凸轮机构及其他常用机构分解

1、凸轮机构及其他常用机构分解本章知识导读 凸轮机构的类型、特点和适用场合，从动件常见运动规律及位移曲线的绘制，凸轮机构的设计计算，凸轮机构的常用材料及构造。 2.重点、难点的提示 本章的重点是从动件的常用运动规律，尖顶、滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计等问题。难点是利用解析法设计凸轮的轮廓。4.1 凸轮机构的类型及应用 凸轮机构广泛应用在各种机械和自动控制装置中。 内燃机配气机构1凸轮2气阀杆3机架4.1.1 凸轮机构的应用和组成4.1.1 凸轮机构的应用和组成冲床送料机构 1凸轮 2送料杆 3机架 绕线机的凸轮机构1凸轮 2布线杆 3绕线轴4.1.1 凸轮机构的应用和组成 综上所述，凸轮机构由

2、凸轮、从动件和机架组成。 凸轮是具有变化向径或曲线轮廓的构件，凸轮与从动件通过高副连接，故凸轮机构属于高副机构。凸轮机构的主要作用是将主动凸轮的连续转动或挪动转化为从动件的往复挪动或摆动。 凸轮机构特点 凸轮机构构造简单、紧凑，设计方便，只需设计适当的凸轮轮廓，便可以使从动件实现预期运动规律。缺点是凸轮轮廓与从动件之间是点或线接触，易磨损，通常用于传力不大的控制机械中。 例如，自动机床进刀机构、上料机构，内燃机配气机构，印刷机、纺织机和各种电气开关中的凸轮机构等。 4.1.2 凸轮机构的分类 (1)盘形凸轮 具有变化向径的盘状构件称为盘形凸轮。它是凸轮的根本形式。常用凸轮机构可按以下方法分类:

3、4.1.2 凸轮机构的分类 (2)挪动凸轮 做挪动的平面凸轮。可看作是当转动中心在无穷远处时盘形凸轮的演化形式。4.1.2 凸轮机构的分类 (3)圆柱凸轮 圆柱体的外表上具有曲线凹槽或端面上具有曲线轮廓，称为圆柱凸轮。属于空间凸轮机构。 圆柱凸轮机构进刀机构4.1.2 凸轮机构的分类 从动件端部以尖顶与凸轮轮廓接触，这种从动件构造最简单，尖顶能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触。 从动件的端部构造形式 (1)尖顶从动件4.1.2 凸轮机构的分类(2)滚子从动件(3)平底从动件 从动件端部装有可以自由转动的滚子，滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，借以减小与凸轮轮廓接触外表的磨损。 从动件的端部是一平底，这

4、种从动件与凸轮轮廓接触处在一定条件下易形成油膜，利于光滑，能传动较大的作用力。 4.1.2 凸轮机构的分类 (1)挪动从动件，从动件做往复直线挪动。 (2)摆动从动件，从动件做往复摆动。 使从动件与凸轮轮廓始终保持接触的特性称为锁合。 (1)力锁合 利用重力、弹簧力或其他力锁合。凸轮机构利用弹簧力锁合。 (2)形锁合 利用凸轮和从动件的特殊几何形状锁合。4.2 凸轮机构的从动件 常用运动规律 在凸轮机构中，从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线的形状。结合凸轮轮廓，分析从动件的位移、速度、加速度的运动规律，称为凸轮机构的运动分析。4.2.1 凸轮机构运动分析的根本概念 升停降停运动过程是凸轮机构典

5、型的运动过程。4.2.1 凸轮机构运动分析的根本概念 综上所述，从动件的运动取决于凸轮轮廓曲线的形状，即凸轮轮廓决定了从动件的运动规律。 因此，设计凸轮轮廓曲线时，首先根据工作要求选定从动件的运动规律，然后再按从动件的位移曲线设计出相应的凸轮轮廓曲线。4.2.2 从动件的常用运动规律 从动件在运动过程中，运动速度为定值的运动规律，称为等速运动规律。当凸轮以等角速度1转动时，从动件在推程或回程中的速度为常数。 凸轮转角与时间t的关系为=1t。 推程时，从动件位移s与时间t的关系为s=vt。 等速运动规律的位移、 速度、加速度线图 4.2.2 从动件的常用运动规律 从动件在运动过程的前半程做等加速

6、运动，后半程做等减速运动，两局部加速度的绝对值相等，这种运动规律称为等加速等减速运动规律。等加速等减速运动规律的位移、速度、加速度线图4.2.2 从动件的常用运动规律 质点在圆周上做等速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动称为简谐运动。简谐运动规律的位移速度、加速度线图4.3 盘形凸轮的设计方法 根据工作条件要求，确定从动件的运动规律，选定凸轮的转动方向、基圆半径等，进而可以对凸轮轮廓曲线进展设计。 凸轮轮廓曲线的设计方法有图解法和解析法。图解法简便易行、直观，但精度较低，可用于设计一般精度要求的凸轮机构。解析法精度高，但计算量大，多用于设计精度要求较高的凸轮机构。4.3.1 图解法设

7、计盘形凸轮轮廓曲线 利用与凸轮转向相反的方向逐点按位移曲线绘制出凸轮轮廓曲线的方法称为反转法。 反转法原理4.3.1 图解法设计盘形凸轮轮廓曲线实际轮廓理论轮廓 4.3.1 图解法设计盘形凸轮轮廓曲线4.3.1 图解法设计盘形凸轮轮廓曲线4.4 凸轮机构设计中应注意的 几个问题 设计滚子从动件时假设从强度和耐用性考虑，滚子的半径应取大些。滚子半径取大时，对凸轮的实际轮廓曲线影响很大，有时甚至使从动件不能完成预期的运动规律。4.4.1 滚子半径的选择滚子半径的选择4.4.1 滚子半径的选择 由图(a)可得 a=min+rT 实际轮廓曲线曲率半径总大于理论轮廓曲线曲率半径。因此，不管选择多大的滚子

8、，都能作出实际轮廓曲线。 由图(b)图(d)可得 a=min-rT4.4.1 滚子半径的选择 当minrT时，那么有a0，实际轮廓曲线为一平滑的曲线。这种情况属于正常。 当min=rT时，那么有a=0，凸轮实际轮廓曲线出现了尖点。 当minrT时，那么有a35mm。理论轮廓曲线最小曲率半径的求法 4.4.2 压力角的校核 凸轮加给从动件的作用力F沿凸轮轮廓的法线n-n方向传递。从动件上受到的力F的方向与该力作用点的线速度v的方向之间所夹锐角称为凸轮机构在该位置的压力角。 凸轮机构压力角 4.4.3 基圆半径确实定 基圆半径一般可根据经历公式选择 即 r0ds+79mm 根据选定的r0设计出凸轮

9、轮廓后，应进展压力角的检验，假设发现max，那么应适当增大凸轮基圆半径，重新设计。4.5 凸轮机构的常用材料和构造 凸轮机构主要的失效形式是磨损和疲劳点蚀，这就要求凸轮和滚子的工作外表硬度高、耐磨并且有足够的外表接触强度。 低速、中小载荷的一般场合，凸轮采用45钢、40Cr外表淬火(硬度4050HRC)，亦可采用15钢、20Cr、20CrMnTi经渗碳淬火，硬度达5662HRC。 滚子材料可采用20Cr，经渗碳淬火，外表硬度达5662HRC。也可用滚动轴承作为滚子。4.5.1 凸轮常用材料4.5.2 凸轮的构造4.5.2 凸轮的构造 4.5.2 凸轮的构造 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。 4.6 其他常用构造4.6.1 棘轮机构工作原理：棘轮机构主要由棘轮2、棘爪3和机架4三个根本构件组成。图4-24 棘轮机构卷扬机提升机构自行车飞轮4.6.1 棘轮机