凸轮机构轮廓曲线设计济南职业课件

《机械设计基础》课程凸轮机构轮廓曲线设计主讲人：陈恒超济南职业学院目

录content01凸轮廓线设计的基本原理02用作图法设计凸轮轮廓曲线济南职业学院如果已经根据使用要求和结构条件确定了凸轮机构的型式、基圆半径等基本尺寸，那么，在选定了从动件运动规律和凸轮的转向之后，即可进行凸轮轮廓曲线的设计了。凸轮轮廓曲线的设计方法有图解法和解析法两种。无论是采用图解法还是解析法设计凸轮轮廓曲线，其所依据的基本原理都是相同的。图解法简单易行、直观，可以直观地反映设计思想、原理，但作图误差较大，对精度要求较高的凸轮，如高速凸轮、靠模凸轮等，难以获得凸轮轮廓曲线上各点的精确坐标，所以按图解法所得轮廓数据加工出来的凸轮只能应用于低速或不重要的场合。对于高速凸轮或精确度要求较高的凸轮，必须采用解析法，列出凸轮轮廓曲线的方程式，借助于计算机辅助设计精确地设计凸轮轮廓曲线，获得刀具运动轨迹上各点的坐标值。其加工也容易采用先进的加工方法，如线切割机、数控铣床或数控磨床来加工。设计凸轮廓线的基本原理是"反转法"。如图3.12所示的对心式尖顶从动件盘形凸轮机构中，当凸轮以等角速度ω绕轴О转动时，从动件在凸轮廓线的推动下上下移动。现设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度-ω，使其绕轴心О转动。显然，这样并不会改变凸轮与从动件之间的相对运动，但此时凸轮静止不动，从动件一方面随导路以角速度–ω绕轴心О转动，一方面又在导轨内作预期的往复移动。由于从动件的尖顶始终与凸轮廓线接触，所以从动件在这种复合运动中，其尖顶的运动轨迹就是凸轮廓线，这一原理称为反转原理。一、凸轮廓线设计的基本原理图3.12反转法原理在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而使从动件相对于凸轮作反转运动；同时又在其导路内作预期运动，作出从动件在这种复合运动中的一系列位置，其尖顶的轨迹就是要求的凸轮廓线。这就是凸轮廓线设计的基本原理，称之为反转法。一、凸轮廓线设计的基本原理图3.12反转法原理设计凸轮廓线的基本原理是"反转法"。若已知凸轮的基圆半径rb=25mm，凸轮以等角速度ω逆时针方向回转。从动件的运动规律如表3.2所示。表3.2

从动件的运动规律二、用作图法设计凸轮轮廓曲线

1.对心式尖顶从动件盘形凸轮机构(1)选取适当的比例尺μl，根据已知的基圆半径rb作出凸轮的基圆;(2）运用反转法，按顺时针方向量出推程角120°，远停程角30°，回程角90°和近停程角120°。(3）按一定的分度值（凸轮精度要求高时，分度值取小些，反之可以取大些，本题中取分度值为15°)将推程角若干等分，得到基圆上的各分点1，2，3，…。连接01，02，03，…，得到数条径向线;(4）依据从动件的运动规律作出从动件的s-Φ曲线，如图3.13所示。将位移曲线的推程的横坐标也分成和第（2)步相同的份数，得到横坐标上的各分点1，2，3，…，过各分点作横坐标的垂线，与位移曲线交于1'，2'，3'，…;二、用作图法设计凸轮轮廓曲线

1.对心式尖顶从动件盘形凸轮机构(5）确定出从动件在复合运动中其尖顶所占据的一系列位置。根据s-Φ曲线，由基圆上的各分点1，2，3，…沿各径向线向外量取从动件在位移线图中各相应位置的位移量11'，22'，33'，得到凸轮上的1'，2'，3'，…各点，这些点就是从动件在复合运动中尖顶所占据的一系列位置。(6)用光滑曲线连接A→8'，即得从动件推程时凸轮的一段廓线。(7）凸轮再转过30°时，为远停程，所以此段廓线为圆弧。以О为圆心，以08'为半径画一段圆弧8'、9'，即为远停程时的凸轮廓线。(8)当凸轮再转过90°时，为回程，廓线可仿照（1)→(6)的步骤进行。(9）凸轮转过其余的120°时，为近停程，该段又是一段圆弧。二、用作图法设计凸轮轮廓曲线

1.对心式尖顶从动件盘形凸轮机构上述步骤即为对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构廓线的设计方法，作出的图形如图3.13所示。图3.13对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构廓线设计二、用作图法设计凸轮轮廓曲线

1.对心式尖顶从动件盘形凸轮机构(1)如图3.14所示，将滚子中心看作尖顶推杆的尖顶，按前述方法设计出廓线β'，这一廓线称为理论廓线。二、用作图法设计凸轮轮廓曲线

2.对心直动滚子从动件盘形凸轮机构图3.14对心直动滚子从动件盘形凸轮廓线设计(2)以理论廓线上的各点为圆心、以滚子半径rg为半径作一系列的圆，这些圆的内包络线β即为所求凸轮的实际廓线。二、用作图法设计凸轮轮廓曲线

3.对心直动平底推杆盘形凸轮机构（1）如图3.15所示，把平底与从动件导路中心线的交点A看作尖顶从动件的尖顶，按照前述方法，求出尖顶的一系列位置1'，2'，3'，…，将其连成曲线，即为凸轮的理论廓线β。（2）过以上各交点1'，2'，3'，…按从动件平底与导路中心线的夹角作一系列代表从动件平底的直线，这一系列位置的包络线即为所求凸轮的实际廓线β'。图3.15对心直动平底从动件凸轮设计如图3.16所示，对于偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构，从动件的导路中心线不通过凸轮的回转中心0，而是有一偏距e。这类凸轮机构工作时，从动件导路中心线始终与以О为圆心，以偏距e为半径的圆（称为偏距圆）相切。因此，在设计此类凸轮的廓线时，应按下列步骤进行:二、用作图法设计凸轮轮廓曲线

4.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构图3.16偏置直动尖顶从动件凸轮设计(1）以凸轮回转中心О为圆心作基圆和偏距圆，然后运用反转法在偏距圆上按–ω方向依次量出推程角、远停程角、回程角和近停程角;(2）将各转角若干等分，得各分点Bl，B2，B3…，过各分点作偏距圆的切线，与基圆交于点1，2，3，…;(3）从基圆开始，由各分点沿偏距圆切线方向向外量取从动件相应的位移，这是与对心式直动从动件凸轮廓线设计不同之处