汽车机械基础电子科技大学PPT第10章

1、第10章 凸轮机构 10.1 凸轮机构的应用和分类 10.2 从动推杆常用的运动规律 10.1凸轮机构的应用和分类 1.凸轮机构的应用和组成 在各种自动化和半自动化机械中，广泛地应用着各种凸轮机构。它的作用主要是将凸轮的连续转动，转化成从动推杆的往复移动或摆动，例如：（1）如图10-1所示的自动车床的进刀凸轮机构中，当凸轮按顺时针方向转动时，推动摆杆摆动，再经齿轮齿条，使刀架和刀具向左移动而完成送刀动作。 图10-1自动车床的进刀凸轮 （2）图10-2为一内燃机中控制进、排气门开启和关闭时间的凸轮机构。当凸轮连续转动时，从动推杆通过机械传动控制气门作断续地往复移动，从而控制气门的开闭。（3）图

2、10-3为一自动机床的送料机构。当圆柱形凸轮连续回转时，从动杆作间歇的往复摆动，从而带动滑板往复移动而完成送料动作。（4）图10-4为自动车床中控制横刀架的凸轮组示意图。当凸轮轴连续回转时，轴上的两个凸轮使刀架协调地依次运动，从而完成零件加工所要求的进、退刀动作循环。 图10-2内燃机气门控制机构 图10-3自动机床的送料机构 图10-4自动机床中的凸轮组 2.凸轮的分类凸轮的种类很多，通常有以下四种分类方法。1）按凸轮形状分类（1）盘状凸轮（如图10-1、图10-2所示）。工作时，从动推杆随着凸轮回转半径的变化而在垂直于凸轮轴线的平面内作往复直线运动或摆动。（2）圆柱凸轮（如图10-3所示）

3、。从动杆在平行于凸轮轴线的平面内运动。（3）移动凸轮（如图10-5所示）。工作时凸轮作往复移动，相当于盘状凸轮的回转中心趋近于无穷远，这时的盘状凸轮就转变成移动凸轮。 图10-5移动凸轮 2）按从动杆的运动方式分类（1）移动从动推杆凸轮机构（如图10-2所示）。（2）摆动从动推杆凸轮机构（如图10-1所示）。3）按从动杆端部形状分类（1）尖顶从动杆凸轮机构（如图10-6（a）所示）。这种从动杆结构简单，且能与复杂的凸轮轮廓保持接触，因而从动杆可以实现复杂的运动规律。但因尖顶易于磨损，故只宜于传力不大的低速凸轮机构中。 （2）滚子从动杆凸轮机构（如图10-6（b）所示）。由于滚子与凸轮间的摩擦小

4、，不易磨损，故应用最广。（3）平底从动杆凸轮机构（如图10-6（c）所示）。平底从动杆在高速工作时较易形成油膜而减少摩擦、磨损，但不能用于凸轮轮廓呈凹形的场合。 图10-6从动杆的端部形状 4）按锁合方式分类（1）力锁合。利用弹簧力（如图10-2所示）或从动杆重量等外力达到锁合目的。（2）形锁合。由凸轮和从动杆的几何形状来保证锁合。例如，图10-7中将凸轮轮廓曲线做成凹槽形，将从动杆上的滚子嵌入凹槽内，从而达到锁合的目的。图10-8是一种等宽度的凸轮，也是属于形锁合的。 图10-7盘形内凸轮 图10-8等宽度凸轮 10.2从动推杆常用的运动规律 在图10-9所示的凸轮机构中，从动推杆在最低位置

5、时，从动推杆尖顶在a点(如图10-9（a）所示)，以凸轮的最小半径所作的圆称为基圆，最小半径称为基圆半径，用rb表示。当凸轮按逆时针方向转过一个角度时（如图10-9（b）所示），从动杆将上升一段距离，即产生一位移s。当凸轮转过0时，从动推杆到达最高位置（如图10-9（c）所示），此时从动推杆的最大位移称为行程h。如果将从动推杆的位移s与凸轮转角的关系用曲线表示（如图10-9（d）所示），此曲线称为从动推杆的位移曲线，或称s-曲线。 图10-9凸轮机构的位移曲线（s-曲线） 由图10-9可以看出，从动杆的位移s是随凸轮转角的变化而变化的，因而也将随时间的变化而变化（因为=t）。因此，当凸轮以一定

6、的角速度旋转时，从动杆的位移s、速度v和加速度a的变化规律，都由凸轮的轮廓所决定。在设计凸轮轮廓时，应按机器工作时的要求和特点来选定从动杆的运动规律，然后设计出凸轮应有的轮廓曲线。下面介绍两种常用的从动杆运动规律。 1.等速运动规律在图10-10(a)所示的凸轮机构中，凸轮以角速度(为常数）按逆时针方向作等角速转动。当凸轮的转角从0开始均匀地增加到0时，从动推杆以速度v（v为常数）等速地从起始位置上升，其行程为h。 图10-10等速运动的位移、速度、加速度曲线 由理论力学可知，等速运动中位移（从动推杆的位移）s与时间t关系为 s=vt（10-1）同样，凸轮的转角与时间t的关系为： =t (10

7、-2) 由（10-1）、（10-2）两式消去t，可得： (10-3) 上式中v和都是常数，所以位移s和转角成正比关系。因此，从动推杆的位移曲线（s-）为一斜直线（如图10-10(b)所示）。 当=0时，从动推杆的位移s=h，将这些关系代入式(10-3)中，可得从动推杆上升时的速度v为： （10-4） 再将公式（10-4）代入式（10-3）中，即可得到位移曲线方程： （10-5）当凸轮的转角0时，从动推杆等速地下降，故s-曲线发生转折而变为另一斜直线（如图10-10（b）所示）。 由于=t=常数t，故位移曲线的横坐标也就反映了时间t的坐标，用（t）表示。故位移(s-)、速度(v-)和加速度(a-

8、)曲线，也可看成是s-t、v-t和a-t曲线。因为，s=f（t）、v=ds/dt、a=dv/dt，所以位移、速度和加速度曲线所表示的函数关系，正好依次存在着一次导数的关系。这样可以帮助我们来分析从动推杆的运动规律。从动推杆在等速上升过程中，速度不随凸轮转角的变化而变化，故速度曲线（v-）为一水平直线，如图10-10（c）所示。当从动推杆向上运动时，速度为正值；从动推杆向下运动时，速度为负值。因此，在s-曲线转折处，v-曲线发生突变（间断）。 从动推杆作等速运动时，其加速度a=0，所以加速度曲线（a-）为与轴相重合的水平直线。但在s-曲线的转折处，由于速度发生突变（如图10-10（c）所示），将

9、使从动推杆的瞬时加速度在理论上趋于无穷大，以致引起无穷大的惯性力，使凸轮机构发生刚性冲击。因此，这种运动规律只宜于低速的场合。为了避免刚性冲击，通常是修改位移曲线，使其在转折处改成与直线相切的圆孤过渡，或采用其他运动规律。在金属切削机床自动进刀等运动中，常采用等速运动规津。 2.等加速等减速运动规律当凸轮转速较高时，为了避免刚性冲击，可以采用等加速等减速运动规律。设凸轮以等角速转动，当转角从0增加到0时，从动推杆上升的距离（行程）为h。为了使从动推杆在运动开始和终止时的速度不发生突变，通常将从动推杆的整个行程h分为两段：前半段为等加速上升，后半段为等减速上升。在这两段时间内，加速度的绝对值相等

10、。 根据理论力学知识，最后得到从动推杆位移、速度、加速度与凸轮转角的关系曲线为： （10-6） （10-7） （10-8） s-曲线可以通过下面的作图方法作出。设已知凸轮的转角从0增加到0，从动推杆上升的距离为h，作图的步骤为：（1）选取横坐标轴代表，纵坐标轴代表s（如图10-11（a）所示）。（2）按适当的比例，在坐标轴上找出代表0/2的一点，并过此点作出垂直向上的直线，在此直线上找出一点，使其纵坐标代表h/2。（3）将代表0/2和h/2的两线段，分成相同的等分，如图10-11（a）中取为四等分，分别得到各等分点1、2、3、4和1、2、3、4。 （4）从原点O开始，作各斜直线O1、O2、O3、O4；再过1、2、3、4各点作垂直向上的直线，各斜直线与相应的铅垂线分别相交于1、2