《机械基础》课件-第五章 凸轮机构

第五章凸轮机构第一节凸轮机构的应用及分类机械基础凸轮机构O1

1由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构凸轮机构从动件机架凸轮往复移动或往复摆动连续转动或移动凸轮从动件凸轮机构任意预定的运动规律适当设计轮廓曲线凸轮与从动件之间形成高副，易于磨损由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构凸轮机构受力不大的场合适用凸轮与从动件之间形成高副，易于磨损从动件行程较大的场合不适用O1

1从动件机架凸轮凸轮机构凸轮机构的应用01内燃机配气凸轮机构以等角速度回转时凸轮通过向径的变化做上、下往复移动阀杆控制阀门启闭凸轮推杆机架凸轮机构的应用01凸轮-仿形车削机构工件凸轮刀架靠模板（凸轮）曲线轮廓的推动下做横向移动，从而切削出与靠模板曲线一致的工件回转作为靠模被固定在床身上凸轮机构的应用01自动机床上控制刀架运动的凸轮机构凸轮匀速回转从动件做往复移动，以驱动刀架运动决定刀架的运动规律凹槽的形状凸轮机构的应用01分度转位机构转动时主动件蜗杆推动做间歇运动从动轮完成高速、高精度分度动作从动轮主动件蜗杆构件少使从动件得到各种预期的运动规律运动链短结构简单紧凑易于设计凸轮机构优点高副为点、线接触凸轮机构多用在传递动力不大的场合易磨损凸轮机构缺点凸轮机构的分类011按凸轮的形状分是一个绕固定轴转动且有变化半径的盘形零件是凸轮的最基本形式凸轮与从动件互做平面运动平面凸轮盘形凸轮凸轮机构的分类011按凸轮的形状分凸轮相对机架做往复直线运动当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时平面凸轮移动凸轮凸轮机构的分类011按凸轮的形状分圆柱凸轮将移动凸轮卷成圆柱体而得到的凸轮从动件与凸轮之间的相对运动为空间运动空间凸轮凸轮机构的分类011按凸轮的形状分移动凸轮盘形凸轮圆柱凸轮平底从动件凸轮滚子从动件凸轮凸轮机构的分类012按从动件的形状分尖顶从动件凸轮

凸轮机构的分类012按从动件的形状分受力不大的低速凸轮机构中适用尖顶从动件凸轮凸轮与从动件为点或线接触，尖顶易发生磨损凸轮机构的分类012按从动件的形状分耐磨损，可以承受较大载荷是最常用的一种凸轮从动件形式优点滚子从动件凸轮在从动件的尖顶处安装一个滚子，即成为滚子从动件凸轮上凹陷的轮廓未必能很好地与滚子接触从而影响实现预期的运动规律缺点克服了尖顶从动件易磨损的缺点凸轮机构的分类012按从动件的形状分不考虑摩擦时，凸轮与从动件之间的作用力始终与从动件的平底相垂直优点平底从动件凸轮在从动件的尖顶处固定一个平板，即成为平底从动件从动件与凸轮轮廓表面接触的端面为一平面不能与凹陷的凸轮轮廓相接触传动效率较高，且接触面易干形成油膜，利于润滑，常用干高速凸轮机构偏置移动从动件凸轮凸轮机构的分类013按从动件的运动形式分对心移动从动件凸轮移动从动件凸轮凸轮机构的分类013按从动件的运动形式分摆动从动件凸轮凸轮机构的分类01力锁合的凸轮依靠重力、弹簧力锁合的凸轮机构4按凸轮高副的锁合方式分凸轮机构的分类014按凸轮高副的锁合方式分形锁合的凸轮利用几何形状来锁合的凸轮机构沟槽凸轮等宽凸轮等径凸轮布置形式+运动形式一般凸轮机构的命名原则+推杆形状+凸轮形盘形凸轮机构对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构偏置直动滚子从动件凸轮机构的分类一、按凸轮的形状分：盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮二、按从动件上高副元素的几何形状分：尖顶从动件滚子从动件平底从动件三、按从动件的运动分：移动从动件摆动从动件对心移动从动件偏置移动从动件四、按凸轮与从动件维持接触（锁合）的方式分：力锁合形锁合课后小结第五章凸轮机构第二节凸轮机构的运动规律和有关术语机械基础凸轮机构平面凸轮机构的工作过程和运动参数011、基圆2、偏距e凸轮轮廓上最小向径为半径所画的圆从动件导路偏离凸轮回转中心的距离e以凸轮的回转轴心0为圆心，以凸轮的最小半径r0为半径所作的圆基圆平面凸轮机构的工作过程和运动参数01平面凸轮机构的工作过程和运动参数013、推程4、行程5、推程运动角从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的运动规律由离回转中心最近位置A到达最远位置B的过程从动件在推程中上升的最大位移h与推程相应的凸轮转角δ0δ0=∠AOBδ0'δs'wAB'rminOBCDδ0δsh从动件在最远位置停止不动所对应的凸轮转角δsδS=∠BOC平面凸轮机构的工作过程和运动参数016、远停程7、远停程角凸轮由B转动到C，从动件在最远位置停止不动δ0'δs'wAB'rminOBCDδ0δsh与回程相应的凸轮转角δ0'δ0'=∠COD平面凸轮机构的工作过程和运动参数018、回程9、回程运动角从动件在弹簧力或重力作用下，以一定的运动规律回到起始位置的过程δ0'δs'wAB'rminOBCDδ0δsh从动件在最近位置停止不动所对应的凸轮转角δs'δs'=∠AOD10、近停程角11、近停程角与回程相应的凸轮转角δ0'δs'=∠AODδ0'δs'wAB'rminOBCDδ0δsh平面凸轮机构的工作过程和运动参数01以纵坐标代表从动件位移s2横坐标代表凸轮转角δ1或时间t所画出的图形为位移曲线图tδ1s2ABCDh2pδ0'δs'δ0δsA12、从动件位移线图升停降停从动件位移线图决定于凸轮轮廓曲线的形状1、等速运动规律2、等加速-等减速运动规律3、余弦加速度运动规律从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律02h

0s

Ov

O

0v0a

O

0∞∞1等速运动规律从动件上升或下降的速度为常数的运动规律等速运动规律刚性冲击从动件常用的运动规律021等速运动规律因速度发生突变，其加速度和惯性力在理论上为无穷大从动件在运动开始和终止的瞬间致使凸轮机构产生强烈的振动、冲击、噪声和磨损低速、轻载的场合适用从动件常用的运动规律02从动件在推程过程中，前半程做等加速运动，后半程作等减速运动等加速等减速运动规律从动件在回程过程中，前半程做等减速运动，后半程做等加速运动等减速等加速运动规律2等加速-等减速运动规律从动件常用的运动规律022等加速-等减速运动规律柔性冲击因加速度有有限值突变而引起推杆惯性力的有限值突变从动件在起点、中点和终点并由此对凸轮产生有限的冲击从动件在运动起始、中点和终止点存在柔性冲击运动特性中速、中载的场合适用从动件常用的运动规律023余弦加速度运动规律s

Oh

0

0/2

h/20

0

0/2v

Oa

O

0

0/2

2

2

h/202-2

2

h/202高速的场合适用从动件加速度在起点和终点存在有限值突变，故有柔性冲击若从动件作无停歇的升－降－升连续往复运动，加速度曲线变为连续曲线，可以避免柔性冲击01课后小结等速运动规律02等加速-等减速运动规律03余弦加速度运动规律第五章凸轮机构第三节反转法设计凸轮轮廓曲线机械基础凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计01根据工作条件要求，确定从动件的运动规律，选定凸轮的转动方向、基圆半径等进而对凸轮轮廓曲线进行设计精度高简便易行、直观图解法解析法但计算量大精度较低设计一般精度要求凸轮机构设计精度要求较高凸轮机构设想，如图所示，对整个凸轮机构加上个公共角速度-w，使其绕凸轮轴心O转动。根据相对运动原理，知道凸轮与推杆间的相对运动关系并不发生改变，但此时凸轮将静止不动，而推杆则一方面和机架一起以角速度-w绕凸轮轴心0转动，同时又在其导轨内按预期的运动规律运动。因从动件尖顶始终要与凸轮轮廓保持接触，所以从动件在反转行程中，其尖顶的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。反转法凸轮轮廓曲线的设计01esB1B-B0rb

S-1图解法的原理（反转法）心直动尖顶从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线的设计011图解法的原理（反转法）原机构转化机构凸轮从动件机架

-

=000

-

=-

若从动件是滚子从动件，则滚子的回转中心可看做从动件的尖顶，其运动轨迹就是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线是与理论轮廓曲线相距滚子半径r的一条等距曲线凸轮机构—反转法凸轮轮廓曲线的设计012凸轮轮廓设计（作图法）尖顶移动从动件盘型凸轮机构-rbB0B1B2B4B8

B5c1c2c4c5120ºc8B6B7c6c7c0c3150º90ºB31、选取适当的比例尺作出位移线图2、按基本尺寸作出凸轮机构的初始位置3、按-

方向划分基圆周得c0、c1、c2……等点，

并过这些点作射线，即为反转后的导路线4、在各反转导路线上量取与位移5、图相应的位移，得B1、B2……等点，即为凸轮轮廓上的点凸轮机构—轮廓设计滚子从动件凸轮轮廓曲线的设计步骤凸轮轮廓曲线的设计01nnBCr0rTβ

β′1、将滚子的中心看作尖顶从动件的尖顶，按前述方法绘制尖顶直动从动件的盘形凸轮轮廓曲线。理论轮廓曲线实际轮廓曲线2、以理论轮廓曲线上的各点为圆心，以滚子半径为半径，作一系列的滚子圆，然后作这些滚子圆的内包络线，此包络线即为所求的对心滚子直动从动件盘形凸轮的轮廓曲线。rT注意：（1）理论轮廓与实际轮廓互为等