第7章-凸轮机构及其设计

2023/11/24凸轮机构及其设计2023/11/24

凸轮机构的应用及分类从动件的运动规律凸轮轮廓曲线的设计凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构及其设计2023/11/24凸轮机构及其设计

凸轮机构的应用及分类

从动件的运动规律凸轮轮廓曲线的设计凸轮机构基本尺寸的确定2023/11/24凸轮机构的应用2023/11/24凸轮机构的应用2023/11/24凸轮机构的应用凸轮式活塞发动机(反凸轮机构)2023/11/24凸轮机构的应用及分类一、凸轮机构的组成凸轮机构就是由凸轮、推杆、和机架三个主要构件所组成的高副机构。凸轮：是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮推杆机架凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。推杆：被凸轮直接推动的构件称为推杆。（在凸轮机构中多为从动件故又称从动件）2023/11/24凸轮机构的应用及分类二、凸轮机构的特点构件数少，结构紧凑，容易实现给定的运动规律。1）点、线接触（高副），易磨损；因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。优点：缺点：2）行程不大2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类1.按凸轮形状分①盘形凸轮：研究基础 其余形式为其演变2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类1.按凸轮形状分①盘形凸轮：研究基础 其余形式为其演变2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类1.按凸轮形状分①盘形凸轮：②移动凸轮：研究基础 其余形式为其演变可看作转动中心无穷远的盘形凸轮2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类1.按凸轮形状分①盘形凸轮：②移动凸轮：研究基础 其余形式为其演变可看作转动中心无穷远的盘形凸轮2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类1.按凸轮形状分①盘形凸轮：②移动凸轮：③圆柱凸轮：研究基础 其余形式为其演变可看作转动中心无穷远的盘形凸轮可看作将移动凸轮卷与圆柱体上接触位置位于圆柱端面或圆柱面2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类1.按凸轮形状分①盘形凸轮：②移动凸轮：③圆柱凸轮：研究基础 其余形式为其演变可看作转动中心无穷远的盘形凸轮可看作将移动凸轮卷与圆柱体上接触位置位于圆柱端面或圆柱面2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类1.按凸轮形状分①盘形凸轮：②移动凸轮：③圆柱凸轮：研究基础 其余形式为其演变可看作转动中心无穷远的盘形凸轮可看作将移动凸轮卷与圆柱体上④

圆锥凸轮：接触位置位于圆柱端面或圆柱面在包装、印刷及自动机械中均得到了广泛的运用从动件导路与凸轮回转轴线成适当的倾角2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类2.按推杆形状分①尖顶推杆：构造简单，但易磨损，适用于作用力较小且低速的场合，如仪表2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类2.按推杆形状分①尖顶推杆：②滚子推杆：推杆与凸轮之间为滚动接触，摩擦磨损小，可用来传递较大动力。在滚子与推杆之间加装轴承。构造简单，但易磨损，适用于作用力较小且低速的场合，如仪表2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类2.按推杆形状分①尖顶推杆：②滚子推杆：③平底推杆：效率高，易润滑（可以引申为流体动压润滑）压力角始终为0°，常用于高速传动中推杆与凸轮之间为滚动接触，摩擦磨损小，可用来传递较大动力。在滚子与推杆之间加装轴承。构造简单，但易磨损，适用于作用力较小且低速的场合，如仪表2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类2.按推杆形状分①尖顶推杆：3.按凸轮与推杆保持接触的方法②滚子推杆：③平底推杆：①力封闭凸轮结构：弹簧力、重力效率高，易润滑（可以引申为流体动压润滑）压力角始终为0°，常用于高速传动中推杆与凸轮之间为滚动接触，摩擦磨损小，可用来传递较大动力。在滚子与推杆之间加装轴承。构造简单，但易磨损，适用于作用力较小且低速的场合，如仪表2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类2.按推杆形状分①尖顶推杆：3.按凸轮与推杆保持接触的方法②滚子推杆：③平底推杆：构造简单，但易磨损，适用于作用力较小且低速的场合，如仪表推杆与凸轮之间为滚动接触，摩擦磨损小，可用来传递较大动力。在滚子与推杆之间加装轴承。效率高，易润滑（可以引申为流体动压润滑）压力角始终为0°，常用于高速传动中②几何封闭凸轮机构：①力封闭凸轮结构：弹簧力、重力2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类2.按推杆形状分①尖顶推杆：3.按凸轮与推杆保持接触的方法②滚子推杆：③平底推杆：构造简单，但易磨损，适用于作用力较小且低速的场合，如仪表推杆与凸轮之间为滚动接触，摩擦磨损小，可用来传递较大动力。在滚子与推杆之间加装轴承。效率高，易润滑（可以引申为流体动压润滑）压力角始终为0°，常用于高速传动中②几何封闭凸轮机构：等宽凸轮机构①力封闭凸轮结构：弹簧力、重力2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类2.按推杆形状分①尖顶推杆：3.按凸轮与推杆保持接触的方法共轭凸轮②滚子推杆：③平底推杆：构造简单，但易磨损，适用于作用力较小且低速的场合，如仪表推杆与凸轮之间为滚动接触，摩擦磨损小，可用来传递较大动力。在滚子与推杆之间加装轴承。效率高，易润滑（可以引申为流体动压润滑）压力角始终为0°，常用于高速传动中②几何封闭凸轮机构：等宽凸轮机构①力封闭凸轮结构：弹簧力、重力2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类2.按推杆形状分①尖顶推杆：3.按凸轮与推杆保持接触的方法共轭凸轮②滚子推杆：③平底推杆：构造简单，但易磨损，适用于作用力较小且低速的场合，如仪表推杆与凸轮之间为滚动接触，摩擦磨损小，可用来传递较大动力。在滚子与推杆之间加装轴承。效率高，易润滑（可以引申为流体动压润滑）压力角始终为0°，常用于高速传动中②几何封闭凸轮机构：等宽凸轮机构①力封闭凸轮结构：弹簧力、重力2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类4.按推杆的运动形式分①直动推杆2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类4.按推杆的运动形式分①直动推杆②摆动推杆2023/11/24凸轮机构的应用及分类三、凸轮机构的分类4.按推杆的运动形式分①直动推杆②摆动推杆另外：偏置凸轮对心凸轮2023/11/24凸轮机构的应用及分类2023/11/24凸轮机构的应用及分类2023/11/24凸轮机构及其设计

凸轮机构的应用及分类从动件的运动规律凸轮轮廓曲线的设计凸轮机构基本尺寸的确定2023/11/24推杆的运动规律行程：推杆在推程或回程中移动的距离h称为推杆的行程。对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构基圆：以回转中心O为圆心，凸轮最小半径r0，所做的圆。r0称为基圆半径。凸轮轮廓：AB、BC、CD、DA四段曲线，分别对应：AB段：推程、推程运动角δ0BC段：远休止、远休止角δ01CD段：回程、回程角δˊ0DA段：近休止、近休止角δˊ02s＝s(t)＝s(δ)v＝v(t)＝v(δ)a＝a(t)＝a(δ)推杆运动规律：2023/11/24推杆的运动规律一、推杆常用的运动规律1.多项式运动规律2023/11/24推杆的运动规律一、推杆常用的运动规律1.多项式运动规律—一次多项式边界条件为：始点位置：δ=0，s=0；终点位置：δ=δ0，s=h可得：C0=0，C1=h/δ0，因此可得：推杆做等速运动，又称为等速运动规律。设凸轮以等角速度转动，推程运动角为δ0，推程为h特点：有速度突变，对应点的加速度为无穷大，惯性力也将无穷大，会产生极大的冲击，这种冲击称为刚性冲击。2023/11/24推杆的运动规律一、推杆常用的运动规律1.多项式运动规律—二次多项式加速段的边界条件：（0≤δ≤δ0/2）始点位置：δ=0，s=0，v=0；终点位置：δ=δ0/2，s=h/2可得：C0=1，C1=0，C2=2h/δ02由上式可知，此时推杆的加速度为常数。在推杆从0运动至h的过程中，速度应该是从零增大再变为零，因此推程应分为两个阶段：等加速阶段和等减速阶段。2023/11/24推杆的运动规律一、推杆常用的运动规律1.多项式运动规律—二次多项式减速段的边界条件：（δ0/2≤δ≤δ0）始点位置：δ=δ0/2，s=h/2终点位置：δ=δ0，s=h，v=0。可得：C0=-h，C1=4h/δ0，C2=-2h/δ02由加速度曲线可知，在A、B、C三点加速度有突变，则存在冲击，但因为变化为有限制，因此引起的冲击也是有限的，这种冲击称为柔性冲击。2023/11/24推杆的运动规律一、推杆常用的运动规律1.多项式运动规律—五次多项式当采用五次多项式运动规律是，其表达式为由图可知，此运动规律既无刚性冲击也无柔性冲击。

多项式次数越高，设计计算越复杂，对凸轮加工精度的要求也越高。其运动线图如右图所示2023/11/24推杆的运动规律一、推杆常用的运动规律2.三角函数运动规律—余弦加速度运动规律∵

θ：0~πδ：0~δ0θ/δ=π/δ0∴

θ=πδ/δ0可得推杆运动规律为：特点：将加速度曲线延长，如果不停升降，则无冲击如果有停顿，则有冲击2023/11/24推杆的运动规律一、推杆常用的运动规律2.三角函数运动规律—正弦加速度运动规律这种规律没有加速度突变，则即不存在刚性冲击，又不存在柔性冲击，适用高速轻载。2023/11/24推杆的运动规律一、推杆常用的运动规律3.组合运动规律组合原则

要保证在衔接点上运动参数保持连

续；在运动的始末处满足边界条件。除以上几种常用的运动规律外，还可很多，或根据工作性能要求，将几种运动规律组合使用，以改善推杆的运动和动力特性。2023/11/24推杆的运动规律二、推杆运动规律的选择1）机器的工作过程只要求凸轮转过角度δ0时，推杆完成一个行程h或角行程Φ，而对其运动规律并未作严格要求。在此情况下，可考虑采用圆弧、直线或其他简单曲线为凸轮廓线。2023/11/24推杆的运动规律二、推杆运动规律的选择1）机器的工作过程只要求凸轮转过角度δ0时，推杆完成一个行程h或角行程Φ，而对其运动规律并未作严格要求。在此情况下，可考虑采用圆弧、直线或其他简单曲线为凸轮廓线。2）机器的工作过程对推杆的运动规律有完全确定的要求。此时只能根据工作所需要的运动规律来设计。4）对于速度较高的凸轮机构，还应考虑该种运动规律的速度最大值vmax、加速度最大值amax和跃度的最大值jmax等。3）某些机械并无确定运动规律要求，但为了其性能的优化，设计者应该考虑对其运动规律进行优化，使其速度突变和加速度突变在一定范围，控制工作中的冲击。

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凸轮机构的应用及分类

从动件的运动规律

凸轮轮廓曲线的设计凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构及其设计2023/11/24凸轮轮廓曲线的设计

凸轮机构的设计，我们首先根据工作要求和结构条件，选定了凸轮机构的形式，确定了推杆运动规律，确定凸轮的转向，在这之后，就可以对凸轮轮廓曲线进行设计了。方法：作图法、解析法凸轮轮廓曲线设计所依据的基本原理是反转法原理。2023/11/24凸轮轮廓曲线的设计一、直动推杆凸轮轮廓曲线设计—尖顶推杆已知：推杆的位移曲线图凸轮基圆半径r0偏心距e左偏置凸轮顺时针转动ω=C2023/11/24凸轮轮廓曲线的设计一、直动推杆凸轮轮廓曲线设计—滚子推杆2023/11/24凸轮轮廓曲线的设计一、直动推杆凸轮轮廓曲线设计—平底推杆2023/11/24凸轮轮廓曲线的设计二、摆动推杆凸轮轮廓曲线设计2023/11/24凸轮轮廓曲线的设计二、摆动推杆凸轮轮廓曲线设计已知：推杆的转角曲线图机架长度AO摆动推杆长度AB凸轮基圆半径r0凸轮逆时针转动ω=C2023/11/24凸轮轮廓曲线的设计三、圆柱凸轮轮廓曲线设计1.直动推杆2023/11/24凸轮轮廓曲线的设计2.摆动推杆三、圆柱凸轮轮廓曲线设计2023/11/24凸轮机构及其设计

凸轮机构的应用及分类

从动件的运动规律凸轮轮廓曲线的设计

凸轮机构基本尺寸的确定2023/11/24凸轮机构基本尺寸的确定根据凸轮机构在该位置时的平衡条件，可知：ΣFx=0、ΣFy=0和ΣMB=0一、凸轮机构的作用力与压力角将以上三式消去FR1和FR2，可得：凸轮机构压力角为一重要参数，α随凸轮轮廓变化，由公式可知：α↑

F↑凸轮机构发生自锁时，压力角称为临界压力角αC2023/11/24凸轮机构基本尺寸的确定

理论上讲，凸轮设计需使最大压力角αmax≤αC，保证凸轮机构的正常运转。同时，由公式可知，增大导轨长度l，减小悬臂长度b，可以使临界压力角αC数值增大。一、凸轮机构的作用力与压力角

实际情况中，为了提高机械的效率、改善受力情况，通常给定一个远小于临界压力角αC的数值作为凸轮机构的许用压力角[α]，使得α≤[α]。

在保证受力的情况下，推程时压力角：

直动推杆： [α]=30°

摆动推杆： [α]=35°~45°

回

程： [α]ˊ=70°~80°2023/11/24凸轮机构基本尺寸的确定二、凸轮基圆半径的确定又