第03章 凸轮机构

1、第第3 3章章 凸轮机构凸轮机构基本要求基本要求: 了解凸轮机构的分类及应用；了解从动件常用的运动了解凸轮机构的分类及应用；了解从动件常用的运动 规律及从动件运动规律的选择原则；了解在确定凸轮规律及从动件运动规律的选择原则；了解在确定凸轮 机构基本尺寸时应考虑的主要问题（包括压力角对尺机构基本尺寸时应考虑的主要问题（包括压力角对尺 寸的影响，压力角对凸轮受力的情况、效率和自锁的寸的影响，压力角对凸轮受力的情况、效率和自锁的 影响影响 及及“失真失真”等问题）；能根据选定的凸轮类型和等问题）；能根据选定的凸轮类型和从从 动件的运动规律设计出凸轮的轮廓曲线。动件的运动规律设计出凸轮的轮廓曲线。难难

2、 点点: 凸轮轮廓曲线设计中所应用的凸轮轮廓曲线设计中所应用的“反转法反转法”原理；原理； 压力角的概念等。压力角的概念等。 3-1 3-1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型一凸轮机构的应用一凸轮机构的应用:1. 1. 组成：组成： 凸轮凸轮具有曲线轮廓或凹槽的构件。 从动件从动件被凸轮直接推动的构件。 机架机架优点：优点：1、可使从动件得到各种预期的运动规律。 2、结构简单、紧凑，构件少。 3、可实现停歇运动。缺点：缺点：1、高副接触，易磨损，多用于传力不太大的场合。 2、复杂的凸轮轮廓加工比较困难。 3、从动件行程不宜过大，否则会使凸轮变得笨重。 2. 特点：特点：升停降停T1）进

3、行位置的操纵控制2）实现特定的运动规律3）实现运动与动力的双重要求4）实现复杂的运动轨迹凸轮机构的应用：凸轮机构的应用：二二. .凸轮机构的分类：凸轮机构的分类：1.1.按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类盘形凸轮盘形凸轮 移动凸轮移动凸轮 圆柱凸轮圆柱凸轮凸轮最基本的型式盘形凸轮中心趋于无穷远移动凸轮卷成圆柱形2.按从动件的形式分类按从动件的形式分类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（能实现任意运动规律。但点接触磨损快，只宜用于轻载低速凸轮机构）（滚动摩擦，耐磨损，可承受较大载荷。是最常用的从动件型式）（不能与凹陷凸轮轮廓接触。但作用力始终与平底垂直，效率较高，且接触面

4、易形成油膜，利于润滑。常用于高速凸轮机构）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直动从动件摆动从动件摆动从动件4.4.按从动件与凸轮接触形式分类按从动件与凸轮接触形式分类力封闭（弹簧力封闭（弹簧 、重力）、重力）形封闭（槽形）形封闭（槽形）（2 2）几何封闭凸轮）几何封闭凸轮 利用从动件和凸轮的特殊几何结构，使从动件和凸轮保持接触。对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构对心直动滚子从动件盘形凸轮机构对心直动平底从动件盘形凸轮机构偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构凸轮机构的命名凸轮机构的命名摆动尖顶从动件盘形凸轮机构 摆动滚子从动件盘形凸轮机构 摆动平底从动件盘形凸轮机构 3-2 3-2

5、 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 一一. . 基本概念：基本概念：1、基圆、基圆 2、推程，推程运动角、推程，推程运动角； 以凸轮轮廓的最小向径为半径所作的圆称为基圆。用r0表示。 3、远休止，远休止角、远休止，远休止角s； 4、回程，回程运动角、回程，回程运动角 ； 5、近休止，近休止角、近休止，近休止角s； 6、升程、升程从动件在推程或 回程中移动的距 离。用h 表示。 7、理论轮廓、理论轮廓与尖顶从动件相接触的凸轮轮廓。或滚子中心的轨迹。8、实际轮廓、实际轮廓与尖顶、平底、滚子相接触的凸轮轮廓。二二. 从动件常用运动规律：从动件常用运动规律：从动件位移线图从动件位移线图从动件位

6、移 s与凸轮转角（ t）之间的 关系曲线，即sf ()曲线。1.等速运动规律：等速运动规律：推程：推程：00ahvvhs 运动开始、终止及换向点存在刚性冲击刚性冲击。不宜单独使用，运动开始和终止段必须加以修正。等加速等减速运动规律：等加速等减速运动规律：220222442haahvhs推程等加推程等加速段：速段：推程的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动。推程等减推程等减速段：速段：2202224)(4)(2haahvhhs运动开始、终止及换向点存在柔性冲击柔性冲击。适用于中速轻载。 2.简谐运动规律：简谐运动规律：余弦加速度规律推程：推程：hahvhscos2sin2)cos1(2222（

7、一点在圆周上匀速运动时，它在此圆直径上的投影所构成的运动）运动开始、终止点存在柔性冲击柔性冲击。应用于中、低速凸轮机构。3.正弦加速度运动规律：正弦加速度运动规律：摆线运动规律理论上无冲击无冲击。可应用于高速凸轮。但amax较大，惯性力较大，要求加工精度较高。推程：推程：hahvhs2sin2)2cos1()2sin21(22 需要说明的是：除上述几种运动规律外，还有高次曲线规律等。理论上讲，正弦加速度、高次曲线连柔性冲击也不存在。但由于这些曲线对加工误差特别敏感，实际使用的效果并不好。实际中多采用几种运动规律的组合，如改进型梯形加速度运动规律（a图）、改进型等速运动规律（b图）。33 凸轮机

8、构的压力角凸轮机构的压力角 压力角: 从动件所受驱动力方向与该力作用点绝对速度 方向间所夹的锐角。 对于高副机构，压力角即接触轮廓法线与从动件速度方向所夹的锐角。一、压力角与作用力的关系：一、压力角与作用力的关系：有害分力tanFF 若F一定，F，。当摩擦阻力摩擦阻力Ff=f F F时，时，从动件无法从动件无法运动，运动，这种现象称为这种现象称为自锁。自锁。为了保证凸轮机构正常工作并具有一定为了保证凸轮机构正常工作并具有一定的效率，的效率， 对直动从动件推程：对直动从动件推程： =30 对摆动从动件推程：对摆动从动件推程： =45 对回程对回程 = 7080，一般不需验算，一般不需验算。二、压

9、力角与凸轮机构尺寸的关系：二、压力角与凸轮机构尺寸的关系：如图有：220tanersedds由右图知，r0，机构紧凑；但r0，机构易自锁。ddsvlOP显然：基圆半径显然：基圆半径r0对压力角有很大影响。对压力角有很大影响。 注：注：导路与瞬心在点同导路与瞬心在点同 侧，取侧，取“”号，号，减小；减小； 导路与瞬心在点异导路与瞬心在点异 侧，取侧，取“”号，号，增大。增大。3 34 4 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓已知从动件的位移线图，允许的空间及要求，初步确定基圆半径r0后，绘制凸轮轮廓。一、直动从动件盘形凸轮轮廓：一、直动从动件盘形凸轮轮廓：1.偏置尖顶直动从动件盘形凸轮偏置尖顶直

10、动从动件盘形凸轮基本原理基本原理“反转法反转法” 给整个机构加上一个与给整个机构加上一个与 等值反向的角速度等值反向的角速度“-”，机，机构各构件间的相对运动不变，构各构件间的相对运动不变，凸轮却相对静止。所以，反转凸轮却相对静止。所以，反转后从动件尖顶的运动轨迹就是后从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓。凸轮轮廓。已知条件：已知条件：从动件的位移线图，偏距e、基圆半径r0及。作图步骤：作图步骤：1.选定比例尺L，以r0为半径作基圆，以e为半径作偏距圆并与 从动件导路相切于k点。B0（C0）即为从动件的起始位置；2.将位移线图s的推程、回程运动角分别进行若干等分；3.在基圆上，自OC0开始，沿-方

11、向依次量取角度、s、 、 s，并将推程、回程运动角分为相应等分，得点C1、C2、C3及 C6、C7、C8；4. 过点C1、C2、C3作偏距圆的一系列切线，这些切线即为 从动件导路在反转运动中的位置；5. 沿4中切线自基圆开始量取从动件相应位移量，即线段C1B111、C2B222 、C3B333，得反转后尖顶的一系列位置B1、B2 、B3 ；6. 将点B0 、B1、B2 依次连接成光滑曲线，即得所求凸轮廓线。若偏距e0，则成为对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构。2.滚子直动从动件盘形凸轮滚子直动从动件盘形凸轮曲线实际轮廓；曲线理论轮廓，r0、压力角均应在其上度量。 从降低接触应力来讲，rT愈大愈好。

12、但rT过大可能导致运动失真。滚子从动件滚子半径的选择滚子从动件滚子半径的选择 真实际廓线自交，运动失，磨损实际廓线产生尖点，易，实际轮廓为平滑曲线，若000minminminTTTrrr若若min过小，则rT很小，不能满足安装和强度要求时，只能增大r0，重新设计凸轮轮廓。设rT：滚子半径min：理论轮廓外凸部分 最小曲率半径minrT ： 实际轮廓曲率半径平底长度平底长度ml平底左侧长度平底左侧长度m m平底右侧长度平底右侧长度l3.平底直动从动件盘形凸轮本章重点内容从动件常用运动规律的特点及其选择原则；从动件常用运动规律的特点及其选择原则； 等速运动规律：运动开始、终止及换向点存在刚性冲击刚性冲击。不宜单独使用，运动开始和终止段必须加以修正。 等加速等减速运动规律：运动开始、终止及换向点存在柔性冲击柔性冲击。适用于中速轻载。 简谐运动规律：运动开始、终止点存在柔性冲击柔性冲击。应用于中、低速凸轮机构。 正弦加速度运动规律：理论上无冲击无冲击。可应用于高速凸轮。但较大，惯性力较大，要求加工精度较高。从动件形式的选择从动件形式的选择尖顶从动件：能实现任意运动规