《飞机结构》第4章 凸轮机构

长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授§4－2凸轮机构的分类§4－3常用的从动件运动规律§4－4图解法设计盘形凸轮的轮廓§4－5凸轮机构设计中的注意事项§4－1凸轮机构的应用和特点§4－6凸轮机构常用材料、结构和加工第4章凸轮机构§4-1凸轮机构的应用和特点凸轮机构的结构组成：机架、盘(柱)状凸轮、从动件作用：将连续回转

从动件直线移动或摆动。优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。应用：内燃机、凸轮输送机、双凸轮组合写R字机构、凸轮间歇机构等。长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授分类：1)按凸轮形状分：盘形、

移动、圆柱凸轮2)按推杆形状分：尖顶、

滚子、平底从动件。特点：尖顶——构造简单、易磨损、用于仪表机构；滚子——磨损小，应用广；平底——受力好、润滑好，用于高速传动。§4-2凸轮机构的分类12刀架o3).按推杆运动分：直动(对心、偏置)、摆动4).按保持接触方式分：力封闭（重力、弹簧等）内燃机气门机构机床进给机构几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮)设计：郭谆钦设计：郭谆钦312A线绕线机构312A线应用实例：长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦132送料机构长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦δhδhotδ1s2§4-3常用的从动件运动规律名词术语：一、平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数基圆、推程运动角、基圆半径、推程、远休止角、回程运动角、回程、近休止角、行程。一个循环rh

ω1A而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。δsδsδ’sδ’sDBCB’δtδt长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦δhδhotδ1s2rminhω1Aδsδsδ’sδ’sDBCB’δtδt思考：从动件的运动规律由什么决定？

位移曲线从动件的运动规律取决于凸轮的外廓长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授推程运动方程：

s2

＝hδ1/δt

v2

＝

hω1/δts2δ1δtv2δ1a2δ1h+∞－∞刚性冲击回程运动方程：

s2＝h(1-δ1/δh)v2＝-hω1

/δha2＝0a2

＝01.等速运动（一次多项式）运动规律二、常用的从动件运动规律设计：郭谆钦δ1a2h/2δth/2减速段推程运动方程为：s2

＝h-2h(δt–δ1)2/δ2t1δ1s2v2

＝-4hω1(δt-δ1)/δ2ta2

＝-4hω21

/δ2t235462hω/δt柔性冲击4hω2/δ2t3加速段推程运动方程为：s2

＝2hδ21

/δ2tv2

＝4hω1δ1

/δ2ta2

＝4hω21

/δ2tδ1v22.等加等减速（二次多项式）运动规律长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦hδtδ1s2δ1a23.余弦加速度(简谐)运动规律推程：

s2＝h[1-cos(πδ1/δt)]/2v2

＝πhω1sin(πδ1/δt)/2δta2

＝π2hω21cos(πδ1/δt)/2δ2t

回程：

s2＝h[1＋cos(πδ1/δh)]/2

v2＝-πhω1sin(πδ1/δh)/2δha2＝-π2hω21cos(πδ1/δh)/2δ2h123456δ1v2Vmax=1.57hω/2δ0在起始和终止处理论上a2为有限值，产生柔性冲击。123456长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授1.凸轮廓线设计方法的基本原理2.用作图法设计凸轮廓线1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮3)对心滚子直动从动件盘形凸轮4)对心直动平底从动件盘形凸轮2)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮§4-4图解法设计盘形凸轮的轮廓长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦一、凸轮廓线设计方法的基本原理反转原理：依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：

给整个凸轮机构施以-ω1时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。尖顶凸轮绘制动画滚子凸轮绘制动画O-ω13’1’2’331122ω1长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦60°rmin120°-ω1ω11’对心直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω1和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rmin。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮1’3’5’7’8’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’90°90°A1876543214131211109二、图解法设计盘形凸轮的轮廓60°120°90°90°135789111315s2δ19’11’13’12’14’10’长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦s2δ1911131513578rminA120°-ω11’设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rmin。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’60°90°90°1876543214131211109理论轮廓实际轮廓⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线。2.对心直动滚子从动件盘形凸轮滚子直动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω1和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。60°120°90°90°ω1长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦911131513578OeA偏置直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω1和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。3.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’-ω1ω16’1’2’3’4’5’7’8’15’14’13’12’11’10’9’设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rmin;②反向等分各运动角;③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置;④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k860°120°90°90°s2δ16’1’2’3’4’5’7’8’15’14’13’12’11’10’9’长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦s2δ1911131513578rmin对心直动平底从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω1和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：①选比例尺μl作基圆rmin。②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。④作平底直线族的内包络线。4.对心直动平底从动件盘形凸轮8’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’-ω1ω1A1’3’5’7’8’9’11’13’12’14’12345678151413121110960°120°90°90°长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦OBω1设计凸轮机构时，除了要求从动件能实现预期的运动规律外，还希望凸轮机构结构紧凑，受力情况良好。而这与压力角有很大关系。定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角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]§4-5凸轮机构设计中的注意事项长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦OBω1二、压力角与基圆半径之间的关系r

↑

[α]=30˚

——直动从动件；[α]=35°～45°——摆动从动件；[α]=70°～80°——回程。nnPeαb

α↓C若发现设计结果α〉[α]，可增大rs0s2Dv2v2rmin

tanα

=S2+r2-e2b±e“+”

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；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。正确偏置：导路位于与凸轮旋转方向ω1相反的位置。长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦ρa－工作轮廓的曲率半径，ρ－理论轮廓的曲率半径，

rT－滚子半径ρ<rT

ρa＝ρ－rT<0对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：ρmin>rT

轮廓失真ρa＝ρ＋rT

ρ＝rT

ρa＝ρ－rT＝0轮廓正常轮廓变尖ρ内凹ρarTrTρrTρρ>rT

ρa＝ρ－rT

轮廓正常外凸rTρaρ三、滚子半径的确定长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦nn问题：对于平底推杆凸轮机构,

α＝?v2Oω1rmin长沙航空职院专用作者：郭谆钦教授设计：郭谆钦对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。Ormin可通过增大r解决此问题。rmin长沙航空职院专用