凸轮机构的应用

1、第第5章章 凸轮机构凸轮机构5.2 常用的从动件运动规律5.3 盘形凸轮轮廓的设计与加工方法5.4 凸轮机构基本尺寸的确定5.5 凸轮机构的结构和精度5.1 5.1 概述概述 凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件 凸轮机构由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成凸轮机构由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成优点优点：只需设计适当的凸轮轮廓曲线，便可使从动件得到：只需设计适当的凸轮轮廓曲线，便可使从动件得到 任意预定的运动规律，机构简单、紧凑任意预定的运动规律，机构简单、紧凑 局限性局限性：凸轮机构是高副机构：凸轮机构是高副机构( (凸轮与从动件为点、线凸轮与从动件为点

2、、线 接触接触) )，易磨损，因此只适用于传递动力不大的场合，易磨损，因此只适用于传递动力不大的场合 凸轮机构凸轮机构 凸轮是一个具有曲线轮廓的构件 含有凸轮的机构称为凸轮机构 它由凸轮、从动件和机架组成内燃机配气凸轮机构5.1.1 凸轮机构的应用凸轮机构的应用分度转位机构靠模车削机构自动送料机构5.1.2 凸轮机构的分类凸轮机构的分类 一、按凸轮形状分类1、盘形凸轮 凸轮机构可以按凸轮的形状、从动件的形状以及从动件的运动形式等来分类 是凸轮中最基本的形式，为平面凸轮机构 盘形凸轮盘形凸轮 凸轮绕固定轴转动且径向凸轮绕固定轴转动且径向变化的盘形零件。变化的盘形零件。移动凸轮移动凸轮 回转半径无

3、限大，凸轮作往复移动回转半径无限大，凸轮作往复移动2、移动凸轮 具有曲线轮廓作往复直线移动的构件。(可以认为当盘形凸轮回转中心趋于无穷大时，凸轮相对机架作直线运动。) 为平面凸轮机构4、曲面凸轮3、圆柱凸轮 在圆柱面上开有曲线凹槽的构件。(可看作是将移动凸轮卷成圆柱体而形成的。它是一种空间凸轮机构 圆柱表面用圆弧面代替的构件。(它也是一种空间凸轮机构。)1、力锁合的凸轮机构二、按锁合方式分类 力锁合：如弹簧力、从动杆的重力力锁合：如弹簧力、从动杆的重力 2、几何锁合的凸轮机构几何锁合：利用几何形状来锁合，如凸轮上的凹槽、等几何锁合：利用几何形状来锁合，如凸轮上的凹槽、等 径及等宽凸轮等。径及等

4、宽凸轮等。 1、尖顶从动件2、滚子从动件3、平底从动件三、按从动件型式分类 与凸轮是点接触，只用于受力小的低速机构；尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触，传动精确 与凸轮形成滚动磨擦，可传递较大载荷，应用极广；但凸轮上凹陷的轮廓未必能很好地与滚子接触，会影响实现预期的运动规律 受力较好，效率高，接触面油膜易形成，利于润滑，可用于高速 2、摆动从动件凸轮机构四、按从动件运动形式分 1、直动从动件凸轮机构平底从动件平底从动件滚子从动件滚子从动件尖底从动件尖底从动件 凸轮机构的主要失效形式是磨损和疲劳点蚀，要求其工作表面硬度高、耐磨并且有足够的表面接触强度，凸轮芯部有较强的韧性 一般凸轮的材料常采用40C

5、r钢（经表面淬火，硬度为4045HRC），也可采用20Cr、20CrMnTi（经表面渗碳淬火，表面硬度为56-62HRC） 滚子材料采用20Cr（经渗碳淬火，表面硬度为56-62HRC），也有的用滚动轴承作为滚子5.1.3 凸轮和滚子的材料凸轮和滚子的材料 5.3 盘形凸轮轮廓的设计与加工方法5.4 凸轮机构基本尺寸的确定5.5 凸轮机构的结构和精度5.2.1 平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数 凸轮机构的运动过程 1、基圆以凸轮的转动中心O为圆心，以凸轮的最小向径为半径r0所作的圆。r0称为凸轮的基圆半径 2、推程、推程运动角 3、远休、远休止角 4、回程、回程

6、运动角 5、近休、近休止角 6、行程从动杆在推程或回程中移动的距离h 7、位移线图描述位移s与凸轮转角之间关系的图形 推程远休回程近休推程 从动件的位移从动件的位移s s与凸轮转角与凸轮转角的关系可以用从动件的的关系可以用从动件的位移线图来表示。由于大多数凸轮作等速转动，转角与位移线图来表示。由于大多数凸轮作等速转动，转角与时间成正比，因此横坐标也代表时间时间成正比，因此横坐标也代表时间t t 结论：从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓形状结论：从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓形状摆动从动件凸轮机构摆动从动件凸轮机构ABCDO1O2aB1rb maxl5.2.2 常用的从动件运动规律常用的从动件运

7、动规律等速运动 从动件在开始和终止的瞬时，速度有突变，加速度a在理论上为无穷大，其惯性力将引起刚性冲击。所以，等速运动只适用于低速。刚性冲击： 由于加速度发生无穷大突度而引起的冲击称为刚性冲击。柔性冲击 ：加速度发生有限值的突变 （适用于中速场合） 从加速度线图可看出，加速度a在始未及中点处有有限值的突变，因而惯性力也发生突变。这种有限值的惯性力突变，将产生柔性冲击，所以，等加速等减速运动用于低、中速场合 等加速-等减速运动 由加速度线图可由加速度线图可知：这种运动规律的知：这种运动规律的从动件在行程的始点从动件在行程的始点和终点有柔性冲击。和终点有柔性冲击。但当加速度曲线保持但当加速度曲线保

8、持连续时，这种规律的连续时，这种规律的运动就能避免冲击。运动就能避免冲击。 余弦加速度运动正弦加速度运动 由加速度线图可由加速度线图可知，从动件在起点和知，从动件在起点和终点的加速度均为零，终点的加速度均为零，并且在整个过程中，并且在整个过程中，加速度曲线是连续的，加速度曲线是连续的，没有加速度突变，因没有加速度突变，因此没有刚性冲击，也此没有刚性冲击，也没有柔性冲击没有柔性冲击, ,适用适用于高速于高速 5 5、组合运动规律、组合运动规律为了获得更好的运动特征，可以把上述几种运动规律组合起来为了获得更好的运动特征，可以把上述几种运动规律组合起来应用，组合时，两条曲线在拼接处必须保持连续。应用

9、，组合时，两条曲线在拼接处必须保持连续。等速运动刚性冲击低速轻载等加速-等减速运动柔性冲击中速轻载余弦加速度运动柔性冲击中速正弦加速度运动无冲击高速5.2.3 从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择 1、根据机器工作时的运动要求来确定从动件的运动规律 2、无运动要求，只需要一定位移量的凸轮机构，主要考虑加工方便 3、高速机构，应减小惯性力、改善动力性能，避免冲击5.2 常用的从动件运动规律5.4 凸轮机构基本尺寸的确定5.5 凸轮机构的结构和精度5.3.1 反转法原理反转法原理 通过整个机构加一个（-） 这样凸轮不动、从动件导路机架以（-）转动，且从动件相对导路移动 反转后，尖顶的运动轨迹就

10、是凸轮轮廓 原来凸轮转动、导路机架不动 从动件运动规律和凸轮基圆半径确定后，就可以进行凸轮轮廓设计，有作图法和解析法两种方法 2 S 1123s1s2hOrb- 1 1s11 1s12s2s23hh325.3.2 5.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线 图解法是以对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的图解法是以对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制为基础绘制为基础 1.1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制 已知：对心式尖顶从动件的位移线图（已知：对心式尖顶从动件的位移线图（S-S-），）， 基圆半基圆半 径径r rb b，凸轮顺时针回转，凸轮顺

11、时针回转，要求：设计凸轮轮廓要求：设计凸轮轮廓 作图步骤：作图步骤： a. a.以以r rb b为半径作基圆（注意比例），将基圆与从动件的为半径作基圆（注意比例），将基圆与从动件的交点交点A A0 0作为起始位置；作为起始位置； b. b.自自OAOA0 0沿（沿（-）方向取）方向取、ss，并在，并在、中再细分成若干等分，连接中再细分成若干等分，连接OAOA1 1、OAOA2 2、OAOA3 3、，得反转中导路的各个位置得反转中导路的各个位置； c. c.取取A A1 1A A1 1=11=11、A A2 2A A2 2=22=22、，得反转中尖顶的，得反转中尖顶的一系列位置一系列位置A A1

12、 1、A A2 2、； d.d.将将A A0 0、A A1 1、A A2 2、连成光滑曲线，即得所求的凸轮轮廓。连成光滑曲线，即得所求的凸轮轮廓。 注意：注意： (1) (1) 取位移的比例要和所画基圆比例一致。取位移的比例要和所画基圆比例一致。 (2) (2) 位移要从基圆上向外量起位移要从基圆上向外量起偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）（反转法） 2 S 1123s1s2h- 11 11s1Orb es22h3Fv s1 1已知：已知：S=S（ ），），rb，e， 5.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线 偏置直动尖顶从动件盘形凸轮设计3

13、. 3. 滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制滚子从动件盘形凸轮轮廓的绘制 若设计条件不变，只是将尖顶从若设计条件不变，只是将尖顶从动件改为滚子从动件。这时凸轮轮廓动件改为滚子从动件。这时凸轮轮廓的绘制方法同尖顶从动件基本相的绘制方法同尖顶从动件基本相同，只不过是将滚子中心看同，只不过是将滚子中心看作尖顶从动件的尖顶而已作尖顶从动件的尖顶而已 注意：注意： (1) (1) 滚子从动件凸轮的基滚子从动件凸轮的基圆半径是指理论廓线的最小圆半径是指理论廓线的最小向径。向径。 (2) (2) 理论廓线与实际廓线理论廓线与实际廓线并不是相似，而是等距曲线。并不是相似，而是等距曲线。偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计

14、偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计（反转法）（反转法） 2 S 1123s1s2h- 11 11s1Orb es22h3已知：已知：S=S（ ），），rb，e， ，rr理论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓Fv 偏置直动滚子从动件盘形凸轮设计摆动从动件盘形凸轮机构摆动从动件盘形凸轮机构 S S 91122334455667788 3- B2B5B4B3C0B7B6B8C1C6C4C5C2C3C8C7 1 0已知：已知： = （ ），），rb，L，a， A0B0 0O S S A1A2A3A4A5A9A8A7A6B1 1C9B9Fv 35.3.3 5.3.3 解析法设计凸轮轮廓曲线解析法设计凸轮轮廓曲线

15、设凸轮机构的滚子半设凸轮机构的滚子半径为径为r rT T，基圆半径为，基圆半径为r r0 0，偏距为偏距为e e，从动件运动规，从动件运动规律律s=s()s=s()，凸轮以等角，凸轮以等角速度速度1 1顺时针方向回转顺时针方向回转 图中图中，为理论轮为理论轮廓线廓线上各点的极坐标值；上各点的极坐标值；T T，T T为实际轮廓线为实际轮廓线上各点的极坐标值上各点的极坐标值 5.3.3 凸轮轮廓的加工方法凸轮轮廓的加工方法 1、铣、锉削加工 用于低速、轻载场合的凸轮，可以应用反转法原理在未淬火凸轮轮坯上通过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手工锉削办法加工而成。必要时可进行淬火处理，但用这种方法则凸

16、轮的变形难以得到修正 2、数控加工 采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工，这是目前最常用的一种凸轮加工方法。加工时应用解析法，求出凸轮轮廓曲线的极坐标值(，)，应用专用编程软件，切割而成。此方法加工出的凸轮精度高，适用于高速、重载的场合 凸轮的设计凸轮的加工铣、锉削加工解析法数控加工作图法凸轮的设计和加工5.2 常用的从动件运动规律5.3 盘形凸轮轮廓的设计与加工方法5.5 凸轮机构的结构和精度压力角压力角: :从动杆所受正压力的方向与从动杆上作用点的速度方向之间夹角cossin21FFFF越小，传动效率越高压力角许用值压力角许用值:移动从动杆推程时，=3040摆动从动杆推程时，=4050移动和摆动从动杆回程时，=7080