机械设计基础 教学课件 作者 王亚辉 主编第四章凸轮机构 第4章凸轮机构

1、在线教务辅导网： :/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：第四章 凸轮机构第4章 凸轮机构4.2凸轮机构的运动特性4.1 概述4.3凸轮机构的传力特性4.4图解法设计凸轮轮廓 4.1概述凸轮从动件机架凸轮主动件、从动件和机架高副机构 组成将主动凸轮的连续转动或往复运动转化为从动件的往复移动或摆动，而从动件的运动规律按工作要求拟定。 功用内燃机中的配气机构点击图面动画演示 应用绕线机中的排线机构 点击图面动画演示自动上料机构点击图面动画演示点击图动画演示自动机床的进刀机构仿形加工机构点击图动画演示4.1.1 凸轮机构的应用 与连杆机构相比1.

2、不管从动件要求的运动规律多么复杂，都可以通过适当地设计凸轮轮廓来实现，而且设计比较简单。2.结构简单紧凑、构件少，传动累积误差很小，能够准确地实现从动件要求的运动规律。3.能实现从动件的转动、移动和摆动等多种运动要求，也可以实现间歇运动要求。6.与圆柱面和平面相比，凸轮轮廓的加工要复杂得多。4.工作可靠，非常适合于自动控制中。5.由于是高副机构，易磨损，只能用于传力不大的场合；特点1.按凸轮的形状分类盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮4.1.2 凸轮机构的分类 4.1概述2.按从动件端部结构分类尖顶从动件滚子从动件平底从动件4.1.2 凸轮机构的分类 4.1概述3.按从动件的运动方式分类直动从动件摆动从

3、动件对心直动从动件偏置直动从动件4.1.2 凸轮机构的分类 4.1概述4.按凸轮与从动件保持接触的方式锁合方式分类力锁合 形锁合凹槽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮机构4.1.2 凸轮机构的分类 4.1概述 4.2 从动件常用运动规律从动件的运动规律：从动件的位移S、速度V和加速 度a随时间t或凸轮转角 的变化规律。运动规律的表示方法从动件运动方程：S=S(t S=S( V=V(t) V=V() a=a(t) a=a() 从动件运动线图 4.2 从动件常用运动规律主动件凸轮连续转动以尖顶直动从动件盘形凸轮机构为例，观察凸轮机构的运动情况从动件上下移动移动规律：升停降停点击图动画演示4.2.1 凸轮

4、机构的工作过程分析1)基圆：以凸轮轮廓的最小向 径rb为半径所作的圆2)推程: 当凸轮以等角速度逆时 针转过0角时，从动件 由最低位置A被到最高位 置B的运动过程. 相应的凸轮转角0称为推 程角 4.2 从动件常用运动规律4.2.1 凸轮机构的工作过程分析 名词术语及符号点击图动画演示1)基圆rb2)推程、推程角03)远停程：当凸轮继续转过01角 时，从动 件处于最高 位置静止不动的过程相应的凸轮转角01称为远休止角 4.2 从动件常用运动规律4.2.1 凸轮机构的工作过程分析点击图动画演示1)基圆rb2)推程、推程角03)远停程、远休止角014)回程：当凸轮继续转过0角时， 从动件由最高位置

5、C回到最 低位置D的运动过程,相应 的凸轮转角0 称为回程 角 4.2 从动件常用运动规律4.2.1 凸轮机构的工作过程分析点击图动画演示1)基圆rb2)推程、推程角03)远停程、远休止角014)回程、回程角0 5)近停程：当凸轮继续转过02 角时，从动件处于最低位置静止不动的过程 ，相应的凸轮转角02称为近休止角 4.2 从动件常用运动规律4.2.1 凸轮机构的工作过程分析点击图动画演示1)基圆rb2)推程、推程角03)远停程、远休止角014)回程、回程角0 5)近停程、近休止角026)升程：从动件在推程或回程 时移动的距离 4.2 从动件常用运动规律4.2.1 凸轮机构的工作过程分析点击图

6、动画演示 4.2 从动件常用运动规律1.匀速运动规律直线运动规律2.匀加速匀减速运动规律抛物线运动规律3.简谐运动规律余弦加速度运动规律4. 正弦加速度运动规律摆线运动规律 4.2 从动件常用运动规律1.匀速运动规律直线运动规律从动件在推程上升或回程下降的速度V为一常数 特点：适用于低速轻载的场合从动件在运动的开始和终止的瞬时有刚性冲击 4.2 从动件常用运动规律角度比例匀速运动规律位移线图的绘制点击图动画演示 4.2 从动件常用运动规律2.匀加速匀减速运动规律抛物线运动规律 从动件在运动过程的前半程匀加速运动，后半程作匀减速运动，两局部加速度的绝对值相等的运动规律从动件在运动的始中末三个瞬时

7、，加速度有突变，引起柔性冲击适用于中低速轻载的场合 特点： 4.2 从动件常用运动规律匀加速等匀速运动规律位移线图的绘制角度比例点击图动画演示 4.2 从动件常用运动规律3.简谐运动规律余弦加速度 运动规律简谐运动：一质点M在圆周上作匀速运动时，该点在此圆直径上的投影所构成的运动点击图动画演示 4.2 从动件常用运动规律3.简谐运动规律余弦加速度 运动规律 当从动件只作升降升休止角为零运动时，其加速度为一连续的光滑曲线，运动中消除了柔性冲击，这种情况适用于高速。速度和加速度都是连续曲线 在推程和回程的起点、终点加速度有突变，要产生柔性冲击。适用于中、低速中载的场合 特点： 4.2 从动件常用运

8、动规律简谐运动规律位移线图的绘制角度比例点击图动画演示 4.2 从动件常用运动规律4.正弦加速度运动规律摆线运动规律 其加速度曲线光滑、连续，所以工作时振动、噪音都比较小，可以用于高速、轻载的场合。 为了获得无冲击的运动规律，可采用正弦加速度运动规律。 4.2 从动件常用运动规律从动件运动规律的选择尽量选用使凸轮轮廓曲线易于加工的运动规律 只要求从动件完成一定的行程h或，应采用易于加工的曲线作为凸轮轮廓曲线对凸轮机构从动件的运动规律有严格要求时必须按照机器所要求的运动规律来选择尽可能选用加速度曲线连续的运动规律，同时还应考虑从动件不同的运动形式对质量较大从动件应选择vmax较小的运动规律对高速

9、运动的凸轮机构，应选择amax值较小的运动规律 工作要求 动力特性凸轮轮廓的加工4.3.1 压力角及自锁现象 压力角FF2=Fn sin 有害分力F1=Fn cos有效分力F1F2运转轻快，传力性能好F2F1使从动件导路中的侧压力增加，凸轮运转沉重当 到一定程度，以致F2大于 F1时，无论凸轮给从动件多大的驱动力从动件都不能运动的现象从动件上一点驱动力方向与速度方向所夹锐角自锁 4.3 凸轮机构的传力特性 4.3 凸轮机构的传力特性 许用压力角位置确定后，用作图法作出压力角：假设max ，传力性能良好假设max ，那么通过适当增大基圆半径，或采用 偏置从动件，或用平底从动件等方 法减小maxm

10、ax一般出现的位置推程的起始位置理论轮廓线比较陡的位置从动件最大速度的轮廓附近4.3.2 压力角的影响因素 4.3 凸轮机构的传力特性图示为偏置直动从动件盘形凸轮推程的一个位置。过轮廓接触点B作公法线nn交过点O的导路垂线于点P。该点即为凸轮与从动件的相对速度瞬心，且由此可得直动从动件盘形凸轮机构的压力角计算公式： 从上式可以看出，影响该凸轮机构的因素有：(1)从动件运动规律 在凸轮转速不变时，从动件速度越大，那么压力角越大。 4.3 凸轮机构的传力特性点击图动画演示(2)基圆半径 基圆半径rb越大，那么压力角越小。 4.3 凸轮机构的传力特性(3)偏距 当凸轮逆时针方向转动时，假设将从动件偏

11、置在凸轮轴心的右侧，那么公式分子中e取负号，且e越大。推程压力角越小，回程压力角越大。通常应将从动件放在使推程压力角减小的一侧。 4.3 凸轮机构的传力特性(4) 采用平底从动件 压力角为零 4.3 凸轮机构的传力特性量角器检验压力角动画演示4.3.3 用量角器检验压力角 4.3 凸轮机构的传力特性4.3.4 基圆半径确实定盘形凸轮的最小基圆半径主要受到三个条件的限制： 凸轮的基圆半径应大于凸轮轴的半径 max rT基圆半径确实定方法诺模图法根据凸轮的结构确定 当凸轮与轴分开制造时，当凸轮与轴做成一个凸轮轴时，式中：r 制作凸轮处轴的半径，mm； rn 凸轮轮毂外圆半径，mm，一般； rT滚子

12、半径，mm。若从动件不带滚子，则 。 4.3 凸轮机构的传力特性诺模图法确定基圆半径 根据从动件的运动规律、最大压力角和推程角确定h/rb值，再计算基圆半径rb值. 图中上半圆的标尺代表凸轮的推程角，下半圆标尺代表最大压力角，直径标尺代表从动件运动规律的h/rb值.匀加速匀减速运动 匀 4.3 凸轮机构的传力特性例题 设计一尖顶式直动从动件盘形凸轮机构，要求凸轮推程角t= 175 ，从动件在推程中以匀加速匀减速规律运动，其升程h=18mm，最大压力角max=16 。试确定其凸轮的基圆半径。解根据条件将位于圆周上推程角为175和最大压力角为16 的两点连一直线，如图读取虚线与直径上等加速等减速运

13、动规律标尺的交点得：h/rb=0.6由此计算得最小基圆半径为：rb=h/0.6=18/0.6=30mm。因此机构设计时，基圆半径按30mm选取。匀加速匀减速运动 匀 4.3 凸轮机构的传力特性 4.4 图解法设计凸轮轮廓解析法设计方法图解法（主要介绍）计算复杂 精度高简单直观精度低反转法原理给整个凸轮机构加上一个与凸轮转动的角速度大 小相等、方向相反的角速度，此时凸轮不动，从动件一方面随导路以绕轴转动，另一方面又在导路中按预定的运动规律作往复移动。由于从动件的尖顶始终与凸轮轮廓相接触，其尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线 4.4 图解法设计凸轮轮廓反转法原理4.4.1 尖顶式对心直动从动件盘形凸轮

14、的轮廓设计单击图动画演示轮廓设计演示- 4.4 图解法设计凸轮轮廓4.4.2 滚子式对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计 以理论轮廓上各点为圆心、以滚子半径为半径作一系列滚子圆，再作出的滚子圆的内包络线 。 先绘制理论轮廓 将滚子的中心看作是尖顶从动件的尖顶而绘制的凸轮轮廓曲线 再绘制实际轮廓工作轮廓点击图动画演示 4.4 图解法设计凸轮轮廓4.4.3 偏置尖顶式直动从动件盘形凸轮轮廓设计偏置在凸轮转动方向相反的一侧点击图动画演示 4.4 图解法设计凸轮轮廓偏置滚子式直动从动件盘形凸轮轮廓设计演示点击图动画演示 4.4 图解法设计凸轮轮廓平底直动从动件盘形凸轮轮廓设计演示点击图动画演示 4.4 图解法设计凸轮轮廓 本章小结 本章主要介绍了凸