机械制图第四章

1、第四章第四章 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计 内内 容容 41 凸轮机构的应用及分类凸轮机构的应用及分类 42 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 43 凸轮机构轮廓曲线的设计凸轮机构轮廓曲线的设计 重重 点、难点、难 点点 1.1.从动件的常用运动规律；从动件的常用运动规律； 2.2.盘型凸轮轮廓曲线的设计。盘型凸轮轮廓曲线的设计。1 1、凸轮凸轮机构组成机构组成 凸轮机构由凸轮机构由凸轮凸轮、从动件从动件和和机架机架组成组成。凸凸轮是一个具有轮是一个具有曲线轮廓曲线轮廓的构件，为的构件，为高副机构高副机构。含有凸轮的机构称为凸含有凸轮的机构称为凸轮机构。轮机构。一、凸轮机构的组成及

2、应用一、凸轮机构的组成及应用41 凸轮机构应用及分类凸轮机构应用及分类机架机架从动件从动件凸轮凸轮2 2、凸轮机构的应用、凸轮机构的应用内燃机中的配气机构内燃机中的配气机构绕线机中的排线机构绕线机中的排线机构 自动上料机构自动上料机构自动机床的进刀机构自动机床的进刀机构3 3、凸轮机构的特点、凸轮机构的特点优点：优点：只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实现从动件任意的运动规律；结构简单，设实现从动件任意的运动规律；结构简单，设计方便。计方便。 缺点：缺点：从动件与凸轮轮廓为点接触或线接触，从动件与凸轮轮廓为点接触或线接触，接触应力大，易磨损。接触应力大，易磨损。

3、应用场所：应用场所：常用于传力不大的控制机构常用于传力不大的控制机构。二、凸轮机构的类型二、凸轮机构的类型1 1、按凸轮的形状分、按凸轮的形状分（1 1）盘形凸轮盘形凸轮绕固定轴线转动绕固定轴线转动并具有变化半径并具有变化半径的盘形零件。的盘形零件。（2 2）移动凸轮移动凸轮凸轮沿机架作直线凸轮沿机架作直线移动。移动。（3 3）圆柱凸轮圆柱凸轮. .将移动凸轮卷将移动凸轮卷成圆柱。成圆柱。2 2、按从动件的端部形状分、按从动件的端部形状分 （1 1）尖顶从动件尖顶从动件能与复杂凸轮轮能与复杂凸轮轮廓保持接触，能廓保持接触，能实现任意预期的实现任意预期的运动规律，但点运动规律，但点接触，磨损快。

4、接触，磨损快。尖顶处安装一滚尖顶处安装一滚子，接触处为滚子，接触处为滚动摩擦，耐磨损。动摩擦，耐磨损。（2 2）滚子从动件滚子从动件接触处为一平面，接触处为一平面，但不能与凹陷的但不能与凹陷的凸轮轮廓接触。凸轮轮廓接触。（3 3）平底从动件平底从动件3 3、按从动件的运动形式分、按从动件的运动形式分 直动直动从动件从动件 从动件作往复直线移动从动件作往复直线移动摆摆动动从动件从动件 从动件作往复摆动从动件作往复摆动对心从动件对心从动件偏置从动件偏置从动件4 4、按凸轮与从动件维持高副接触（锁合）的封闭形式分、按凸轮与从动件维持高副接触（锁合）的封闭形式分（1 1）力封闭力封闭弹簧力、从动件重力

5、或其它外力弹簧力、从动件重力或其它外力（2 2）形封闭形封闭: :利用高副元素本身的几何形状利用高副元素本身的几何形状槽凸轮机构槽凸轮机构等宽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮机构等径凸轮机构凸轮机构的命名凸轮机构的命名布置形式布置形式+ +运动形式运动形式+ +从动件形状从动件形状+ +凸轮形状凸轮形状偏置偏置直动滚子从动直动滚子从动件盘形凸轮机构件盘形凸轮机构摆摆动尖端从动件盘形动尖端从动件盘形凸轮机构凸轮机构运动规律：运动规律：从动件在推程或回从动件在推程或回程时，其位移程时，其位移S S、速度、速度V V和加速和加速度度a a 随时间随时间t t 的变化规律。的变化规律。基圆、基圆、推程运动

6、角推程运动角 t t、基圆半径基圆半径r rb b、推程、推程、远休止角远休止角 s s 回程运动角回程运动角 h h回程、回程、近休止角近休止角 s s 行程行程h hrbBs s hACBr向径向径r r远休止、远休止、近休止、近休止、4-2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律一、凸轮的运动过程和基本参数一、凸轮的运动过程和基本参数从动件位移线图从动件位移线图otss/hshttDst二、从动件的常用运动规律二、从动件的常用运动规律1 1、等速运动规律（推程段）、等速运动规律（推程段）vah+加速度方程：加速度方程：0a 冲击特性：冲击特性：始点、末点存在始点、末点存在刚性冲击刚性冲

7、击 适用场合：适用场合：低速轻载低速轻载n运动线图运动线图推程运动方程：推程运动方程：ths/位移方程：位移方程：thv/速度方程：速度方程：推程推程运动方程运动方程: : 冲击特性：冲击特性：起点、中点、末点起点、中点、末点有有柔性冲击柔性冲击 适用场合：适用场合：中速轻载中速轻载s 0tv 0h/2h/2t/2t/2h222ths22)(2tthhs24thv224tha2)(4tthv224tha(0t/2)(t/2t)加速段加速段减速段减速段位移方程位移方程速度方程速度方程加速度方程加速度方程2 2、等加速等减速运动规律、等加速等减速运动规律a 0n运动线图运动线图h0 1 2 3 4

8、 5 6 7 812345678S V a 3 3、简谐运动、简谐运动( (余弦加速度运动余弦加速度运动) )推程推程运动方程：运动方程： 冲击特性：冲击特性：始、末点始、末点 有有柔性冲击柔性冲击 适用场合：适用场合：中速轻载中速轻载运动线图运动线图AAAAAAAAAAA A A一、用作图法设计凸轮轮廓线一、用作图法设计凸轮轮廓线反转法反转法A Ar0 - r04-3 凸轮机构轮廓曲线的设计凸轮机构轮廓曲线的设计凸轮机构轮廓曲线的设计方法：解析法、凸轮机构轮廓曲线的设计方法：解析法、作图法作图法1 1、设计思想、设计思想 已知已知:r:rb b、h h、w w 的方向、从动件运动规律：的方向

9、、从动件运动规律：凸轮转角凸轮转角从动件运动规律从动件运动规律 0 等加速等减速上升等加速等减速上升h h 5/4 远程休止远程休止5/47/4 等速下降等速下降h h 7/42 近程休止近程休止2 2、移动从动件盘形凸轮轮廓的绘制、移动从动件盘形凸轮轮廓的绘制（1 1）对心直动对心直动从动件盘形凸轮从动件盘形凸轮1 1）尖端从动件）尖端从动件9101113121234567 取长度比例尺取长度比例尺 l l绘图绘图hs O /2h/22 5 /47 /412345678910 111312 hs O /2h/22 5 /47 /41234567814910 11131291011131212

10、34567 142 2）滚子从动件）滚子从动件理论廓线理论廓线实际廓线实际廓线绘图绘图:hs O /2h/22 5 /47 /41234567814910 1113129101113121234567 143) 3) 平底从动件平底从动件理论廓线理论廓线实际廓线实际廓线 hs O /2h/22 5 /47 /412345678910 11131223475816101113129（2 2）偏置直动尖端从动件盘形凸轮机构）偏置直动尖端从动件盘形凸轮机构绘图绘图hs O /2h/22 5 /47 /41234567814910 11131214237586偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构偏置直动滚子

11、从动件盘形凸轮机构图绘图3 3、摆动尖端从动件盘形凸轮轮廓的绘制、摆动尖端从动件盘形凸轮轮廓的绘制已知：从动件的运动规律，角升程已知：从动件的运动规律，角升程 ，凸轮与摆动从动件凸轮与摆动从动件的中心距的中心距L LAOAO，摆杆的长度摆杆的长度L LABAB，凸轮的，凸轮的 及其方向，及其方向，基圆半径基圆半径r rb b 。设计：凸轮轮廓曲线设计：凸轮轮廓曲线分析分析1LoAOA2max18012060o12 3 4 5 67 8 910A1A2A3A5A6A7A8A9A10A400000000000r0B0L120B1B2B3B4B5B6B7B8B9B101C1

12、2C23C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a- 绘图：绘图：18060从动件与凸轮的接触点所受正压力的方从动件与凸轮的接触点所受正压力的方向与从动件上该点的速度方向所夹的锐向与从动件上该点的速度方向所夹的锐角角二、二、凸轮基本参数的确定凸轮基本参数的确定1 1、压力角、压力角 BOv1 1213FFnnFnF一定时，压力角一定时，压力角越大，越大，有害分力有害分力F越大，机构的效率越大，机构的效率越低。越低。 自锁：自锁：当当增大到一定程度，增大到一定程度，使有害分力使有害分力F F 在在导路中所引起的摩擦阻力大于导路中所引起的摩擦阻力大于F时，时，无论凸轮加给从动件的作用力有多大，从

13、动件都无论凸轮加给从动件的作用力有多大，从动件都不能运动，这种现象称为自锁。不能运动，这种现象称为自锁。 tgFF FF推程：推程：直动从动件直动从动件 摆动从动件摆动从动件 40305040 回程：回程： 直动和摆动从动件直动和摆动从动件8070设计时：设计时：maxmax 根据实践经验，推荐的许用压力角取值为根据实践经验，推荐的许用压力角取值为: :P P点为相对瞬心：点为相对瞬心：由由BCPBCP得得: :ds/dnnPeOCBvvOP= v/ = ds/dt / d/dt =ds/dr rb b=(ds/d-e)/ (rb2-e2)1/2+ss0sD对心对心布置有：布置有：tg= =d

14、s/d/ / rb+s tg=(OP-e)/BC2 2、凸轮基圆半径的确定、凸轮基圆半径的确定 22)/(estgeddsrbC C与与P P点在点在o o点点同侧同侧时，取时，取“- -”号；反之取号；反之取“+ +”号。号。 在其它条件不变的情况下，在其它条件不变的情况下，基圆半径基圆半径r rb b越小越小 机构机构越越紧凑紧凑压力角压力角 效率效率 甚至引起机构甚至引起机构自锁。自锁。基圆半径确定原则：基圆半径确定原则：在保证在保证 maxmax 时，凸轮基圆半时，凸轮基圆半径径取小值取小值。22)/(estgeddsrb由结构设计（考虑凸轮的结构及强度）确定：由结构设计（考虑凸轮的结

15、构及强度）确定：凸轮轴：凸轮轴：r rb b略大于轴的半径略大于轴的半径r r；凸轮单独制作时：凸轮单独制作时：r rb b= =（1.621.62）r r，r r为轴的半径为轴的半径当当 时，采取的措施：时，采取的措施：1)1)加大加大基圆半径基圆半径r rb b2)2)将对心将对心改为偏置从动件改为偏置从动件3)3)采用采用平底从动件平底从动件=(ds/d-e)/ (rb2-e2)1/2+stgmax凸轮转角凸轮转角0余弦加速度运动余弦加速度运动正弦加速度运动正弦加速度运动h/rbh/rb凸轮转角凸轮转角0等速运动等速运动等加等减速运动等加等减速运动h/rbh/rbmax应用实例：一对心直

16、动滚子从动件盘形凸轮机构，应用实例：一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，0 04545 ，h=13 h=13 mm, , 从动件以正弦加速度运动，要求从动件以正弦加速度运动，要求max 3030 ，试确定凸轮的基圆半径，试确定凸轮的基圆半径r rb b 。作图得：作图得：h/rb0.26rb 50 mm工程上常根据工程上常根据诺模图诺模图来确定来确定r rb b3 3、滚子半径的选择、滚子半径的选择 minmin理论廓线理论廓线外凸部分最小曲率半径；外凸部分最小曲率半径； 实际廓线实际廓线曲率半径；曲率半径；r rT T 滚子半径。滚子半径。 = = minmin +r+rT T当凸轮廓线为当凸轮廓线为