机械设计基础 教学课件 作者 李立机械设计基础(5-8) 第7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：教学目标重点难点教学内容小结作业第七章 凸轮机构教学目标教学目标：1熟悉凸轮机构的类型和应用；2掌握凸轮机构从动件的常见运动特征曲线；3具有绘制简单凸轮机构的能力。7.1凸轮机构的类型及应用 7.2凸轮机构的特性分析 7.3凸轮轮廓曲线的设计 教学内容重点：凸轮机构的运动特性。难点：凸轮机构的设计。重点难点7.1凸轮机构的类型及应用 凸轮机构的类型及应用 7.1.1 凸轮机构的特点和应用 凸轮机构是一种常用的机构，它主要是由凸轮、从动件和机架三局部所组成。由于凸轮与从动件组成的是高副

2、，所以它属于高副机构。凸轮机构能将凸轮的连续转动或移动转换为从动件的移动或摆动。 与连杆机构相比，凸轮机构的主要优点是：只要正确地设计凸轮轮廓曲线，就能使从动件实现任意给定的运动规律，且结构简单、紧凑，工作可靠，易于设计。缺点是：由于凸轮机构属于高副机构，故凸轮与从动件之间为点或线接触，不便润滑，易于磨损。因此凸轮机构多用于传力不大的控制机构和调节机构。下面通过实例来说明。 1凸轮；2气阀 1圆柱凸轮；2从动件图7-1 内燃机的配气机构 图7-2 送料机构凸轮机构的类型及应用 7.1.2 凸轮机构的类型 1按凸轮的形状分类1盘形凸轮。如图7-1所示。2圆柱凸轮。如图7-2所示。3移动凸轮。如图

3、7-3所示。 1凸轮；2从动件 图7-3 自动进刀机构凸轮机构的类型及应用 2按从动件的端部结构分类1尖顶从动件。如图7-4a、d所示的为尖顶从动件。 2滚子从动件。如图7-4b、e所示的为滚子从动件3平底从动件。如图7-4c、f所示的为平底从动件。 图7-4 从动件类型 凸轮机构的类型及应用 3按从动件的运动方式分类 1移动从动件。从动件相对于导路作直线移动。假设导路中心线恰好通过凸轮回转中心，那么称为对心移动从动件，如图7-5a；假设导路中心线与回转中心有一个偏心距e，那么称为偏置移动从动件，如图7-5b。 2摆动从动件。从动件相对于机架作摆动，如图7-4d、e、f。4按凸轮与从动件保持接

4、触的方式分类 1力锁合。依靠重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮保持接触称为力锁合。图7-1所示内燃机配气机构是靠弹簧力使从动件与凸轮保持接触的。 2形锁合。依靠一定几何形状使从动件与凸轮保持接触称为形锁合，如图7-6所示。 凸轮机构的类型及应用 图7-5 对心与偏置直动从动件盘形 图7-6形锁合 凸轮机构返回凸轮机构的类型及应用 7.2凸轮机构的特性分析 凸轮机构的特性分析 凸轮机构的从动件运动规律与凸轮轮廓曲线形状密切相关。进行凸轮机构的运动分析目的在于分析从动件的运动规律，即从动件的位移、速度和加速度。 1凸轮机构的运动过程 图7-7 凸轮机构运动过程 凸轮机构的运动分析 由此可知，凸轮

5、转过一周，从动件的运动过程是：升-停-降-停，此运动过程称为一个运动循环。须注意的是：一个运动循环中不一定都有以上四个运动过程，但至少都有升程和回程两个运动过程 凸轮机构的特性分析 2从动件的运动规律从动件的运动规律是指从动件位移、速度和加速度或角位移、角速度和角加速度随时间或凸轮转角的变化规律。如果是用数学函数方程来表示从动件的运动规律，这种方程称为从动件的运动方程。由于凸轮以等角速度作等速转动， 因此在凸轮运动的任意瞬时，凸轮的转角与转动时间t成线性关系，即=t。 对于直动从动件来说，存在着如下的函数关系： s =s() v=v() a=a() 凸轮机构的特性分析 1. 等速运动规律当凸轮

6、作等速转动时，假设从动件在推程或回程的速度为一常数，那么这种运动规律称为等速运动规律。下面仅介绍从动件在推程中的运动方程，设推程角为0，升程为h，那么从动件在推程中的运动方程为推导从略 7-1 7.2.2 凸轮机构的常见运动分析凸轮机构的特性分析 图7-8 等速运动规律凸轮机构的特性分析 2. 等加速等减速运动规律 所谓等加速等减速运动规律，是指从动件在一个升程或回程h中，前半段作等加速运动，后半段作等减速运动。假设加速段、减速段的时间相等，那么两段加速度的绝对值也相等。 图7-9 等加速等减速运动规律凸轮机构的特性分析 3简谐运动规律又称余弦加速度运动规律一个质点在圆周上作匀速运动时，它在该

7、圆直径上的投影所构成的运动称为简谐运动。 图7-10 简谐运动规律返回凸轮机构的特性分析 7.3凸轮轮廓曲线的设计 凸轮轮廓曲线的设计 根据凸轮机构工作要求和载荷情况等，合理地选择从动件运动规律后，就可按从动件的运动规律和其他附加条件绘制凸轮轮廓曲线。对于精度要求不高的凸轮，一般采用图解法，其特点是简便、直观。对于精度要求高的凸轮机构，应采用解析法。此处只介绍图解法。 图7-11a所示的对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构中，当凸轮以等速逆时针方向转动时，推动从动件在导路中作上下往返移动。当凸轮转过角时，从动件上升位移为S，如图7-11b。由于凸轮作匀速转动，为了在图纸上画出静止的凸轮轮廓，常采用反

8、转法。7.3.1 反转法原理 图7-11 凸轮轮廓曲线绘制原理凸轮轮廓曲线的设计 1对心移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制 7.3.2 作图法设计凸轮轮廓曲线图7-12 对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓的绘制凸轮轮廓曲线的设计 1选取适当的长度比例尺lmm/mm和角度比例尺/mm，作出从动件的位移线图，如图7-12b。将横坐标上的推程角和回程角分成假设干等份，过这些等分点，分别作轴的垂线，这些垂线与位移曲线相交得到线段11、22、33、等，这些线段分别表示从动件相应位置时的位移量。 2取相同的长度比例尺lmm/mm，以O为圆心，rb为半径作出基圆，并定出从动件的初始位置A0点如图7-12a。 3从

9、OA0开始，沿-方向在基圆上依次量取凸轮各转角0、s、0、s，再将推程角0、回程角0分成与位移线图相同的等份，得到A1、A2、A3、等各点，联接OA0、OA1、OA2、等线，其延长线即为各瞬时从动件相对凸轮的位置线。 凸轮轮廓曲线的设计 4在OA1、OA2、OA3、等延长线上分别截取线段A1A1=11、A2A2=22、A3A3=33、等，得到A1、A2、A3、等各点，这些点就是机构反转后从动件尖顶的一系列位置点。 5将A0、A1、A2、等各点用一条光滑曲线连接，此曲线就是所求的凸轮轮廓曲线其中s、s所对应的曲线是以O为圆心的圆弧线。凸轮轮廓曲线的设计 图7-13对心滚子移动从动件盘形凸轮轮廓的

10、绘制凸轮轮廓曲线的设计 图7-14平底从动件盘形凸轮轮廓的绘制凸轮轮廓曲线的设计 2偏置尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制图7-15 偏置尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制 凸轮轮廓曲线的设计 1选取适当的长度比例尺lmm/mm，以凸轮回转中心O为圆心，以偏心距e为半径作出辅助圆。同理，以rb为半径作出基圆。 2过辅助圆上B0点作该辅助圆的切线，该切线即为从动件导路中心线的位置线。该位置线与基圆相交于A0点，点A0即是从动件的初始位置，如图7-15a。 3连接O A0。从O A0开始，沿-方向在基圆上依次量取凸轮各转角0、s、0、s，再将推程角0、回程角0分成与位移线图相同的等份，得到A1

11、、A2、A3、等各点。 凸轮轮廓曲线的设计 4由以上A1、A2、A3、等各点分别作辅助圆的切线，这些切线分别是机构反转过程中从动件导路中心线的位置线。 5在各位置线上分别截取从动件的位移量，如图7-15b，即A1A1=11、A2A2=22、A3A3=33、等，得到A1、A2、A3、等各点。 6将A0、A1、A2、 等各点连接成一条光滑曲线图示粗实线，此曲线就是所求的凸轮轮廓曲线。凸轮轮廓曲线的设计 3尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 凸轮转动中心O到从动件摆动中心A的距离LOA、摆动从动件的长度L、凸轮等速顺时针转动、基圆半径rb、从动件摆角随凸轮转角变化的位移线图等，绘制其凸轮轮廓曲线。图7

12、-16 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制凸轮轮廓曲线的设计 设计凸轮机构时，不但要保证从动件准确地实现预定的运动规律，同时还要求凸轮机构结构紧凑，传力性能好等。为此，在设计时应注意以下几个问题。 1滚子半径的选择 通常取 rT0.8 7-5 a r b= r c rs。 3为了防止从动件运动失真，必须使凸轮实际轮廓曲线的最小曲率半径min大于零，通常规定min 15 mm 。 一般来说，凸轮的基圆半径可先按下面经验公式来初选，然后根据上述第1和3条件来进行校核，直至满足上述三个条件为止。 rb=1.62.0rs 7-8 式中：rs凸轮轴的半径，mm。 凸轮轮廓曲线的设计 返回 1凸轮机构的组成、特点与类型。 2从动件的常用运动规律：等速运动、等加速等减速和简谐运动规律等。 3采用反转法，绘制几种常见的凸轮轮廓。 4凸轮机构主要尺寸确实定：1为了防止从动件运动失真，应使滚子半径rT0.8，并且还要满足滚子强度和结构上的要求；2平底从动件的长度L=2L