压力角与作用力的关系自锁现象 二、压力角与凸轮机构尺寸的关系基圆半径越小，压力角