机械设计基础第三章凸轮机构

机械设计基础第三章凸轮机构第一页，共28页。本章主要内容第三节凸轮机构的压力角第四节图解法设计凸轮轮廓第一节

凸轮机构的应用和类型第二节

从动件的常用运动规律第二页，共28页。本章学习要求1、了解凸轮机构的类型和应用。

2、掌握从动件常用运动规律的特点及适用场合，能根据工作要求选择从动件运动规律。

3、熟练掌握并能应用“反转法”原理，能根据给定的运动规律设计绘制各种从动件盘形凸轮的轮廓曲线。

4、了解凸轮廓线方程的建立过程，能用解析法进行盘形凸轮轮廓的设计计算。

5、掌握凸轮机构基本尺寸的确定原则，滚子半径选择的原则；压力角的校核与自锁关系；

6、掌握基圆半径对压力角的影响。第三页，共28页。本章重点难点本章重点本章难点1、推杆常用运动规律的特点及其选择原则

2、盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计

3、凸轮机构压力角与凸轮机构基本尺寸的关系1、应用“反转法”原理设计凸轮机构

2．压力角与凸轮机构基本尺寸的关系第四页，共28页。

第一节凸轮机构的应用和类型

一、凸轮机构的组成和应用组成：凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的构件从动件（推杆):运动规律由凸轮廓线决定的构件机架优点：只要恰当地设计凸轮的轮廓曲线，可使从动件实现任意预定的运动规律。结构简单紧凑，运动可靠。缺点：易于磨损,多用于传力不大的场合。第五页，共28页。

第一节凸轮机构的类型和应用

一、凸轮机构的组成和应用：内燃机配气凸轮机构自动进刀凸轮机构第六页，共28页。对心移动从动件盘形凸轮机构

第一节凸轮机构的应用和类型

二、凸轮机构的分类:

1.按凸轮的类型分类

（1）平面凸轮（1）：凸轮和从动件互作平行平面运动第七页，共28页。

第一节凸轮机构的应用和类型

二、凸轮机构的分类

1.按凸轮的类型分类:

（1）平面凸轮（2）：

移动凸轮机构

偏置移动从动件盘形凸轮机构摆动从动件盘形凸轮机构第八页，共28页。按凸轮的类型分类:

(2)空间凸轮（1）图5－8圆柱凸轮机构第一节凸轮机构的类型和应用第九页，共28页。1、按凸轮的类型分类:

(2)空间凸轮（2）第一节凸轮机构的类型和应用图5－9圆锥凸轮机构图5－10弧面凸轮机构图5－11端面凸轮机构第十页，共28页。2.按从动件的的类型分类:

尖端从动件

滚子从动件平底从动件曲面从动件第一节凸轮机构的类型和应用第十一页，共28页。（2）形锁合（1）力锁合靠重力、弹簧力等锁合3.按锁合方式分类

内燃机配气凸轮机构第一节凸轮机构的类型和应用图5－12几种形锁合的凸轮机构等宽凸轮等径凸轮共轭凸轮沟槽凸轮第十二页，共28页。

第二节从动件的常用运动规律推程运动角回程运动角远休止角近休止角远休止近休止推程回程一．凸轮机构的基本名词术语第十三页，共28页。

第二节从动件的几种常用运动规律

一．凸轮机构的基本名词术语（1）理论廓线（2）实际廓线（3）基圆（4）行程（5）推程推程运动角（6）回程回程运动角（7）远休止远休止角（8）近休止近休止角第十四页，共28页。

运动线图

冲击特性：刚性冲击。

适用场合低速轻载二．从动件常用运动规律

（一）等速运动规律

推程运动方程（第二节从动件的几种常用运动规律第十五页，共28页。推程运动方程(0

φ

φt/2)加速段(φt/2φ

φt)减速段（二）等加速等减速运动规律

运动线图

冲击特性：柔性冲击

适用场合：中速轻载第二节从动件的几种常用运动规律第十六页，共28页。推程运动方程(0

φ

φt)(三)余弦加速度运动规律

运动线图

冲击特性:柔性冲击（无冲击）

适用场合:中速中载（高速）第二节从动件的几种常用运动规律第十七页，共28页。OBω定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的所夹锐角α→

F”↑，若α大到一定程度时，会有：→机构发生自锁。αnn一、压力角与作用力的关系不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。FF’F”F’----有用分力,沿导路方向F”----有害分力，垂直于导路F”=F’tanαF’

一定时，α↑Ff>F’Ff为了保证凸轮机构正常工作，要求：

α

<[α]

第三节凸轮机构的压力角第十八页，共28页。OBω二、压力角与凸轮机构尺寸之间的关系当导路位于中心右侧时：P点为速度瞬心，于是有：v=lOPωr0↑

[α]=30˚----直动从动件；[α]=35°～45°

----摆动从动件；[α]=70°～80°

----回程。nnP→lOP=v

/ωeαds/dδ=ds/dδ=lOC+lCPlCP=lOC=elCP=ds/dδ

-etanα

=S+r20

-e2ds/dδ-e→α↓C

(S+S0

)tanα

S0=r20-e2s0sDvvr0

第三节凸轮机构的压力角第十九页，共28页。αds/dδOBω

得：

tanα

=S+r2min

-e2ds/dδ

+enn同理，当导路位于中心左侧时，有：lOP=lCP-lOC

→lCP=ds/dδ

+e

于是：

tanα

=S+r2min

-e2ds/dδ

±ee“+”用于导路和瞬心位于中心两侧；“-”用于导路和瞬心位于中心同侧；显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小。注意：用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角，故偏距e不能太大。PClCP=(S+S0

)tanαS0=rmin2-e2rmin

s0sD

第三节凸轮机构的压力角第二十页，共28页。“反转法“原理0‘1”2”3”4”oo-

第四节凸轮轮廓曲线的设计

一．图解法设计凸轮廓线基本原理:反转法从动件的运动=反转运动(-)+预定移动(s)第二十一页，共28页。SOh（一）尖端对心移动从动件盘形凸轮廓线的绘制已知：从动件位移曲线、基圆半径，凸轮逆时针转动。按反转法绘制凸轮廓线。

步骤：1）按已知半径作基圆。其与从动件导路中心线的交点A0即为从动件尖端的起始位置。11’22’33’44’55’66’77’88’99’1010’A0B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111A11A1A2A3A4A5A6A7A8A9A102）自OA0起，以(-

）方向依次量取并将分成与位移线图对应的若干等分，分别与基圆交于A1、

A2、A3…，则径向线OA1、0A2、OA3…即为反转后从动件中心线的相应位置。3）分别量取线段A1B1＝11’、,A2B2＝22’、,A3B3＝33’

…，则B1、

B2、B3…即反转后从动件尖端的相应位置。4）连接B1、

B2、B3…成一光滑曲线，即为所求凸轮廓线。

第四节凸轮轮廓曲线的设计第二十二页，共28页。hOS11’22’33’44’55’66’77’88’99’1010’A0B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111A1A2A3A4A5A6A8A9A7A10A11（二）滚子对心移动从动件盘形凸轮廓线的绘制已知：基圆半径rb，从动件位移曲线，滚子半径rk，凸轮逆时针方向转动。设计凸轮廓线。步骤：1）将滚子中心B看作尖端从动件的尖端，按前述方法绘出尖端从动件凸轮廓线。该廓线为反转后滚子中心的轨迹，即凸轮的理论廓线。2）以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径rk为半径作一系列的圆，该圆族的内包络线即为凸轮的实际轮廓曲线。凸轮的实际廓线是理论廓线的等距曲线。

第四节凸轮轮廓曲线的设计第二十三页，共28页。

min

＝rk

，

cmin＝0，实际廓线变尖

min<rk

，

cmin<0，实际廓线被切割，运动失真。内凹的凸轮廓线：

cmin=min-rk

cmin>0

实际廓线平滑理论廓线曲率半径

min实际廓线曲率半径

cmin

min>rk

，

cmin>0，实际廓线平滑外凸的凸轮廓线：

cmin=min-rk常取rk

≤0.8

min保证

cmin>1~5mm。第二十四页，共28页。（三）平底对心移动从动件盘形凸轮廓线的绘制OSh11’22’33’44’55’66’77’88’99’1010’A0B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111A11A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10已知：基圆半径rb，从动件位移曲线，滚子半径rk，凸轮逆时针方向转动。设计凸轮廓线。步骤：1）将平底与导路中心线的交点B看作尖端从动件的尖端，按前述方法凸轮的理论廓线上的一系列点B1、

B2、B3….。2）过B1、

B2、B3….作一系列代表从动件平底的直线段，该直线段族的包络线即为凸轮的实际轮廓曲线。

第四节凸轮轮廓曲线的设计第二十五页，共28页。OSh11’22’33’44’55’66’77’88’99’1010’B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1111K0K1K2K3K4K5K6K7K8K9K10K11A10A9A7A6A5A4A3A2A1A8A11A0（四）尖端偏置移动从动件盘形凸轮廓线的绘制已知：从动件位移曲线、基圆半径、偏距e，凸轮逆时针转动。绘制尖端从动件凸轮廓线。

步骤：1）以O为圆心，偏距e为半径作偏置圆，从动件初始位置的切点为K0。2）在偏置圆上从OK0起沿－方向依次量取运动角并等分。3）反转后的从动件导路中