【《某凸轮机构的结构分析》3300字】

某凸轮机构的结构分析目录TOC\o"1-3"\h\u5832某凸轮机构的结构分析 1296881.1凸轮机构 1176331.1.1凸轮机构分析 161881.1.2机构分类 235641.1.3从动件的常用运动规律 4227091.1.4运动规律的组合及选取 6172611.2凸轮参数基本尺寸 7298221.1.1压力角 7220911.1.2基圆半径 8142911.3设计参数的确定 932321.3.1凸轮机构基本尺寸的确定 9141981.3.2凸轮轮廓曲线设计方法 11150891.3.3设计注意事项 111.1凸轮机构1.1.1凸轮机构分析在凸轮得设计和制造中，从动件的位移、速度和加速度必须严格按照预期的规律进行。凸轮机构是非常方便和适用的。因此，常常使用在一些控制装置中，承担一个自动控制部件的作用。凸轮机构可以把电动机或其他驱动力设备输出的转矩直接转化成从动件按照设计导路预定的工作路径进行运动,并依赖于凸轮轮廓曲线准确地执行所需要的运动规律[3]。这种凸轮的主要优点在于：只要我们对凸轮的轮廓和曲线设计正确,就能够实现任意一个给定的运动规则,并且它具有结构简单、紧凑、可靠的好处。缺点就是非常容易发生磨损。图STYLEREF1\s1.SEQ图\*ARABIC\s11内燃机中的凸轮机构1.1.2机构分类凸轮机构类型很多。如图1.2就对凸轮的分类做了一些总结，按照不同的方法进行凸轮分类图1.SEQ图\*ARABIC\s12凸轮的分类平面凸轮机构：根据轮盘形状分类盘型凸轮（diskcam）该种凸轮是最为简单的一种凸轮，在设置偏距时可以对心可以偏心。盘型凸轮的构造简单，在各个领域的应用都较多，是凸轮中最基础的种类。移动凸轮（translatingcam）当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线移动，这种凸轮被称之为楔形凸轮或移动凸轮。如图1.3图1.SEQ图\*ARABIC\s13移动凸轮机构圆柱凸轮（cylindricalcam）该种凸轮是以圆柱体为凸轮，在工作时，在圆柱体上开出沟槽，根据不同的沟槽形状便可时从动件按照预定工作路线运动。按从动件的形式分类尖顶从动件（knife-edgefollower）这种从动件结构简单，如图1.4，优点是尖顶可以因为是点面接触所以能和各种形状表面向配合。但是点面接触易磨损，若载荷较大会导致寿命很短，故一般只用于轻载低速机构和仪表机构中。图1.SEQ图\*ARABIC\s14尖顶从动件滚子从动件（rollerfollower）在尖顶的基础上将尖顶变为滚子，将点面接触变为线面接触或者面面接触，众所周知在考虑摩擦力时，同样的两个接触表面滚动摩擦往往远远小于滑动摩擦，滚子从动件相对尖顶从动件，改善了工作条件。一般可以承受较大的载荷，应用也是最为广泛的一种类型。平底从动件（flatfacedfollower）从动件的一端做成一平面。有利于驱使从动件和凸轮之间产生出一层润滑油膜，但是往往会因为是平底从动件，所以应用受到一定限制，当凸轮轮廓带有凹形时便不使用。一般用于高速凸轮机构。1.1.3从动件的常用运动规律从动件的预定运动规律是靠改变凸轮的轮廓形状来实现的。因此从动件的唯一s、速度v和加速度a与凸轮的轮廓曲线有着直接的关系，所以在设计时，要按照具体的工作要求和需要的运动轨迹选择合适的运动规律[4]。等速运动规律当凸轮以角速度ω回转，从动件在推程或回程的速度为常数时，这种运动规律称为等速运动规律，但是在运动的过程种有刚性冲击，是由于加速度无穷大突变而引起的冲击，一般用于低速机构中。推杆在推程的运动方程和运动规律如图1.5所示S=V=a=0 (2-1)图1.5等速运动规律推杆在回程的运动方程可有推出：S=V=−a=0（2-2）等加速等减速运动规律在这种运动规律中，通常取从动件在一个行程h中前半程以等加速运动，后半程以等减速运动，且两者绝对加速度值相等。因此称为等加速等减速运动规律。由于加速度有限值突变会导致从动件产生有限值得惯性力突变而产生柔性冲击故一般也只用于中速机构中。推杆在推程作等加速的运动方程和运动规律如下图1.6所示：S=V=4hωa=图1.6等加速等减速运动规律推杆在推程作等减速的运动方程为：S=h−2h∅a=−4h（2-4）简谐运动规律当质点在圆周上作匀速运动时，质点在该圆直径上投影点所构成的运动称为简谐运动规律，简写运动的数学表达式为S=R-Rcosθ，而凸轮机构作简谐运动时其相应参数应取R=h/2，θ/Π=/t带入上式可得运动方程式。该种运动规律也只适用于中速中载的场合。余弦加速度运动规律又称为摆线运动规律，可推出其推程时的运动方程:S=h

V=

a=2π此外存在着多项式等运动规律。如多项式运动规律，适用于高速中载的凸轮机构中。1.1.4运动规律的组合及选取虽然凸轮可以按照多种运动规律来进行运动，但是实际情况是单一的运动规律难以满足凸轮的工作运动要求，所以一般在使用凸轮机构，进行设计时通常都需要将两种或多种运动规律相结合。而运动规律的组合需要考虑运动曲线的速度随时间和加速度随时间的变化应该连续，避免局部产生突变，因为突变往往会带来惯性力而引起的冲击这对于机构的运动稳定性和使用寿命都有极大的危害，且推程和回程位移曲线过渡处应当做到相邻两种的过渡时的加速度与速度相同以使位移曲线平滑，且因为等速和等加速度等运动规律和简谐运动规律时有加速度突变，会产生冲击一般不用做过渡部分的运动规律[5]。不同的要求会产生不同的影响，而具体原则没有固定的规矩，只需要大致满足下面几个要求。便可以设计出合理的运动规律的凸轮机构。组合后的从动件规律应当满足下列要求：工作要求：在工作时根据不同工况对从动件肯有着不同的工作要求。优秀的动力特性：避免较大刚性冲击和柔性冲击。良好的加工工艺性：在设计过程中也应当考虑加工的难度和成本的核算。具有复杂功能的凸轮机构在设计的过程中往往会出现许多不方便加工的地方而为了在加工过程中既保证凸轮的加工质量又保证机构的经济性是重中之重。从动件运动规律的选取主要从工作条件的区别来选取，主要取决于是刚性冲击还是柔性冲击。1.2凸轮参数基本尺寸1.1.1压力角压力角α：从动件在接触点所受的压力方向与该点线速度方向所夹的锐角（有用分力，沿导路方向；有害分力，垂直于导路；α越小有用分力越大）α愈大，有效分力F’愈小，有害分力愈大，引起的摩擦力越大，当摩擦力超过有效分力，不论输入多大的转矩，不论F多大，都不能使从动件运动，这种现象称为自锁[6]，因此，为了确保凸轮机构正常工作，在设计时必须选择合适的最大压力角。如图1.7图1.7压力角可以通过改变基圆半径；改变直动推杆的偏执方向和偏距大小；改变凸轮推程运动角等方法来控制凸轮的压力角，小的压力角有利于凸轮的传动效率提高，且可以避免机构自锁。1.1.2基圆半径基圆：以理论廓线最小向径R0作的圆。由公式可知

tanα=（2-6）基圆半径愈小压力角就愈大从而影响了凸轮机构工作可靠性,受力状况也会产生影响,故基圆半径确定时应该保证其压力角的最大大小不能超过允许值,且尽可能地使得凸轮机构的结构更加紧凑。1.3设计参数的确定1.3.1凸轮机构基本尺寸的确定压力角许用值[α]移动从动杆推程时，摆动从动杆推程时，移动和摆动从动杆回程时，校核：αmin<=[α]压力角的影响因素主要是基圆半径，如图1.8所示，推杆的偏置方向和偏距大小，凸轮推程运动角的大小等因素。基圆半径的确定：设计时，通常是考虑最大压力角不超过许用值，且工作要求能得到保障，使机构结构尽量紧凑，即尺寸尽量小，通常r0≥1.8r+（4—10）mm（r为凸轮轴孔半径）图1.8基圆与压力角关系滚子半径的确定：从强度考虑，rT越大越好。（因为rT增大，接触应力小，磨损小，强度高。）但滚子半径对实际轮廓曲线是有影响的，不能任意增大，如图1.9。图1.9滚子半径与凸轮轮廓图中：ρmin--理论廓线的最小曲率半径ρ′min--实际廓线的最小曲率半径当实际廓线为外包络线时

ρ′min=ρmin+rT

ρ′min=ρmin-rT此时，无论滚子半径大小，凸轮工作轮廓是光滑曲线当实际轮廓为包络线时rT=ρmin，出现尖点，容易磨损，导致运动失真。rT＞ρmin，出现交叉，导致运动失真。rT<=0.8ρmin,并且ρmin-rT>=(3~5)mm。1.3.2凸轮轮廓曲线设计方法凸轮轮廓曲线图解设计法、凸轮轮廓曲线的解析设计法[7]，这两种方法采用的都是“反转法”，所依据的是相对运动原理。是通过假想一个与凸轮机构角速度大小相同方向相反的机构，并且保证机构的各个部分相对运动是不变的，这个时候从动件会按照给定的运动规律来进行往复运动。这整个过程中顶尖会