机械设计基础 第三章 凸轮机构设

第三章凸轮机构设计§3—1凸轮机构的应用和类型

§3—2从动件常用的运动规律§3—3图解法设计凸轮轮廓曲线§3—4设计凸轮机构应注意的问题本章要点§3-1凸轮机构的应用和分类1、凸轮机构的应用2、凸轮机构的分类1132e1、凸轮机构的应用凸轮机构组成1132e1132e1132e1132e132e132e132e132e132e132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh132eh3机架2从动件eh1凸轮高副eh凸轮机构——由凸轮，从动件和机架构成的三杆高副机构。eh凸轮机构的应用内燃机气门凸轮机构配气机构机床进给机构12刀架o例1例2例3例4例52、凸轮机构的分类按凸轮的形状分类盘形凸轮：最基本的形式，结构简单，应用最为广泛移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动圆柱凸轮：空间凸轮机构盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮按从动件的形状分类尖端从动件曲面从动件尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。磨损比尖端从动件小。

滚子从动件

平底从动件凸轮与从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可用于传递较大的动力。从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力平稳，传动效率高，常用于高速场合。但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸。按从动件的运动形式分类移动从动件摆动从动件移动从动件：从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线；摆动从动件：从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。§3—2从动件常用的运动规律1、基圆：一、基本概念2、偏距e：从动件导路偏离凸轮回转中心的距离。wOrminwrminOe凸轮理论轮廓上最小向径为半径所画的圆。3、推程：4、升程：从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的运动规律由离回转中心最近位置A到达最远位置B的过程。从动件在推程中所走过的距离h。5、推程运动角：6、远休止角：δt

=∠AOB（升程角）与推程相应的凸轮转角δt。δS=

∠BOC从动件在最远位置停止不动所对应的凸轮转角δs。wAB'rminOBCDδtδsh9、近休止角：8、回程运动角：δh=∠CODδs'=∠AOD7、回程：从动件在弹簧力或重力作用下，，以一定的运动规律回到起始位置的过程。与回程相应的凸轮转角δh。从动件在最近位置停止不动所对应的凸轮转角δs'。δhδs'wAB'rminOBCDδtδsh以纵坐标代表从动件位移s2

，横坐标代表凸轮转角δ1或t，所画出的位移与转角之间的关系曲线。10、从动件位移线图：上升—停—降—停tδ1s2ABCDh2pδhδs'δtδsAδhδs'wAB'rminOBCDδtδsh从动件位移线图决定于凸轮轮廓曲线的形状。1、推程：2、升程：3、推程运动角：4、远休止角：7、近休止角：6、回程运动角：5、回程：AB偏置尖顶直动从动件盘形凸轮δtδsδhδs'wAB'OBCDhCDhδtδsδhδs'理论廓线、工作廓线基圆半径指的是理论廓线上的最小向径.工理升—停—回—停型(RDRD)升—回—停型(RRD)升—停—回型(RDR)升—回型(RR)运动循环的类型S()S()S()S()一、等速运动规律：从动件运动的速度为常数

(直线位移运动规律、一次多项式运动规律)S2d1d0HV2d1d0a2d1Hwd0∞∞d0特点：设计简单、匀速进给、amax

最小。始点、末点有刚性冲击。适于低速、轻载、从动杆质量不大，以及要求匀速的情况。v2=Hw/d0二、等加速等减速运动规律:从动件在前半程或回程（h/2）中作等加速运动，后半推程或回程（h/2）中作等减速运动(抛物线位移运动规律、二次多项式运动规律)S2d1d0HV2d1d0a2d12Hwd0d04Hw2d02d0H特点:amax最小→惯性力小。起、中、末点有软性冲击.适于中速、轻载.S2d1a2max=4Hw2/d02V2max=2Hw/d0a2d1三、余弦加速度运动规律

(简谐运动位移运动规律)d0H01234567812345678S2d1V2d1012345678d0pHw2d0012345678p2Hw22d020123456特点:

加速度变化连续平缓.

始、末点有软性冲击.适于中速、中载.01234

5678d078a2max=p2Hw2/2d02V2max=pHw/2d0a2d1d02pHw2d02012467801234

56783四、正弦加速度运动规律

V2d12Hwd00123468d001234

5678557Hp特点：加速度变化连续.

amax

最大.

对加工误差敏感.适于高速、轻载.

(摆线投影位移运动规律)d012345678d1H123456S2700ad五、几种常用运动规律的比较H等速余弦d0等加正弦等速的amax最小,省力.正弦的amax

最大.a等速的Vmax最小,安全.d0等加的amax最小，惯性小.等速的a→∞.正弦的a

连续.(动量mVmax最小,SdVd即冲力F=mV/t最小.)6.多项式运动规律

S=C0+C1d+C2d2+C3d3+¨¨+Cndn

.六、常用运动规律的选择

1.没有任何要求、轻载、2.低速、轻载，要求等速、adad小行程、手动,可用圆弧或偏心圆.等位移,3.中低速、中轻载,可用等加减速或余弦加速度运动规律.可用等速运动规律.4.较高速、轻载,可用正弦加速度运动规律.5.组合型.小结：等速运动规律：有刚性冲击低速轻载等加速等减速运动：柔性冲击中速轻载余弦加速度运动规律：柔性冲击中低速重载正弦加速度运动规律：无冲击中高速轻载五次多项式运动规律：无冲击高速中载运动规律运动特性适用场合凸轮设计的基本原理采用的是“反转法”，即凸轮轮廓设计中，是认为凸轮静止不动，从动件相对于凸轮轴心做反方向（反转）运动，并令从动件相对其导路按给定的运动规律运动。§3-3凸轮廓线曲线的设计一、对心尖顶移动从动杆例:已知R0、H、w的方向、从动杆运动规律和凸轮相应转角

凸轮转角从动杆运动规律

0～180

等速上升H180

～210

上停程210

～300

等速下降H300

～360

下停程解:1.以mS

=¨¨作位移曲线.Sd03600180021003000H123456789102.以同样的mS

作凸轮廓线w01234567891012345678Ar060°90°90°120°-ωωsδ1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’对心直动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rb，角速度ω和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rb。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。60°120°90°90°1’3’5’7’8’91113159’11’13’12’14’1876543214131211109rbr060°90°90°120°-ωω1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’对心直动滚子推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rb，角速度ω和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺μl作基圆rb。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件滚子中心在各等份点的位置。④将各中心点连接成一条光滑曲线。A⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线(中心轨迹的等距曲线)。二、对心直动滚子推杆盘形凸轮sδ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’理论轮廓实际轮廓1876543214131211109rb对心直动平底推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rb，角速度ω和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺μl作基圆rb。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。④作平底直线族的内包络线。三、对心直动平底推杆盘形凸轮123456788’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’1514131211109sδ60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’rb四、偏置尖顶移动从动杆例.已知:R0、H、e、w的方向、凸轮转角从动杆运动规律

0～180

等速上升H180

～210

上停程210

～300

等速下降H300

～360

下停程解:1.以mS

=¨¨作位移曲线.2.以同样的mS

作凸轮廓线w012345678910从动杆运动规律和凸轮相应转角:Sd03600180021003000H12345678910摆动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rb，角速度ω，摆动推杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。五、摆动尖顶推杆盘形凸轮机构A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B8120°60°90°B’1φ1B’2φ2B’3φ3B’4φ4B’5φ5B’6φ6B’7φ7ω-ωrbABldφδ60°120°90°90°1’2’3’4’123456785’7’6’8’一、压力角与作用力的关系压力角:从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角。凸轮机构的压力角：接触点法线与从动件上作用点速度方向所夹的锐角。CBS2eOvrminw1213αnnFP§3—4设计凸轮机构应注意的问题力F

分解为沿从动件运动方向的有用分力F'

和使从动件紧压导路的有害分力F"

。1、F'一定时，压力角α越大

，有害分力

F"越大，机构的效率越低。

上式表明：2、自锁：当α增