凸轮机构 - 副本

1、大连交通大学 张秀娟 凸轮机构：凸轮机构：是一种高副机构。是一种高副机构。广泛应用于各种机械，尤其广泛应用于各种机械，尤其是自动机械中。是自动机械中。 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类推杆的运动规律推杆的运动规律凸轮机构的组成凸轮机构的组成凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构的分类凸轮机构的分类6.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 凸轮机构的组成凸轮机构的组成凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类1-凸轮 2-气阀 3-内燃机壳体 如图所示为内燃机中的配气如图所示为内燃机中的配气凸轮机构。内燃机在燃烧过程中，凸轮机构。内燃机在燃烧过程中，驱动驱动凸轮轴凸轮轴及其上的凸轮转

2、动，及其上的凸轮转动，并通过凸轮的曲线轮廓推动气阀并通过凸轮的曲线轮廓推动气阀2 2按特定的规律往复移动，从而按特定的规律往复移动，从而达到控制燃烧室中进、排气的功达到控制燃烧室中进、排气的功能。能。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类1-圆柱凸轮 2-摆杆 3-滚子 如图所示为如图所示为自动机床中自动机床中的进刀凸轮机构的进刀凸轮机构。 当圆柱凸轮绕其轴线转当圆柱凸轮绕其轴线转动时，通过其沟槽与摆杆动时，通过其沟槽与摆杆一端的滚子接触，并推动一端的滚子接触，并推动摆杆绕固定轴按特定的规摆杆绕固定轴按特定的规律作往复摆动，同时通过律作往复摆动，同时通过摆杆另一端的扇形齿轮驱摆杆另一端的扇形

3、齿轮驱动刀架实现进刀或退刀运动刀架实现进刀或退刀运动。动。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类凸轮凸轮从动件从动件机架机架高副机构高副机构 凸轮：凸轮：具有特定曲线轮廓或沟槽的构件，通常在具有特定曲线轮廓或沟槽的构件，通常在 机构运动中作主动件。机构运动中作主动件。从动件：从动件：与凸轮接触并被直接推动的构件。与凸轮接触并被直接推动的构件。机架：机架：支撑凸轮和从动件的构件。支撑凸轮和从动件的构件。配气机构配气机构绕线机构绕线机构靠模机构靠模机构进刀机构进刀机构盘形凸轮盘形凸轮：结构简单，易于加工。应用最为广泛：结构简单，易于加工。应用最为广泛移动凸轮移动凸轮：可视为盘形凸轮的回转轴心处于

4、无穷远处时演化：可视为盘形凸轮的回转轴心处于无穷远处时演化而成的而成的圆柱凸轮圆柱凸轮：空间凸轮机构：空间凸轮机构 盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮凸轮机构的分类凸轮机构的分类凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类1 1、按凸轮的形状分类、按凸轮的形状分类尖底从动件尖端能以任意复杂的凸轮轮廓尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极任意的运动规律。但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。易磨损，只适用于低速场合。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 滚子从动件 凸轮与从动件之间为滚动摩凸轮与从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可擦

5、，因此摩擦磨损较小，可用于传递较大的动力。用于传递较大的动力。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 平底从动件从动件与凸轮之间易形成从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力油膜，润滑状况好，受力平稳，传动效率高，常用平稳，传动效率高，常用于高速场合。但与之相配于高速场合。但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸。合的凸轮轮廓须全部外凸。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类对心直动从动件 偏置直动从动件凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类从动件作往复移从动件作往复移动，其运动轨迹动，其运动轨迹为一段直线为一段直线3 3、按从动件的运动形式分类、按从动件的运动形式分类直动从动件从动件作往复

6、摆动，从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段其运动轨迹为一段圆弧。圆弧。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类摆动从动件基本概念基本概念从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律运动规律特性分析运动规律特性分析 从动件的运动规律从动件的运动规律 基本概念基本概念从动件的运动规律从动件的运动规律 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、跃度加速度、跃度（加速度对时间的导数）随时间变（加速度对时间的导数）随时间变化的规律，常以图线表示，又称为从动件运动曲化的规律，常以图线表示，又称为从动件运动曲线。线。 一般假定凸轮轴作

7、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从动件的运动规律从动件的运动规律从动件的运动规律从动件的运动规律基圆基圆：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。从动件的这一

8、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 。从动件的运动规律从动件的运动规律 近休止与近休止角近休止与近休止角: : 当凸轮廓线上对

9、应的圆弧段当凸轮廓线上对应的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 。 从动件的运动规律从动件的运动规律 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

10、为回程角回程角/。凸轮作图的逆向思维法凸轮作图的逆向思维法反转法反转法平面凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计为了便于画出压力角和为了便于画出压力角和推程推程, , 应使工作中转动着的应使工作中转动着的凸轮与不动的图纸间保持相凸轮与不动的图纸间保持相对静止。对静止。如果如果给整个凸轮机构加给整个凸轮机构加上一个与凸轮转动角度上一个与凸轮转动角度数数值相等、值相等、 方向相反的方向相反的“-”角速度角速度, , 则凸轮处于相对静则凸轮处于相对静止状态。止状态。从动件尖底的运从动件尖底的运动轨迹就是凸轮动轨迹就是凸轮的廓线的廓线 1. 等速运动规律等速运动规律一一次多项式运动规律的一般表达式为次多项式运动

11、规律的一般表达式为由于一次多项式函数的一阶导数由于一次多项式函数的一阶导数为常数，故通常又称为为常数，故通常又称为等速运动规律等速运动规律。其运动。其运动方程和运动线图如下所示方程和运动线图如下所示 10CCs从动件的运动规律从动件的运动规律从动件常用运动规律从动件常用运动规律等速运动规律运动线图推程运动方程推程运动方程0avhs从动件的运动规律从动件的运动规律00开始点vtva00结束点va 由于加速度无穷大而产生的冲击称为由于加速度无穷大而产生的冲击称为刚性冲击刚性冲击。当然，在实际的凸轮机构中由于构件的弹性、阻尼当然，在实际的凸轮机构中由于构件的弹性、阻尼等多种因素，不可能产生无穷大的惯

12、性力。等多种因素，不可能产生无穷大的惯性力。 这种运动规律通常只适用于低速轻载的工况下，这种运动规律通常只适用于低速轻载的工况下，或是对从动件有实现等速运动要求的场合或是对从动件有实现等速运动要求的场合从动件的运动规律从动件的运动规律2.2.抛物线运动规律抛物线运动规律工程中通常采用在从动件的一个运动行程中工程中通常采用在从动件的一个运动行程中（推程或回程），（推程或回程），前半段采用等加速，后半段前半段采用等加速，后半段采用等减速，采用等减速，其位移曲线为两段光滑相连的反其位移曲线为两段光滑相连的反向抛物线，故有时又称为向抛物线，故有时又称为抛物线运动规律抛物线运动规律。其。其运动方程和运动

13、线图如下所示运动方程和运动线图如下所示 从动件的运动规律从动件的运动规律速度曲线连续，而加速度曲速度曲线连续，而加速度曲线在运动的起始、中间点和线在运动的起始、中间点和终点处不连续。将这种由于终点处不连续。将这种由于有限值的加速度突变而产生有限值的加速度突变而产生的冲击称为的冲击称为柔性冲击柔性冲击。适用。适用于中、低速轻载。于中、低速轻载。推程运动方程推程运动方程等加速等减速运等加速等减速运动规律运动线图动规律运动线图 2222442hahvhhs2/022224)(4)(2hahvhs2/从动件的运动规律从动件的运动规律从动件的运动规律从动件的运动规律二、三角函数运动规律二、三角函数运动规

14、律1 1、简谐运动规律、简谐运动规律图图a所示为所示为描述简谐运动轨迹的描述简谐运动轨迹的示意图示意图。图中横坐标为凸轮转。图中横坐标为凸轮转角角 ，纵坐标为从动件位移，纵坐标为从动件位移s 。设当质点沿圆周转过任一角度设当质点沿圆周转过任一角度时时 ，对应凸轮的转角为，对应凸轮的转角为 ，则质点沿圆周等速运动时向纵则质点沿圆周等速运动时向纵坐标方向的投影，即为坐标方向的投影，即为简谐运简谐运动规律的位移曲线。动规律的位移曲线。简谐运动规律运动线图从动件的运动规律从动件的运动规律2 2、摆线运动规律、摆线运动规律图图a所示为所示为描述摆线运动轨迹的描述摆线运动轨迹的示意图示意图。由解析几何可知

15、，当一。由解析几何可知，当一个半径为个半径为R的滚圆，沿纵坐标从的滚圆，沿纵坐标从起始点起始点A0 匀速纯滚动时，圆周上匀速纯滚动时，圆周上点点A的运动轨迹即为摆线，而点的运动轨迹即为摆线，而点A的运动轨迹向纵坐标方向的投影的运动轨迹向纵坐标方向的投影即构成摆线运动规律。即构成摆线运动规律。 摆线运动规律运动线图摆线运动规律运动线图从动件的运动规律从动件的运动规律从动件常用运动规律特性比较及适用场合从动件常用运动规律特性比较及适用场合 补充：补充： 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

16、择一、一、凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角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1 1、压力角、压力角2 2、常见的盘形凸轮机构的压力角、常见的盘形凸轮机构的压力角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3 3、压力角对凸轮机构受力的影响、压力角对凸轮机构受力的影响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其他条件相同时，压力角其他条件相同时，压力角越大，推动从动件所需的越大，推动从动件所需的作用力越大；作用力越大；当压力角非常大时，理论当压力角非常大时，理论上作用力为无穷大时才能上作用力为无穷大时才能推动从动件，此时凸轮机推动从动件，此时凸轮机构将发生自锁。构将发生自锁。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二、基圆半径对压力角的影响二、基圆半径对压力角的影响n增大基圆半径，可使凸轮机构的压力角减小；增大基圆半径，可使凸轮机构的压力角减小；n增大基圆半径会使凸轮机构的整体尺寸增大增大基圆半径会使凸轮机构的整体尺寸增大 n在压力角不超过许用值的原则下，应尽可能采用在压力角不超过许用值的原则下，