凸轮机构(1) (精品 课件 素材)

1、第一节第一节 概述概述第二节第二节 从动件常用运动规律从动件常用运动规律第三节第三节 图解法设计盘形凸轮轮廓图解法设计盘形凸轮轮廓第四节第四节 用解析法设计凸轮轮廓曲线用解析法设计凸轮轮廓曲线第五节第五节 凸轮机构设计中的几个问题凸轮机构设计中的几个问题第六节第六节 凸轮常用材料和结构凸轮常用材料和结构第第4章章 凸轮机构凸轮机构第一节第一节 概述概述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三部分组成。三部分组成。 凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，他通过与从动件凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，他通过与从动件的的高副接触高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任，在

2、运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。意预期运动。2.2.缺点：缺点：凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于适用于传递动力不大的场合传递动力不大的场合。凸轮机构的特点凸轮机构的特点1.1.优点：优点：只要适当地设计出只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线凸轮的轮廓曲线，就可以使推，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，且机构简单紧凑。杆得到各种预期的运动规律，且机构简单紧凑。各种机械，各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线中。特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线中。示例一示例一一、一、凸轮机构的应用凸轮机构的应用内燃机配内燃机配气机构气

3、机构第一节第一节 概述概述示例二示例二靠模车削机构靠模车削机构第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述示例三分度转位机构第一节第一节 概述概述二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类1.1.按照凸轮的形状分按照凸轮的形状分盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮曲面凸轮曲面凸轮2.2.按照从动件形式分按照从动件形式分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3.3.按照按照凸轮的锁合方式凸轮的锁合方式分分力锁合力锁合形锁合形锁合第一节第一节 概述概述三、凸轮产品实物三、凸轮产品实物凸轮轴凸轮轴第一节 概述盘盘 形形 凸凸 轮轮第一节 概述各各式式 凸凸 轮轮第二节第二

4、节 常用的从动件运动规律常用的从动件运动规律一、凸轮机构的工作过程一、凸轮机构的工作过程1.1.凸轮廓线的组成凸轮廓线的组成B0B1段段向径逐渐变大的曲线向径逐渐变大的曲线 ；B1B2段段向径不变的曲向径不变的曲线线 ； B2B3段段向径逐渐变小的曲线向径逐渐变小的曲线 ； B3B0段段向径不变向径不变且为最小的圆弧曲线且为最小的圆弧曲线 ； 基圆基圆以最小半径以最小半径r0画的圆。画的圆。第二节 常用的从动件运动规律2.2.凸轮机构典型工作循环分析凸轮机构典型工作循环分析1）推程推程（升程）：推程运动角（升程）：推程运动角 1，从动件最大位移，从动件最大位移h（行程）（行程）2）远停程远停程

5、：远停程角：远停程角 s，从动件离轴最远处静止，从动件离轴最远处静止3）回程回程：回程运动角：回程运动角 ，从动件离轴最远处静止，从动件离轴最远处静止4）近停程近停程：近停程角：近停程角 ，从动件在初始位置静止，从动件在初始位置静止第二节 常用的从动件运动规律. .从动件位移线图从动件位移线图 以从动件的位移以从动件的位移为纵坐标，对应凸轮的转角为纵坐标，对应凸轮的转角 为横坐标，为横坐标，在凸轮转一周的工作循环中，在凸轮转一周的工作循环中，位移位移与凸轮的转角与凸轮的转角 对应的关对应的关系曲线。系曲线。 从动件在运动过程中，其位移从动件在运动过程中，其位移s、速度、速度v、加速度、加速度a

6、 随转角随转角 或时间或时间t 的变化规律，称为的变化规律，称为从动件的运动规律从动件的运动规律。二、常用的从动件运动规律二、常用的从动件运动规律1.1.等速运动等速运动从动件的推程或回程的从动件的推程或回程的速度速度为定值为定值的运动规律。的运动规律。第二节 常用的从动件运动规律运动过程中，其加速度为零。运动过程中，其加速度为零。但在推程开始和结束位置由于速但在推程开始和结束位置由于速度有突变，度有突变，存在存在刚性冲击刚性冲击，如果，如果单独使用这种运动规律，只适用单独使用这种运动规律，只适用于于低速场合低速场合。 2.2.等加速等减速运动等加速等减速运动第二节 常用的从动件运动规律从动件

7、从动件先作等加速后作等减速先作等加速后作等减速运动运动，加速、减速两段的时间相等，加速、减速两段的时间相等(也可不等也可不等)，其位移曲线为两段抛，其位移曲线为两段抛物线连接而成。物线连接而成。 加速度在凸轮转角加速度在凸轮转角 O、 A和和 B三个位置存在有限值的突变，由三个位置存在有限值的突变，由此引起的从动件惯性力的有限值突此引起的从动件惯性力的有限值突变，存在变，存在柔性冲击柔性冲击， 一般适用于中一般适用于中速速中载的场合中载的场合。. .简谐运动规律简谐运动规律 第二节 常用的从动件运动规律质点沿圆周作等速运动时，质点沿圆周作等速运动时，其在直径上的投影的变化规律作其在直径上的投影

8、的变化规律作为从动件相应的位移变化规律。为从动件相应的位移变化规律。其速度曲线为正弦曲线，加速度其速度曲线为正弦曲线，加速度曲线为余弦曲线，故又称曲线为余弦曲线，故又称余弦加余弦加速度规律速度规律。 从动件在推程运动开始和结从动件在推程运动开始和结束位置存在束位置存在柔性冲击柔性冲击，只适用于，只适用于中速场合中速场合。但当从动件作无停歇。但当从动件作无停歇的的升升降降升升连续往复运动时，连续往复运动时，就可消除冲击，从而适用于就可消除冲击，从而适用于高速高速场合场合。 第二节 常用的从动件运动规律五次多项式运动规律五次多项式运动规律 摆线运动规律摆线运动规律 三、从动件运动规律的选择三、从动

9、件运动规律的选择在选择从动件的运动规律时，应首先根据机器工作时在选择从动件的运动规律时，应首先根据机器工作时的的运动要求运动要求来确定。来确定。其次考虑使凸轮机构有其次考虑使凸轮机构有良好的动力特性良好的动力特性。 对于对于高速机构高速机构，应减小惯性力、改善动力性能，应减小惯性力、改善动力性能，可选用正弦加速度运动规律或其他改进型的运动可选用正弦加速度运动规律或其他改进型的运动规律。规律。第二节 常用的从动件运动规律第三节 图解法设计盘形凸轮轮廓一、反转法原理一、反转法原理在设计凸轮廓线时，可在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止假设凸轮静止不动，而使不动，而使推杆相对推杆相对于凸轮作反转运动于凸

10、轮作反转运动；同时又在其导轨内作预期运动，作出推杆；同时又在其导轨内作预期运动，作出推杆在这种复合运动中的一系列位置，则其在这种复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线的凸轮廓线。这就是凸轮廓线设计方法的。这就是凸轮廓线设计方法的反转法原理反转法原理。 第三节 图解法设计盘形凸轮轮廓二、图解法设计凸轮轮廓曲线二、图解法设计凸轮轮廓曲线 1. 尖顶对心移动从动件盘形凸轮轮廓的设计尖顶对心移动从动件盘形凸轮轮廓的设计 设计方法与步骤：设计方法与步骤：选定基圆半径选定基圆半径rb，画出，画出基圆；基圆； 等分位移曲线，确定设等分位移曲线，确定设计点；计点； 应用

11、反转法逐点作图确应用反转法逐点作图确定各接触点位置定各接触点位置B0，B1，B2，； 光滑连接光滑连接B0，B1，B2，点，就得所要设计的点，就得所要设计的凸轮廓线。凸轮廓线。第三节 图解法设计盘形凸轮轮廓2. 滚子对心移动从动件盘形凸轮轮廓的设计滚子对心移动从动件盘形凸轮轮廓的设计 思考题：思考题：上述凸轮的上述凸轮的实际廓线能否通过由实际廓线能否通过由理论廓线沿径向减去理论廓线沿径向减去滚子半径得到？滚子半径得到？(即等即等距线距线) 第三节第三节 图解法设计盘形凸轮轮廓图解法设计盘形凸轮轮廓3.3.平底从动件平底从动件 设计方法与步骤：设计方法与步骤： 按比例画出并等分位移曲按比例画出并

12、等分位移曲 线，确定设计点；线，确定设计点； 选定基圆半径选定基圆半径rb，画出基，画出基 圆；圆； 应用反转法作图确定对应应用反转法作图确定对应每一个每一个 i 和和si的平底位置；的平底位置； 作一系列平底位置的作一系列平底位置的包络包络 线线，就得所要设计的凸轮的廓，就得所要设计的凸轮的廓 线。线。 工作轮廓的曲率半径，工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径， rT滚子半径滚子半径rT rT rT rT 轮廓正常轮廓正常外凸外凸rT对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使： rT min。第五节第五节 凸轮机构设计中的几个问题凸轮机构设计

13、中的几个问题第五节第五节 凸轮机构设计中的几个问题凸轮机构设计中的几个问题二、滚子从动杆滚子半径的选择二、滚子从动杆滚子半径的选择 滚子半径的选择，应滚子半径的选择，应根据凸轮轮廓曲线是否产生变尖或失根据凸轮轮廓曲线是否产生变尖或失真现象来恰当地确定真现象来恰当地确定。 1 1）凸轮工作廓线的）凸轮工作廓线的最小曲率半径一般不应小于最小曲率半径一般不应小于5mm 。如果。如果不能满足此要求时，就应不能满足此要求时，就应增大基圆半径增大基圆半径或适当或适当减小滚子半径减小滚子半径，或必要时须或必要时须修改从动杆的运动规律修改从动杆的运动规律，或使凸轮工作廓线上出现，或使凸轮工作廓线上出现尖点的地

14、方代以合适的曲线。尖点的地方代以合适的曲线。 2 2）滚子的尺寸还受其）滚子的尺寸还受其强度、结构强度、结构的限制，因而也不能做得太的限制，因而也不能做得太小，通常取滚子半径小，通常取滚子半径rT(0.10.5)rb。 第五节第五节 凸轮机构设计中的几个问题凸轮机构设计中的几个问题三、平底长度的确定三、平底长度的确定 为保证平底于凸轮廓线始终接为保证平底于凸轮廓线始终接触，必须满足：触，必须满足：lmax 平底必须有足够的长度平底必须有足够的长度L 。 L=2lmax(57)mm 凸轮廓线必须全部为外凸曲线，凸轮廓线必须全部为外凸曲线，不允许出现内凹部分；不允许出现内凹部分；第五节 凸轮机构设

15、计中的几个问题三、压力角及校核三、压力角及校核 从动杆所受从动杆所受正压力的方正压力的方向向与与从动杆上作用点的速度从动杆上作用点的速度方向方向之间所夹之锐角，称为之间所夹之锐角，称为凸轮机构在图示位置的压力凸轮机构在图示位置的压力角，用角，用 表示。表示。 显然显然 越小越小，凸轮机构，凸轮机构的的传力性能越好传力性能越好。且。且 过大，机构有可能会处于自锁状态。过大，机构有可能会处于自锁状态。 故凸故凸轮设计时要限制压力角的大小：轮设计时要限制压力角的大小：移动从动件移动从动件 3040摆动从动件摆动从动件 4050校核校核 maxmax 第六节 凸轮常用材料和结构一、凸轮和滚子的材料一、

16、凸轮和滚子的材料凸轮的主要失效形式为磨损和疲劳点蚀。凸轮的主要失效形式为磨损和疲劳点蚀。对凸轮和滚子的材料要求：对凸轮和滚子的材料要求：工作表面硬度高工作表面硬度高耐磨耐磨有足够的表面接触强度有足够的表面接触强度凸轮芯部有较强的韧性凸轮芯部有较强的韧性常用的凸轮材料：常用的凸轮材料： 40Cr、 20Cr、 40CrMnTi常用的滚子材料：常用的滚子材料： 20Cr或者滚动轴承或者滚动轴承凸轮的结构凸轮的结构1.1.凸轮轴凸轮轴2.2.整体式整体式凸轮轴凸轮轴:当凸轮的径向尺寸与轴的直径尺寸当凸轮的径向尺寸与轴的直径尺寸相差不大时，凸轮与轴做成一体相差不大时，凸轮与轴做成一体 。 整体式凸轮 可调式凸轮凸轮的结构凸轮的结构除采用键联接将凸轮固定在轴上外，也可除采用键联接将凸轮固定在轴上外，也可以采用紧定螺钉和锥面固定。以采用紧定螺钉和锥面固定。 滚子从动件结构滚子从动件结构专门制造的圆柱体专门制造的圆柱体滚动轴承滚动轴承销轴联接销轴联接盘形凸轮对心移动从动件盘形凸轮机构对心移动从动件盘形凸轮机构 盘形凸轮