《机械创新设计》课件-凸轮机构

第二章典型机械结构及传动方式——凸轮机构及其应用场合第1章凸轮机构的概念第2章凸轮机构的特点第3章凸轮机构的分类第4章从动件的常用运动规律第5章凸轮机构的应用01凸轮机构的概念PARTONE一、凸轮机构的概念凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。02凸轮机构的特点PARTTWO二、凸轮机构的特点凸轮机构的主要优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件实现各种预定的运动规律，且结构简单紧凑，运动可靠。凸轮机构的主要缺点凸轮与从动件之间为点或线接触，不便润滑、易磨损；凸轮轮廓曲线加工比较困难。03凸轮机构的分类PARTTHREE三、凸轮机构的分类（a）盘形凸轮机构：机构中的凸轮是绕固定轴线转动并具有变化向径的盘形零件。（b）移动凸轮机构：当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，相对于机架做直线往复运动，这种凸轮机构称为移动凸轮机构。（c）圆柱凸轮机构：圆柱凸轮机构中的凸轮可以看作是将移动凸轮绕在圆柱体上演化而成的。3.1按凸轮的形状分(a)(b)(c)三、凸轮机构的分类尖顶从动件：尖顶从动件的端部为尖顶，如图3-5（a）所示。滚子从动件：滚子从动件的端部装有可自由转动的滚子，如图3-5（b）所示。平底从动件的端部为一平底，如图3-5（c）所示。3.2按从动件的形状分图1从动件类型（a）（b）（c）三、凸轮机构的分类力锁合凸轮机构：力锁合凸轮机构是指利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮保持接触的凸轮机构，如图1所示。形锁合凸轮机构：形锁合凸轮机构是指靠凸轮与从动件的特殊几何结构来保持两者接触的凸轮机构，如图2所示。3.3按从动件与凸轮保持接触的方式分图2内燃机配气机构图3自动进刀机构三、凸轮机构的分类按从动件的运动形式分直动和摆动。对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构偏心直动尖顶推杆盘形凸轮机构对心直动滚子推杆凸轮机构偏心直动滚子推杆凸轮机构对心直动平底推杆凸轮机构偏心直动平底推杆凸轮机构一般凸轮机构的命名原则布置形式＋运动形式＋推杆形状＋凸轮形状04从动件的常用运动规律PARTFOUR四、从动件的常用运动规律以右图为例，说明原动件凸轮与从动件间的运动关系及有关名称。图4（a)凸轮机构与从动件运动曲线（1）凸轮以等角速度ω顺时针方向转动，以一定运动规律由点A到达最高点B，从动件在这个过程中经过的距离h称为推程（升程），对应的凸轮转角σ0称为推程运动角。（2）凸轮继续回转，从动件与凸轮的接触点由点B转移至点C，从动件在最远位置上停留，该过程称为远休止期，所对应的凸轮转角称为远休止角。（3）接触点由点C转移至点D，凸轮轮廓的向径逐渐减小，从动件在外力作用下逐渐返回到最近位置，该阶段称为回程，对应的转角δ0，称为回程运动角。（4）接触点由点D转移至点A，由于凸轮轮廓的向径不变，从动件停留不动，这个阶段称为近休止期，对应的转角δS称为近休止角。（一）凸轮机构运动过程及有关名称四、从动件的常用运动规律从动件的运动过程可用位移线图表示。图3-6（b）是图3-6（a）所示凸轮机构的位移线图，其中OA，AB，BC，CD，四条位移线，分别表示凸轮机构推程、远休止、回程、近休止四个运动规律。（二）位移线图图4（b)凸轮机构与从动件运动曲线05凸轮机构的应用PARTFIVE五、凸轮机构的应用图5内燃机配气凸轮机构凸轮机构具有结构简单可以准确实现要求的运动规律等优点，因而在工业生产中得到广泛的应用。如图4所示的内燃机配气凸轮机构，原动凸轮1连续等速转动，通过凸轮高副驱动从动件2（阀杆）按预期的输出特性启闭阀门，使阀门既能充分开启，又具有较小的惯性力。五、凸轮机构的应用图5所示为绕线机排线凸轮机构绕线轴3连续快速转动，经蜗杆传动带动凸轮1缓慢转动，通过凸轮高副驱动从动件2往复摆动，从而使线均匀地缠绕在绕线轴上。图6绕线机排线凸轮机构五、凸轮机构的应用图7冲床装卸料凸轮机构冲床装卸料凸轮机构原动凸轮1固定于冲头上，当其随冲头往复上下运动时，通过凸轮高副驱动从动件2以一定规律往复水平移动，从而使机械手按预期的输出特性装卸工件。五、凸轮机构的应用图8罐头盒封盖机构如图所示为罐头盒封盖机构，亦为一凸轮机构。原动件1连续等速转动通过带有凹槽的固定凸轮3的高副导引从动件2上的端点C沿预期的轨迹——接合缝S运动，从而完成罐头盒的封盖任务。五、凸轮机构的应用图9巧克力输送凸轮机构而在图9所示的巧克力输送凸轮机构中，当带有凹槽的圆柱凸轮1连续等速转动时，通过嵌于其槽中的滚子驱动从动件2往复移动，凸轮1每转动一周从动件2即从喂料器中推出一块巧克力并将其送至待包装位置。五、凸轮机构的应用从以上诸例可以看出：凸轮机构一般是由三个构件、两个低副和一个高副组成的单自由度机构。凸轮机构广泛应用于机械设备，具备结构简单、设计灵活、传递扭矩大、传动平稳等优点，可实现复杂运动规律，高效率传动和传递大扭矩，在多个领域有广泛应用，未来发展前景广阔。1首先，凸轮机构可以实现复杂的运动规律。由于凸轮机构的运动规律是由凸轮的轮廓曲线和从动件的位移、速度和加速度等参数来确定的，因此通过改变凸轮的轮廓曲线，可以方便地实现各种复杂的运动规律，如往复运动、摆动、复杂曲线运动等，这使得凸轮机构在自动化生产线、包装机械、医疗器械等领域得到了广泛应用。五、凸轮机构的应用2其次，凸轮机构具有较高的传动效率。由于凸轮机构的结构简单，没有滑动摩擦和间隙，因此其传动效率很高，可以达到90%以上。这使得凸轮机构在需要高效率传动的场合得到了广泛应用，如汽车发动机、减速机等。3凸轮机构具有较大的传递扭矩。由于凸轮机构是通过凸轮和从动件之间的接触来传递扭矩的，因此可以通过增加接触点的数目和改变接触点的位置来增加传递扭矩。这使得凸轮机构在需要传递大扭矩的场合得到了广泛应用，如重型机械、冶金设备等。五、凸轮机构的应用4凸轮机构具有较高的可靠性。由于凸轮机构中的接触点数目较少，因此其磨损和疲劳寿命相对较低，但是其结构简单、紧凑、维护方便，因此在需要高可靠性的场合得到了广泛应用，如航空航天、军事装备等。随着新材料、新工艺和新技术的不断涌现，凸轮机构的发展也面临