精密机械基础凸轮机构

第7章凸轮机构7-1概述7-2从动件常用运动规律7-3图解法设计平面凸轮轮廓7-4凸轮机构根本尺寸确实定本章重点1.平面凸轮轮廓曲线的设计2.凸轮机构根本尺寸确实定7-1概述一、凸轮机构组成：凸轮、从动件和机架凸轮：是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作连续等速转动。从动件：在凸轮轮廓控制下，按预定运动规律作间歇(或连续)直线往复移动或摆动。特点：从动件可按任意给定规律运动，结构简单、紧凑；凸轮轮廓加工困难，从动件易磨损。

内燃机二、凸轮机构类型按凸轮的形状分1.盘形凸轮a〕绕定轴转动并具有变化半径盘形构件移动凸轮b〕盘形凸轮的回转中心趋于无穷时此时凸轮相对于机架作直线运动2.圆柱凸轮c〕将移动凸轮绕成圆柱体按从动件的形状分1.尖底从动件a〕简单,能与凸轮轮廓所有点接触易磨损,适于低速,传力小场合2.滚子从动件b〕装有可自由转动的滚子摩擦磨损小,转动灵活,应用较多3.平底从动件c〕不能用于内凹轮廓易形成油膜,受力平稳,适于高速7-2从动件常用运动规律回程推程停程盘形凸轮机构凸轮轮廓最小向径rb所作的圆为基圆,rb基圆半径凸轮逆时针等速转动,从动件由基圆上A点起上升,向径渐增的轮廓AB将从动件推到最远点,此过程为推程.

Φ为推程运动角,

h称为行程.凸轮继续转动,轮廓BC向径不变,从动件不动,此过程为停程.

Φs称为远程休止角.凸轮继续转动，向径渐减的轮廓CD使从动件在弹力作用下滑落,此过程为回程.

Φ’称为回程运动角.当基圆DA段与尖底作用时,从动件在距凸轮回转中心最近处停留不动,Φs’为近程休止角.如此往复,从动件进行升-停-降-停的循环。从动件运动规律是从动件在整个工作循环中,运动参数(位移,速度和加速度)随凸轮转角

变化的规律。从动件的运动规律与一定的凸轮轮廓形状相对应。一.等速运动规律从动件作等速运动,其位移图为过原点的斜线A,B,C点速度换向突变,加速度无穷大,刚性冲击,适于低速场合二.等加速等减速运动规律等加速AB段从动件作等加速等减速运动,设加速段和减速段时间相等等减速BC段B,D处加速度有限变化,柔性冲击,适用于中、低速凸轮机构三.简谐运动规律简谐运动:质点在圆周上作匀速运动时,它在此圆的直径方向上投影所构成的运动.在运动始末点(A,E点)，加速度有变化－柔性冲击,只适于中速；当从动件作无停程的连续升-降循环运动时,加速度曲线连续,无冲击,可用于高速凸轮机构。h7-3图解法设计平面凸轮轮廓：从动件的运动规律凸轮的基圆半径方法：反转法原理：设想凸轮固定不动，从动件一方面随导路绕凸轮轴心反方向转动，同时又按给定的运动规律在导路中作相对运动，从动件尖底的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。12345678Arb60°90°90°120°-ωωs

1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’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。原那么是：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。1.对心直动尖顶推杆盘形凸轮轮廓

60°120°90°90°1’3’5’7’8’91113159’11’13’12’14’1876543214131211109rb60°90°90°120°-ωω1’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’凸轮的基圆半径rb,角速度ω，推杆运动规律及滚子半径rr,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。原那么是：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)。2.对心直动滚子推杆盘形凸轮轮廓s

60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’理论轮廓实际轮廓1876543214131211109eA-ωωO凸轮的基圆半径rb，角速度ω和推杆的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。3.偏置直动尖顶推杆盘形凸轮轮廓s

60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’12345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k151’2’3’4’5’6’7’8’15’14’13’12’11’10’9’rb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a，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。4.摆动尖顶推杆盘形凸轮轮廓A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B8120°60°90°B’1ψ1B’2ψ2B’3ψ3B’4ψ4B’5ψ5B’6ψ6B’7ψ7ω-ωrbABlaψ

60°120°90°90°1’2’3’4’123456785’7’6’8’7-4凸轮机构根本尺寸确实定一、凸轮机构压力角确实定压力角α:不考虑摩擦时,凸轮对从动件的正压力(沿n-n方向)与从动件上力作用点的速度方向所夹的锐角。压力角α越小，推动从动件的有效分力越大，机构受力情况越好，效率越高。考虑摩擦时,凸轮对从动件的推力F与n-n夹角(摩擦角)。压力角,基圆半径,滚子半径

考虑一般情形推导计算有

三个方程三个未知数求解得为改善凸轮受力情况，结构允许条件下，尽可能导轨长度lb和悬臂尺寸la。假设其它条件不变，，那么推力F。lim机构自锁，许用压力角[]lim工作行程:移动从动件[]30,摆动从动件[]45回程:[]70~80改善受力，提高机构效率max[]二、基圆半径确实定凸轮基圆半径rb和压力角有关

设轮廓曲线K点处凸轮与从动件的线速度分别为vK1,vK2,从动件对凸轮的相对速度为vK21=vK2-vK1可知：rb↑→

↓；rb↓→

↑

假设对机构尺寸无限制,rb可取大些,改善受力。rb≥(0.8-1)dZ,dZ为凸轮安装处轴径直径。三、滚子半径确实定(对实际轮廓曲线有很大影响)滚子半径rr、实际廓线曲率半径c、理论廓线曲率半径对于内凹的理论轮廓曲线不管滚子半径多大，实际轮廓曲线总可以作出来。对于外凸的理论轮廓曲线1.rr<,那么c=-rr>0，实际轮廓曲线可以作出。

2.rr=、c=0，实际轮廓曲线出现一尖点，易磨损。c〕图3.rr>、c<0，产生交叉的实际轮廓曲线，得不到完整的轮廓曲线，从动件运动将会失真。d〕图结论滚子半径rr必须小于凸轮理论轮廓线外凸局部的最小曲率半径可根据经验公式选取：

本章难点－凸轮轮廓线设计的反转法原理正确确定从动件在反转运动中的位置对心直动