第4章凸轮机构及其设计

第4章

平面凸轮机构和间歇运动机构第4章平面凸轮机构和间歇运动机构凸轮机构：具有点或线接触的高副机构，只设计出适当的凸轮轮廓，就能使从动件得到任意预定的往复移动或摆动运动规律。间歇运动机构：用于机构中某些构件需要作周期性的运动和停歇的场合。第4章平面凸轮机构和间歇运动机构4.1凸轮机构的应用和分类4.2从动件常用的运动规律4.3按给定的运动规律设计盘形凸轮轮廓4.4凸轮机构尺寸的确定4.5间歇运动机构工程应用内燃机配气凸轮机构等速运动凸轮绕线机双凸轮组合写R字机构圆柱凸轮输送机自动车床凸轮机构4.1凸轮机构的应用和分类4.1凸轮机构的应用和分类312A线绕线机构312A线4.1凸轮机构的应用和分类3皮带轮5卷带轮录音机卷带机构1放音键2摩擦轮413245放音键卷带轮皮带轮摩擦轮录音机卷带机构4.1凸轮机构的应用和分类132送料机构结构：运动特点：连续回转=>往复运动。优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。由机架、凸轮和从动件三个基本构件组成。特点：应用场合：传力不大的场合。●按凸轮形状分：●按从动件的形式分分类：（1）盘形（2）移动（3）圆柱凸轮

端面（3）平底从动件（1）尖顶从动件（2）滚子从动件r1r2r1+r2=constW凹槽凸轮等宽凸轮等径凸轮主回凸轮●按从动件的运动型式分1直动从动件2摆动从动件12刀架o●按保持接触方式分：力封闭（重力、弹簧等）内燃机气门机构机床进给机构几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮)●凸轮机构的运动工作循环（重点）4.2从动件常用的运动规律从动件的运动规律取决于对凸轮机构的工作要求，而由凸轮的轮廓曲线形状予以实现。因此，设计凸轮机构时，首先应当根据工作要求确定从动件的运动规律。ω

,tsT(360o)rb(1)基圆,基圆半径rb(6)行程h(5)近休、近休止角

s(2)推程、推程运动角

(4)回程、回程运动角

(3)远休、远休止角

s

s

s

s

hh

ssav

h刚性冲击：加速度无穷大突变引起的冲击。4.2.1等速运动规律●从动件常用的运动规律+∞-∞特点：有刚性冲击。应用：低速。4.2.2等加等减速运动规律柔性冲击：加速度有限值突变引起的冲击。特点：有柔性冲击应用：中速。shva

前半段行程作等加速运动，后半段行程作等减速运动。（正负加速度绝对值相等）4.2.3余弦加速运动规律

(简谐运动规律)h

s

动点在固定圆周上作匀速运动时，它在这个圆的直径上的投影形成的运动称为简谐运动。sθ

θ4.2.3余弦加速运动规律

(简谐运动规律)h

sav特点：有柔性冲击。应用：中速。

4.2.4正弦加速运动规律

（摆线运动规律）

shsr=h/2πθ

4.2.4正弦加速运动规律

（摆线运动规律）特点：无冲击。应用：高速。

savh

●原理：反转法原理4.3按给定的运动规律设计盘形凸轮轮廓90o60o120o90o

So4.3.1对心尖顶直动从动件盘形凸轮例1：已知凸轮的基圆半径rb、从动件的运动规律，凸轮逆时针转动，绘制该凸轮轮廓曲线。4.3.2对心滚子直动从动件盘形凸轮例2：已知凸轮的基圆半径rb、滚子半径rr和从动件的运动规律，凸轮逆时针转动，绘制该凸轮轮廓曲线。90o60o120o90o

So重要规定：基圆半径在理论廓线上度量。实际轮廓线理论轮廓线dh4.3.3平底直动从动件盘形凸轮（了解、自学）4.3.4摆动从动件盘形凸轮（了解、自学）orbnt4.4.1压力角与基圆半径（重点）4.4凸轮机构尺寸的确定凸轮机构压力角大小是衡量凸轮机构传力特性好坏的一个重要参数。FF’F’’

vFfFQ

F’是推动从动件运动的力，它除了克服作用于从动件上的工作阻力，还需克服导路对从动件的摩擦阻力。摩擦阻力是由F’’引起的。压力角α越大，F’’越大，效率越低，可能诱发自锁。设计时最大压力角αmax不超过许用值[α]。ω

orbn压力角与基圆半径的关系若：rb↑→尺寸增大→

↓，有利于传动。

t

vvBsrbv=vBtanαvB=(rb+s)

4.4.1压力角与基圆半径（重点）4.4凸轮机构尺寸的确定除使机构具有良好的受力状况外，还希望机构结构紧凑。从动件运动规律已知的条件下，凸轮尺寸取决于基圆半径大小。B

ω3.rb的选取原则：（1）在

max不超过许用值的条件下取最小值；（2）rb应大于凸轮轴的半径；（3）应使凸轮的最小曲率半径

min大于0。rr>

a=

+rrrr=

内凹：rr<

a=

-rr外凸：4.4.2滚子半径的选择1.

min

≧rk+3mm；2.若

min过小，则增大rb。ρρaρaρsrb1、画出理论廓线；2、画出基圆；3、画出当前位置从动件的位移s和压力角

；4、画出从当前位置转过1200时从动件的位移s和机构压力角

；5、画出升程h；

s

6、推程角和回程角。

=180°

，

=180°h

1o2o1

【例4-1】4.5间歇运动机构有些机械中，常要求主动构件作连续运动时，机构的某些构件作周期性的运动和停歇，这类输出运动具有停歇特性的机构称为间隙运动机构。例如：自动机床的进给、送料运动、包装机械的送进运动、分度转位运动等。4.5.1棘轮机构组成：棘轮、主动棘爪、止回棘爪和机架工作原理：摆杆往复摆动，棘爪推动棘轮间歇转动优点：结构简单、制造方便、运动可靠、转角可调缺点：工作时有较大的冲击和噪音，运动精度较差AB’B双向棘轮1双向棘轮2双动棘轮机构2双动棘轮机构1牛头刨棘轮机构上述棘轮机构都是齿式棘轮机构，棘轮的转角都是相邻两齿所夹中心角的倍数。如果要采用无级改变，可采用摩擦式棘轮机构。棘轮机构除了常用间歇运动外，还能实现超越运动。例如自行车后轮轴上的棘轮机构。4.5.2槽轮机构槽轮机构由具有圆销的主动拨盘、具有径向槽的从动槽轮及机架组成。