ch03凸轮机构设计

1、机械设计基础2022-6-22022-6-22 2第三章 凸轮机构设计o 31 凸轮机构的应用和分类o 32 从动件的常用运动规律o 33 盘状凸轮轮廓的设计o 34 设计凸轮机构应注意的问题2022-6-22022-6-23 3凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。31 凸轮机构的应用和分类凸轮机构优点：只需要设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的运动规律；结构简单、紧凑，设计方便2022-6-22022-6-2

2、4 4 一、凸轮机构的应用内燃机配气机构内燃机配气机构.swf内燃机配气机构2.swf31 凸轮机构的应用和分类2022-6-22022-6-25 5靠模车削机构靠模车削机构.swf31 凸轮机构的应用和分类2022-6-22022-6-26 6分度转位机构分度转位机构.swf诸城市康泰机械有限公司凸轮分度转位演示.f4v31 凸轮机构的应用和分类2022-6-22022-6-27 7二、 凸轮机构的分类按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以下几种：盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮曲面凸轮按照从动件的形式分为以下几种：尖端从动件滚子从动件平底从动件31 凸轮机构的应用和分类2022-6-22022-6-28

3、 8盘形凸轮滚子直动凸轮机构.swf31 凸轮机构的应用和分类2022-6-22022-6-29 9移动凸轮移动式凸轮机构.swf31 凸轮机构的应用和分类2022-6-22022-6-21010圆柱凸轮31 凸轮机构的应用和分类回转式凸轮机构回转式凸轮机构.swf圆柱凸轮圆柱凸轮.swf圆柱凸轮机构应用圆柱凸轮机构应用.swf2022-6-22022-6-21111曲面凸轮分度转位机构.swf31 凸轮机构的应用和分类2022-6-22022-6-21212尖端从动件尖顶式凸轮机构设计1.swf31 凸轮机构的应用和分类2022-6-22022-6-21313滚子从动件滚子直动凸轮机构.sw

4、f31 凸轮机构的应用和分类2022-6-22022-6-21414平底从动件平底式直动凸轮机构.swf31 凸轮机构的应用和分类2022-6-22022-6-21515摆动从动件凸轮机构平底式摆动凸轮机构.swf31 凸轮机构的应用和分类滚子式摆动凸轮机构滚子式摆动凸轮机构.swf尖顶式摆动凸轮机构尖顶式摆动凸轮机构.swf2022-6-22022-6-21616一、 基本术语基圆：从凸轮轮廓的最小向径r0为半径的圆。推程：从动件被凸轮推动，以一定运动规律由距离回转中心最近位置A到达最远位置B所走过的距离AB。与推程对应的凸轮转角t为推程运动角。远休止角：当凸轮继续回转s角，从动件在最远位置

5、停止不动。回程：当凸轮继续回转h角，从动件在弹簧或重力作用下，以一定运动规律回到起始位置所走过的距离。 h称为回程运动角。近休止角：当凸轮继续回转s角，从动件在最近位置停止不动。32 从动件的常用运动规律2022-6-22022-6-21717 名词术语：S=S(t)V=V(t)a=a(t)r0hBots010102020000ADCB32 从动件的常用运动规律2022-6-22022-6-21818 图为对心尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮回转时，从动件重复升停降停的运动循环。 从动件的位移s与凸轮转角a的关系可以用从动件的位移线图来表示，如右图所示。32 从动件的常用运动规律轮廓与曲线的位移关

6、系轮廓与曲线的位移关系.swf2022-6-22022-6-219192 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律二：从动件常用运动规律二：从动件常用运动规律102v+2a10特点：特点：刚性冲击，适应于低速及从动件质量不大的场合位置：发生在运动的起始点和终止点1、等速运动规律、等速运动规律推程中：v=v0=h/Ts=v0t=ht/T =dv2/dt=0t11Tt1021212ahvhsttas210th2022-6-22022-6-22020推程中推程中（等加速段）：200021tastavaa221212122122442ttthahvhs194412、等加速等减速运动规律、等加速等减速运

7、动规律0aaa142356s00a0v2t2hht特点：特点：柔性冲击；适用于中速位置：发生在运动的起始点、中间点和终止点2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律2022-6-22022-6-22121二、从动件等加速等减速运动规律等加速等减速.swf32 从动件的常用运动规律2022-6-22022-6-222222 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律3、简谐运动规律（余弦加速度）、简谐运动规律（余弦加速度）简谐运动：简谐运动：点在圆周上作匀速运动时，其在该圆直径上的投影所构成的运动123456512346hts20cos122hs当时，1t，故1t运动方程（略）02a2v0特点：

8、特点：柔性冲击；适应于中速2022-6-22022-6-22323三、余弦加速度运动规律 32 从动件的常用运动规律2022-6-22022-6-22424四、正弦加速度运动 由运动图可见，其速度和加速度曲线都是连续的，因此没有柔性冲击，故常用于高速凸轮机构。32 从动件的常用运动规律2022-6-22022-6-22525 在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 vmax 、加速度幅值 amax及其影响加以分析和比较。从动件动量mvmax从动件惯性力mamax对于重载凸轮机构，应选择 vmax值较小的运动规律；对于高速凸轮机构，宜选择 ama

9、x值较小的运动规律。vmaxa amaxmax五、从动件运动规律的选择32 从动件的常用运动规律2022-6-22022-6-22626若干种从动件运动规律特性比较低速轻负荷中速轻负荷中低速中负荷中高速轻负荷高速中负荷低速重负荷中高速重负荷高速轻负荷运动规律)/(0maxwhv)/(202maxwha冲 击应用场合等速等加速等减速余弦加速度正弦加速度3-4-5多项式改进型等速改进型正弦加速度改进型梯形加速度刚 性柔 性柔 性4.004.936.285.778.385.534.891.002.001.572.001.881.331.762.0032 从动件的常用运动规律2022-6-22022-

10、6-22727一、 反转法加角速度-w(与凸轮角速度大小相等、方向相反)从动件与导路绕角速度-w以凸轮转动凸轮静止不动从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线从动件相对导路移动 对于滚子从动件，则滚子中心可看作是从动件的尖顶，其运动轨迹就是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线是与理论轮廓曲线相距滚子半径rT的一条等距曲线。33 盘状凸轮轮廓的设计2022-6-22022-6-22828rb A1A2A3A4S2rb A2A3A1A4S3S4rb A2A3A1A4rb A1A2A3A4- rb A1A2A3A4- - - rb A1A2A3A4- rb A1A2A3A433 盘状凸轮轮廓的设计20

11、22-6-22022-6-22929设计步骤已知条件：从动件运动规律、凸轮转向基圆半径设计步骤：rb - - 475813269101 230S47896510a.标出方向，并按此方向分割出 、 ;0Sc.过位移线图中等分点作y轴平行线交位移线图于i 点，过基圆上等分点作射线；反转中导路线d.在射线上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点i ；f.光滑连接i 得凸轮廓线。b.在基圆与位移线图共同将和进行n等分，并标注等分点；oo1 2 3 4 5 6 7 8 9101 2103456789S0S0 S 0h33 盘状凸轮轮廓的设计2022-6-22022-6-23030 滚子从动件1) 分析33

12、盘状凸轮轮廓的设计2022-6-22022-6-23131rb- - 0794581326101 2347895106rb- - 0794581326101 2347895106实际廓线理论廓线2) 设计注意：1. 基圆半径为理论廓线最小向径；2. 先求理论廓线，后作包络线，得实际廓线。包络线33 盘状凸轮轮廓的设计2022-6-22022-6-232322. 平底从动件1) 分析 尖顶轨迹线33 盘状凸轮轮廓的设计2022-6-22022-6-233331 23478951062) 设计理论廓线理论廓线79458132610rb- - 033 盘状凸轮轮廓的设计a.将基圆沿-方向将 和 与位

13、移线图进行对应等分；c. 光滑连接i 得凸轮理论廓线；b.过等分点作射线；在射线上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点i ；设计步骤： d. 作平底线的其包络线实际廓线。002022-6-22022-6-23434 1123 3 2 rb- - 结论：a. 偏置式凸轮机构中从动件导路线始终切于偏置圆；b. 导路线与基圆交点为推杆尖顶最低点其始点。e二、偏置式凸轮廓线的设计1. 尖顶从动件1) 相对运动分析偏 距 圆33 盘状凸轮轮廓的设计2022-6-22022-6-23535 22) 设计已知条件：凸轮转向、基圆半径偏置圆半径。 rbe- - 1o23导路线 30 0 0 0a. 连接回转中心

14、与推杆其始点，将基圆沿-方向将 和 与位移线图进行对应等分；c. 光滑连接i 得凸轮廓线。b.过等分点作偏置圆切线；并在其上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点i ；设计步骤： 注意：也可在偏置圆上进行运动角等分，通过其等分点作偏置圆切线以获得导路线。12333 盘状凸轮轮廓的设计2022-6-22022-6-23636解析法设计凸轮轮廓曲线偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计建立凸轮转轴中心的坐标系xOy根据反转法原理，凸轮以w转过j角；B点坐标为00()sincos()cossinxsseysse上式即为凸轮理论廓线方程实际廓线与理论廓线在法线上相距滚子半径rT，则推出cossinTTxxr

15、yyr式中取“”号时为内等距曲线，取“”号时为外等距曲线33 盘状凸轮轮廓的设计2022-6-22022-6-23737摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计 取摆杆的轴心A0与凸轮轴心O之连线为坐标系的y轴，Bo点是摆动杆的推程起始位置，摆动杆与y轴的夹角为初始角。根据反转法原理，得出B点坐标。00sinsin()coscos(xalyal22200arccos2larla其中33 盘状凸轮轮廓的设计2022-6-22022-6-23838作图法设计凸轮轮廓曲线偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计33 盘状凸轮轮廓的设计2022-6-22022-6-23939滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计33 盘状

16、凸轮轮廓的设计2022-6-22022-6-24040凸轮轮廓的加工凸轮轮廓的加工方法通常有两种1.铣、锉削加工 对用于低速、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x,y坐标，并将xOy坐标系的原点换算成切割时的起点，而滚子半径相当于钼丝半径再加上放电间隙。33 盘状凸轮轮廓的设计2022-6-22022-6-24141一、 凸轮机构的压力角

17、34 设计凸轮机构应注意的问题2022-6-22022-6-24242一、 凸轮机构的压力角 从动件的运动方向和凸轮作用于它的法向力Fn方向之间所夹的角 称为压力角。 由上述关系式知，压力角a愈大，有效分力y愈小，有害分力 愈大。当 角大到某一数值时，必将会出现Fyrr时,a0当rr时,a 0，出现 “失真”现象。1、凸轮理论轮廓为内凹时：2022-6-22022-6-24646滚子直径影响滚子直径影响.swf2022-6-22022-6-24747滚子半径的确定 凸轮轮廓曲线形状与滚子半径的关系 = + rr当理论廓线内凹时此时，无论滚子半径大小，凸轮工作轮廓总是光滑曲线(如图a)当理论廓线

18、外凸时(可分为三种情况) = - rr1)rrr时r 0,这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线(如图b)2)r= rr 时r= 0实际轮廓线变尖，极易磨损，不能使用(如图c)。3)r rr时r 0,即实际曲线出现交叉会出现失真(如图d)。34 设计凸轮机构应注意的问题2022-6-22022-6-24848理论廓线上任意点的曲率半径可用下式计算3 2222222dxdydddx d ydy d xdddd式中分别为理论廓线坐标x,y对凸轮转角的一阶和二阶导数dxdddy22d yd22d xd、34 设计凸轮机构应注意的问题2022-6-22022-6-249492022-6-22022-6-250502022-6-22022-6-251512022-6-22022-6-252522022-6-22022-6-253532022-6-22022-6-254542022-6-22022-6-255552022-6-22022-6-256562022-6-22022-6-257572022-6-22022-6-258582022-6-22022-6-25959习题o 1.以凸轮的理论轮廓曲线的最小半径所做的圆称为凸轮的_ 。 2022-6-22022-6-26060作图题o 设计一偏置尖顶直动从动件盘形凸轮机构。已知从动件的运动规律， 曲