凸轮轮基本尺寸的设计

1、第四节凸轮机构基本尺寸的设计在设计凸轮的轮廓曲线时，不仅要保证从动件能够按给定要求实现预期的运动规律，还应该保证凸轮机构具有合理的结构尺寸和良好的运动、力学性能。对于基圆半径、偏距和滚子半径等基本尺寸，在进行凸轮轮廓曲线的设计之前都是事先给定的。如果这些基本参数选择不当，就会存在凸轮机构的结构是否合理、运动是否失真以及受力状况是否良好等问题。因此，本节主要讨论有关凸轮机构基本尺寸的设计问题,为正确、合理选择这些基本参数提供一定的理论依据。一、凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角是指不计摩擦时，凸轮与从动件在某瞬时接触点处的公法线方向与从动件运动方向之间所夹的锐角，常用a表示。压力角是衡量凸轮机构受

2、力情况好坏的一个重要参数，是凸轮机构设计的重要依据。1 .直动从动件凸轮机构的压力角如图629所示为直动从动件盘形凸轮机构的压力角示意图。其中，图角示意图，图6-29b为平底从动件的压力角示意图。现以滚子从动件凸轮机构为例，来说明vdsds由二心定理，P点为瞬心，vP=v=OP6,OP=r（由从动件速度公式v=6=）d：d:式中，“不”号与从动件的偏置方向有关。图630所示应该取“-”号，反之，如果从动件导路位于凸轮回转中心O的左侧，则应该取“+”号。显然，这种情况属于从动件的偏置方向选择不合理，因为增大了凸轮机构的压力角，降低了机械效率，甚至可能会导致凸轮机构发生自锁。因此，正确选择从动件的

3、偏置方向有利于减小机构的压力角。此外，压力角还与凸轮的基圆半径和偏距等有关。（当v、3、s一定时，若凸轮基圆半径增大，则压力角”将减小，但机构尺寸随之增大；若凸轮基圆半径减小，压力角a将增大,6-29a为尖底从动件的压力直动从动件(6-34)压力角的表达为盘形凸轮机构压力角的计算方法。根据图630中的几何关系，可得机构的受力情况变差。）当偏距e=0时，代入式（634）,即可得到对心直动从动件盘形凸轮机构的压力角计算公式dsdsd:d:vtan=r02-e2sr。s(ros)对于直动平底从动彳盘形凸轮机构（图629所示），根据图中的几何关系，其压力角为0=90-Y式中，丫为从动件的平底与导路中心

4、线的夹角，其值为一常数。显然，平底直动从动件凸轮机构的压力角为常数，机构的受力方向不变，运转平稳性好。如果从动件的平底与导路中心轴线之间的夹角子90。，则压力角0=0。2.摆动从动件凸轮机构的压力角图6-31所示为摆动从动件盘形凸轮机构的压力角示意图。其中，图631a为滚子从动件的压力角本意图，图631b为平底从动件的压力角示意图。(6-35)（a）（b）图6-31摆动从动件盘形凸轮机构的压力角对于摆动滚子从动件凸轮机构（图631a）,设摆杆的长度AB=l,机架的长度OA=a。过瞬心P（三心定理）作摆杆AB的垂线，交AB的延长线于D点，则根据图中的几何关系，有BDAPcos（圾+收）-/tan

5、0f二尸。二刀凝Wo+山厂(6-36)根据瞬心的性质可得(BD=AD-AB=AD-l)(31dt=d必32dt=ddtpAp叫d砂 OPOPadtpW|dtpAPOP+*帅M,所以,AP-OP+aaaa=d山d小1-而而将上式代入式（6-36）并整理，即可得到摆动滚子从动件凸轮机构压力角的计算公式由式(637)、式(638)可知，对于摆动从动件盘形凸轮机构，其压力角受从动件的运动规律、摆杆长度、机架长度等因素的影响，在设计时要加以注意。3 .凸轮机构的许用压力角凸轮机构的压力角与基圆半径、偏距和滚子半径等基本尺寸有直接的关系，而且这些参数之间往往是互相制约的。以直动滚子从动件凸轮机构为例，在其

6、他参数不变的情况下，增大凸轮的基圆半径可以获得较小的压力角，从而可以改善机构的受力状况，但缺点是凸轮尺寸增大。反之，减小凸轮的基圆半径虽然可以获得较为紧凑的结构，但同时又使凸轮机构的压力角增大。压力角过大会导致凸轮机构发生自锁而无法运转，而且当压力角增大到接近某一极限值时，即使机构尚未发生自锁，也会导致驱动力急剧增大，发生轮廓严重磨损和效率迅速降低的情况。因此为了使凸轮机构能够正常工作并具有较高的传动效率，设计时必须对凸轮机构的最大压力角加以限制，使其小于许用压力角，即max0o由式(645)可知，增大偏距，有利于减小凸轮机构的压力角，但偏距的增加也有限度，其最大值应满足以下条件：设计偏置式凸

7、轮机构时，其从动件偏置方向的确定原则是：从动件应置于使该凸轮机构的压力角减小的位置。综上所述，在进行凸轮机构基本尺寸的设计时，由于各参数之间是互相制约的，设计时应该综合考虑各种因素，使其综合性能指标满足设计要求。从强度要求考虑，滚子半径应满足以下条件：r声(0.10.5)(基圆半径)3.平底长度的设计如图6-33所示，在平底从动件盘形凸轮机构运动过程中，应能保证从动件的平底在任意时刻均与凸轮接触，因此平底的长度件：l应满足以下条式中，l为附加长度，由具体的结构而定，一般取1=57mm。4.偏距的设计从动件的偏置方向可直接影响凸轮机构压力角的大小，因此在选择从动件的偏置方向时需要遵循的原则是：尽可能域小凸轮机构在推程阶段的压力角，其偏置的距离(即偏距e)可按下式计算:tana=dsd平平(6-4)(644)可改写为7补例1一对心尖底推杆盘形凸轮机构，凸轮为一偏心圆盘。已知圆盘半径为r,偏心距OiO等于e。试确定该凸轮机构的基本参数和压力角最大值。解由图可见，当凸轮顺时针转动，凸轮上的A、B两点与推杆接触时，推杆位于推程的起点和终点，故行程h=(r+e)-(r-e)=2e推程运动角与回程运动角相等，。=。=180。，故无休止阶段，。s=4s=0。基圆半径rb=r-eOK与导路的夹角为压力角”。当OiO垂直于导路时，ON=e,压力角为最大值淅ax补例2