机械设计基础凸轮机构69课件

机械设计基础——凸轮机构目录3.1凸轮机构的组成、分类；从动件常用的运动规律3.2盘形凸轮轮廓的设计方法知识导入：

1.凸轮机构的分类？2.从动件的常用运动规律？3.2盘形凸轮轮廓的设计方法任务呈现：

已知：绕线机凸轮机构中，摆杆摆角为40º左右，凸轮的轴径约为30mm，绕线幅度为200mm，试设计此凸轮机构。一.图解法设计凸轮轮廓曲线1.图解法的原理－反转法设计方法：图解法，解析法

假想给整个机构加一公共角速度-ω,凸轮：相对静止不动相关知识：

设计凸轮廓线的图解法是根据反转法原理作出从动件推杆尖顶在反转运动中依次占据的各位置，然后作出其高副元素所形成的曲线族；并作从动件高副元素所形成的曲线族的包络线，即是所求的凸轮轮廓曲线。2.图解法的方法和步骤1）对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构设计要求：已知凸轮的基圆半径为r0凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆的运动规律如图所示。试设计该对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。2）对心直动滚子从动件盘形凸轮机构已知条件:凸轮的基圆半径为r0,滚子半径rr,凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆的运动规律如图所示。试设计对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。3）对心直动式平底从动件盘形凸轮轮廓的设计4）偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构已知条件:已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆的运动规律已知，已知偏距e。试设计。偏距e为半径作圆（称为偏距圆）2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计试用作图法设计一个对心直动从动件盘形凸轮。已知理论轮廓基圆半径r0，凸轮逆时针匀速转动。当凸轮转过δ0时，从动件以余弦加速度运动规律h；再转过δ1时，从动件不动，再转过δ2时，从动件以等加速－等减速速运动规律回到原位；凸轮转过δ3时，从动件静止不动。二、凸轮轮廓的加工1.铣、锉削加工

低速、轻载场合的凸轮：用反转法原理在未淬火凸轮轮坯上通过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手工锉削办法加工而成。2.数控加工

采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工，这是目前最常用的一种凸轮加工方法。加工时应用解析法，求出凸轮轮廓曲线的极坐标（ρ，θ），应用专用编程软件，切割而成。此方法加工的凸轮精度高，适用于高速、重载的场合。三、凸轮机构的压力角

从动件在接触点所受力的方向与该点速度方向所夹的锐角a称为压力角。

由上述关系式知，压力角α愈大，有效分力Ｆ1愈小，有害分力Ｆ2愈大。当α角大到某一数值时，必将会出现F1<F2的情况。这时，不论施加多大的F力，都不能使从动件运动，这种现象称为自锁。因此，为了保证凸轮机构的正常工作，必须对凸轮机构的压力角进行限制。推程：移动从动件许用压力角[α]=30°~40°摆动从动件许用压力角[α]=40°~50°回程：一般不会有自锁现象，压力角取值为[α]=70°～80°四、基圆半径的确定

从传动效率来看，压力角越小越好，但压力角减小将导致凸轮尺寸增加，因此在设计凸轮时要权衡两者的关系，使设计达到合理。A点:在∆ABD中即(式A)

凸轮逆时针转动时导路在凸轮轴的左边时，式中分子部分取“＋”；凸轮顺时针转动时，符号取法与上述相反。

结论：在给定运动规律时，合理设计偏距可减小压力角，增大基圆半径也可以减小压力角。获取较小的基圆半径的同时，必须要保证α≤[a]

设计凸轮时：先根据条件确定基圆半径r0。制作凸轮轴时，r0略大于轴的半径r；单独制造凸轮时，r0=(1.6~2)r(r为轴的半径）。五、滚子半径的确定

凸轮轮廓曲线形状与滚子半径的关系：1、当理论廓线内凹时r‘

=r+rT

，无论滚子半径大小，凸轮工作轮廓总是光滑曲线(如图a)2、当理论廓线外凸时(可分为三种情况)r'

=r-rT1)

r>rT时

r

'

>0这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线(如图b)2)

r=rT

时r

'=0实际轮廓线变尖，极易磨损，不能使用(如图c)。3)r<rT时r

'<0即实际曲线出现交叉会出现失真(如图d)。为了避免失真并减小磨损，要求：理论廓线上任意点的曲率半径可用下式计算：式中分别为理论廓线坐标x,y对凸轮转角的一阶、、、和二阶导数1.凸轮和从动件的材料凸轮的主要失效形式为磨损和疲劳点蚀。对凸轮和滚子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足够的表面接触强度凸轮芯部有较强的韧性常用的凸轮材料（详见表1-3-1）：40Cr、20Cr、20CrMnTi常用的滚子材料（详见表1-3-1）：20Cr或者滚动轴承六、凸轮机构的材料和结构2.凸轮机构的结构(1)凸轮的结构。若凸轮尺寸很小，且与轴的尺寸接近时，可将凸轮与轴制成一体，称为凸轮轴（如图1-3-19所示）。反之，若凸轮尺寸较大时，则应将凸轮与轴分开制造，然后再装配在一起使用。装配时，凸轮与轴应有一定的相对位置要求，为此可在凸轮上刻出标志，以作为加工和装配的依据。如图1-3-20所示为凸轮在轴上的几种固定形式。(2)从动件的结构。为了减少摩擦，从动件的端部常采用滚子的形式，如图1-3-21所示为常见的滚子结构。七、凸轮机构设计的一般步骤1.选择凸轮机构类型。2.拟定运动规律。3.确定凸轮机构的基本参数。4.设计凸轮的轮廓曲线。5.设计凸轮机构的结构。1、反转法原理2