第5章凸轮机构

1、 第五章第五章 凸凸 轮轮 机机 构构 1 1 应用与分类应用与分类2 2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律 3 3 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 4 4 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定基本要求基本要求: :了解凸轮机构的类型及特点了解凸轮机构的类型及特点掌握从动件常用运动规律的特点掌握从动件常用运动规律的特点掌握凸轮机构基本尺寸确定的原则掌握凸轮机构基本尺寸确定的原则熟练掌握反转法原理并进行凸轮机构设计熟练掌握反转法原理并进行凸轮机构设计凸轮机构的组成凸轮机构的组成1-1-凸轮凸轮 2-2-气阀气阀 3-3-内燃机壳体内燃机壳体1-1-圆柱凸轮圆柱凸轮 2-2-直动

2、从动件直动从动件 3-3-毛坯毛坯1-1-凸轮凸轮 2-2-摆动从动件摆动从动件 3-3-线轴线轴内燃机中的配气凸轮机构内燃机中的配气凸轮机构自动送料凸轮机构自动送料凸轮机构绕线机凸轮机构绕线机凸轮机构一、组成一、组成由三个构件组成的一种高副机构由三个构件组成的一种高副机构 凸轮：凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的构件具有曲线轮廓或凹槽的构件 从动件从动件: : 机架机架从动件从动件 凸轮凸轮 二、特点二、特点 实现各种复杂的运动要求实现各种复杂的运动要求优点优点: : 结构简单、紧凑结构简单、紧凑 设计方便设计方便缺点缺点: : 点、线接触，易磨损，点、线接触，易磨损， 不适合高速、重载不适合高速、

3、重载 1 1 按凸轮的形状分按凸轮的形状分从动件从动件 凸轮凸轮 凸轮凸轮 从动件从动件 从动件从动件 凸轮凸轮 三、分类三、分类盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮平面凸轮平面凸轮空间凸轮空间凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮2 2 按从动件的形状分按从动件的形状分尖顶从动件尖顶从动件 尖顶始终能够与凸轮轮廓尖顶始终能够与凸轮轮廓保持接触，可实现复杂的保持接触，可实现复杂的运动规律运动规律 易磨损，只宜用于轻载、易磨损，只宜用于轻载、低速低速滚子滚子从动件从动件 耐磨、承载大，较常用耐磨、承载大，较常用平底从动件平底从动件 接触面易形成油膜，利于接触面易形成油膜，利于 润滑，常用于高速运动润滑，常用于高速运动

4、 配合的凸轮轮廓必须全部配合的凸轮轮廓必须全部 外凸外凸尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件平底从动件平底从动件3 3 按从动件的运动形式分按从动件的运动形式分 直动从动件直动从动件 往复移动往复移动 轨迹为直线轨迹为直线 摆动摆动从动件从动件 往复摆动往复摆动 轨迹为圆弧轨迹为圆弧尖顶尖顶从动件从动件 滚子滚子从动从动件件 平底平底从动件从动件 摆动摆动从动件从动件直动直动从动件从动件 4 4 按从动件的布置形式分按从动件的布置形式分 对心直动从动件对心直动从动件 偏置偏置直动直动从动件从动件尖顶尖顶从动件从动件 滚子滚子从动件从动件 配气机构配气机构绕线机构绕线机构

5、四、应用四、应用靠模机构靠模机构进刀机构进刀机构一、基本概念一、基本概念1.基圆、基圆半径基圆、基圆半径 rb 2.向径向径 r 3. 推程、推程运动角推程、推程运动角 4. 远休止角远休止角 s 5. 回程、回程运动角回程、回程运动角 6. 近休止角近休止角 s 7. 7.转角转角 、位移位移 S S 8. 行程行程 (升程升程) hrrbSh sswCABDB2 2 从动件常用运动规律从动件常用运动规律 从动件的运动规律从动件的运动规律 在凸轮廓线的推动下，从动件的在凸轮廓线的推动下，从动件的位移、速度、位移、速度、加速度加速度随时间变化的规律，常以图线表示，又称随时间变化的规律，常以图线

6、表示，又称为从动件运动曲线。为从动件运动曲线。 一般假定凸轮轴作等速运转，故凸轮转角与时一般假定凸轮轴作等速运转，故凸轮转角与时间成正比，因此间成正比，因此凸轮机构从动件的运动规律凸轮机构从动件的运动规律通常通常又可以表示为又可以表示为凸轮转角的函数。凸轮转角的函数。尖底直动从动件的位移曲线尖底直动从动件的位移曲线 基圆基圆：凸轮上具有最小半径凸轮上具有最小半径r ro o的圆的圆 推程与推程角推程与推程角：当凸轮廓线当凸轮廓线上的曲线段与从动件接触时，上的曲线段与从动件接触时，推动从动件沿导路由起始位置推动从动件沿导路由起始位置运动到离凸轮轴心最远的位置。运动到离凸轮轴心最远的位置。从动件的

7、这一运动行程称为推从动件的这一运动行程称为推程。此过程对应凸轮所转过的程。此过程对应凸轮所转过的角度称为角度称为推程角推程角，从动件沿导从动件沿导路移动的最大位移称为路移动的最大位移称为升距升距h h。 远休止与远休止角：远休止与远休止角： 当凸轮廓线上对应的圆弧段与当凸轮廓线上对应的圆弧段与从动件接触时，从动件在距凸轮轴心的最远处静止不动。从动件接触时，从动件在距凸轮轴心的最远处静止不动。这一过程称为这一过程称为远休止远休止，此过程对应凸轮所转过的角度称为，此过程对应凸轮所转过的角度称为远休止角远休止角s 。 近休止与近休止角近休止与近休止角: : 当凸轮廓线上对应的圆弧段当凸轮廓线上对应的

8、圆弧段与从动件接触时，从动件处于位移的起始位置，静止与从动件接触时，从动件处于位移的起始位置，静止不动，这一过程称为不动，这一过程称为近休止近休止。此过程对应凸轮所转过。此过程对应凸轮所转过的角度称为的角度称为近休止角近休止角/s 。 回程与回程角回程与回程角: : 当凸轮廓线上的曲线段与从动件当凸轮廓线上的曲线段与从动件接触时，引导从动件由最远位置返回到位移的起始位置。接触时，引导从动件由最远位置返回到位移的起始位置。从动件的这一运动行程称从动件的这一运动行程称回程回程，此过程对应凸轮所转过，此过程对应凸轮所转过的角度称为的角度称为回程角回程角/。等速运动规律运动线图推程运动方程推程运动方程

9、0avhsw二、等速运动规律二、等速运动规律二、等速运动规律二、等速运动规律ShVahw-特点：特点：设计简单、匀速进给设计简单、匀速进给, ,始、末两点有始、末两点有刚性冲击刚性冲击. . 适于适于低速、轻载、低速、轻载、从动杆质量不大，以及要求从动杆质量不大，以及要求 匀速的情况匀速的情况. .凸轮作等速运动凸轮作等速运动从动件也作等速运动从动件也作等速运动V=CV=C启动瞬间启动瞬间: :终止瞬间终止瞬间: :速度由速度由0V,0V,速度由速度由V0 ,V0 , 刚性冲击刚性冲击（F=ma） 00vtva00va10mmS12012040401201208080作运动线图作运动线图: :

10、h例：例：已知从动件作等速运动已知从动件作等速运动, ,20mm20mm， 120120, , S S4040, , 120120, , ss8080, ,作位移线图。作位移线图。取作图比例取作图比例l l在启动与终止段用其它运动规律过渡在启动与终止段用其它运动规律过渡 适于低速、轻载、从动杆质量不大，有匀速要求。适于低速、轻载、从动杆质量不大，有匀速要求。三、等加速等减速运动规律三、等加速等减速运动规律ShVa2hw4hw2特点特点: : a a为有限值的突变为有限值的突变 惯性力小，运动的惯性力小，运动的 始、中、末点始、中、末点有有柔性冲击柔性冲击，适于，适于中低速、轻载中低速、轻载。

11、ABCABC行程（推程或回程）的前半行程作等加速运动，行程（推程或回程）的前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动后半行程作等减速运动149S0h/2h当时间为当时间为 1 : 2 : 3 : 41 : 2 : 3 : 4位移为位移为 1 : 4 : 9 :161 : 4 : 9 :162221atS等加速等减速等加速等减速 V0=0, 作图作图: : ( (推程推程) ) 前半行程前半行程(h/2)(h/2)等加速等加速 后半行程后半行程(h/2)(h/2)等减速等减速 推程前半行程取推程前半行程取 =3 =3 位移位移1 : 4 : 91 : 4 : 9推程后半段等减速推程后半段等减速(

12、 (取取 =3) =3) 对应的对应的2 2为为9 : 4 : 19 : 4 : 1三、余弦加速度运动规律三、余弦加速度运动规律 ( (简谐运动位移运动规律简谐运动位移运动规律) )特点特点: : 加速度变化连续平缓加速度变化连续平缓. . 始、末点有始、末点有柔性冲击柔性冲击. . 适于适于中低速、中轻载中低速、中轻载. .点在圆周上作匀速运动点在圆周上作匀速运动, , 它在这个圆的直径上的它在这个圆的直径上的投影所构成的运动。投影所构成的运动。凸轮作匀速运动凸轮作匀速运动, ,S S2 2按余弦规律变化按余弦规律变化 , ,余弦加速度运动余弦加速度运动, ,始点与终点有柔性冲击。始点与终点

13、有柔性冲击。简谐运动规律运动线图相对运动原理相对运动原理 （解析法、作图法）（解析法、作图法）反转法：反转法：给整个机构加给整个机构加 -运动运动凸轮不动，凸轮不动，机架反转，机架反转，推杆作复合运动推杆作复合运动3 3 按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓一、设计原理一、设计原理 已知已知:r:rb b、h h、的方向、从动杆运动规律和凸轮相应转角的方向、从动杆运动规律和凸轮相应转角. . 凸轮转角凸轮转角从动杆运动规律从动杆运动规律 0180 等速上升等速上升 h180 210 上停程上停程210 300 等速下降等速下降 h300 360 下停程下停程解解:

14、1.: 1.以已知规律以已知规律 作位移曲线作位移曲线. . S03600180021003000h1 2 3 4 5 6 7 8 9 102. 2. 作凸轮廓线作凸轮廓线 w012345678910-二、对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构二、对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构例例: :尖底从动件盘形凸轮尖底从动件盘形凸轮已知：凸轮以等角速度已知：凸轮以等角速度 顺时针方向转动，凸轮顺时针方向转动，凸轮基圆半径基圆半径r ro o，导路与凸轮回转中心间的相对位置，导路与凸轮回转中心间的相对位置及偏距及偏距e e, ,从动件的运动规律。从动件的运动规律。 直动从动件盘形凸轮廓线设计直动从动件盘形凸轮廓线

15、设计设计步骤设计步骤、 作从动件的位移线图作从动件的位移线图、确定从动件尖底的初始位置、确定从动件尖底的初始位置 、确定导路在反转过程中的一系列位置、确定导路在反转过程中的一系列位置 、确定尖底在反转过程中的一系列位置、确定尖底在反转过程中的一系列位置 、绘制凸轮廓线、绘制凸轮廓线 w理论廓线理论廓线工作廓线工作廓线三、对心滚子直动从动件三、对心滚子直动从动件 已知已知: r: rb b、h h 、r rr r 、 、 从动杆运动规律从动杆运动规律. .滚子从动件盘形凸轮滚子从动件盘形凸轮已知：凸轮以等角速度已知：凸轮以等角速度 顺时针方向转动，凸轮顺时针方向转动，凸轮基圆半径基圆半径r ro

16、 o，导路与凸轮回转中心间的相对位置，导路与凸轮回转中心间的相对位置及偏距及偏距e e，滚子半径为，滚子半径为r,r,从动件的运动规律。从动件的运动规律。 w凸轮的理论廓线凸轮的理论廓线：根据滚子中心的运动轨：根据滚子中心的运动轨迹设计出的廓线迹设计出的廓线凸轮的实际廓线：凸轮的实际廓线：与滚子直接接触的廓线与滚子直接接触的廓线过程中的一系列位置过程中的一系列位置 注意：注意：n基圆是指凸轮理论廓线上由最小半径所基圆是指凸轮理论廓线上由最小半径所作的圆作的圆n从动件端部的滚子与凸轮实际廓线的接从动件端部的滚子与凸轮实际廓线的接触点会随凸轮的转动而不断变化。触点会随凸轮的转动而不断变化。按尖顶从

17、动件作理论轮廓线一系列点按尖顶从动件作理论轮廓线一系列点A A0 0,A,A1 1,A,A2 2,.,. 过各点作作各位置的平底过各点作作各位置的平底A A0 0B B0 0,A,A1 1B B1 1,A,A2 2B B2 2.作这些平底的包络线作这些平底的包络线实际轮廓实际轮廓实际廓线实际廓线 A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10w1四、平底（对心直动）从动件盘形凸轮机构四、平底（对心直动）从动件盘形凸轮机构平底从动件盘形凸轮平底从动件盘形凸轮与滚子从动件盘形凸轮廓线的设计方法与滚子从动件盘形凸轮廓线的设计方法相类似。相类似。n将将平底

18、与导路中心线的交点平底与导路中心线的交点作为作为假想的尖底从动件的尖端；假想的尖底从动件的尖端；n应用反转法，根据平底从动件的应用反转法，根据平底从动件的运动规律，依次运动规律，依次确定出假想的尖端确定出假想的尖端在反转过程中所处的位置在反转过程中所处的位置，并在这，并在这些位置点分别作出各平底的图形；些位置点分别作出各平底的图形；n作平底的作平底的内包络线内包络线，即为所要设计，即为所要设计的凸轮廓线的凸轮廓线 平面凸轮机构基本尺寸的确定平面凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角凸轮基园半径的确定凸轮基园半径的确定滚子半径的选择滚子半径的选择4 4 凸轮机构基本尺寸凸轮机构基

19、本尺寸F w wttnn F F 当 大于一定值 自锁.1压力角压力角的确定的确定 驱动力驱动力F F与压力角与压力角 原则原则 max max FF压力角：压力角：从动件与凸轮在接触点从动件与凸轮在接触点处的受力方向与其在该点绝对速处的受力方向与其在该点绝对速度方向之间所夹的锐角度方向之间所夹的锐角 许用压力角：许用压力角：为改善凸轮机构的受力情况、提高机为改善凸轮机构的受力情况、提高机械效率，规定了允许采用的最大压力角。械效率，规定了允许采用的最大压力角。推程推程（工作行程）推荐的许用压力角为：（工作行程）推荐的许用压力角为：直动从动件直动从动件摆动从动件摆动从动件回程回程（空回行程）（空回行程）max0080700045350040302.2.基圆半径基圆半径基圆基圆r rb b 越小越小 结构紧凑结构紧凑 压力角压力角 效率效率 自锁自锁 一般一般： r rb b(0.8(0.81)1)d dz