大理工机械设计基础课件第9章 凸轮机构

第九章凸轮机构教学要求教学重点与难点教学内容

了解凸轮机构的特点；

能按运动规律绘制S-Φ曲线；

掌握图解法设计凸轮轮廓，凸轮机构基本尺寸的确定。

教学要求

教学重点与难点重点:从动件常用运动规律；凸轮轮廓曲线的绘制；凸轮机构基本尺寸的确定。难点:用反转法绘制凸轮轮廓曲线

§9-1凸轮机构的功用和分类

§9-2从动件常用的运动规律

§9-3凸轮轮廓曲线设计

§9-4凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构的功用和分类

、凸轮机构的组成和特点凸轮机构是由凸轮、从动轮、机架组成的高副机构，其功用是传动、导向和控制。凸轮机构的特点优点：结构简单、紧凑、设计方便；可实现从动件任意预期运动。缺点：点、线接触易磨损；凸轮轮廓加工困难；行程不大。二、凸轮机构的分类按凸轮形状按从动件型式按维持高副接触（封闭）的方式一、凸轮机构的基本名词术语：基圆：凸轮理论轮廓曲线最小向径所作的圆。行程：从动件由最低点到最高点的位移h（或摆角）推程运动角：从动件由最低运行到最高位置，凸轮所转过的角。回程运动角：从动件由最高运行到最低位置，凸轮所转过的转角。远休止角：从动件到达最高位置停留过程中凸轮所转过的角。近休止角：从动件在最低位置停留过程中所转过的角。偏距圆：从动件导路与凸轮回转中心O的偏心距离为e，并以e为半径O为圆心所作的圆。从动件常用的运动规律从动件位移线图：从动件位移S与凸轮转角（或时间t）之间的对应关系曲线。从动件运动线图：从动件位移线图、速度线图、加速度线图的总称。凸轮的轮廓形状取决于从动件的运动规律，反之从动件不同的运动规律要求凸轮具有不同的轮廓曲线形状。从动件常用的运动规律二、从动件常用运动规律

1、等速运动规律从动件在开始和结束时有刚性冲击。只适用于低速轻载场合。2、等加速等减速规律推程等加速

回程等减速

加速度在A、B、C三处有有限突变，由此产生柔性冲击。适用于中等速度轻载的场合。从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律3、简谐运动规律（余弦运动规律）推程时加速度有有限突变，存在柔性冲击。适用于中速、中载。4、摆线运动规律（正弦运动规律）推程时加速度没有突变，不存在刚性冲击又不存在柔性冲击，适用高速轻载。

从动件常用的运动规律三、从动件常用运动规律的选用原则

1、工作要求只要求从动件完成一定的行程h或φ，应采用易于加工的曲线作为凸轮轮廓曲线；对凸轮机构从动件的运动规律有严格的要求时必须按照机器所要求的运动规律来选择。

2、动力特性

(1)尽可能选用加速度曲线连续的运动规律，同时还应考虑从动件不同的运动形式。

(2)对质量较大从动件应选择vmax较小的运动规律；

(3)对高速运动的凸轮机构，应选择amax值较小的运动规律。

3、凸轮轮廓的加工尽量选用使凸轮轮廓曲线易于加工的运动规律四、改进型运动规律简介用单一的运动规律很难满足从动件的运动规律的要求时，可采用几种运动规律的组合，这种将两种或两种以上的运动规律组合而成的运动规律称为改进型运动规律。从动件常用的运动规律各种运动规律组合时应遵循以下原则：1、对于一般转速的凸轮机构，应使位移曲线在衔接点处相切，以保证速度曲线连续，加速度可有有限的突变，即允许存在柔性冲击。但对质量较大的从动件，应使vmax较小；2、对于高速凸轮机构，不仅要求位移曲线在衔接点处相切，还要求速度曲线在衔接点处也相切，以保证加速度曲线连续且组合后运动规律的amax及其变化率应尽可能小。在凸轮转速较高且要求从动件必须采用等速运动规律的凸轮机构中，可在从动件等速运动规律的行程两端与摆线运动规律相组合，以改善其动力性能。凸轮轮廓曲线设计一、图解法1、直动从动件盘形凸轮机构（1）尖顶从动件已知：从动件运动规律，凸轮以等角速度顺时针方向转动，偏距e，基园半径。要求：绘出凸轮轮廓曲线凸轮轮廓曲线设计（2）滚子从动件理论轮廓曲线：滚子中心形成的曲线η。实际轮廓曲线：滚子与凸轮轮廓接触点形成的曲线η′。滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的作图步骤如下：

1)将滚子中心视为尖顶从动件的尖顶，按尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的作图方法，画出理论轮廓曲线η；

2)以滚子半径为半径，以理论轮廓曲线上各点为圆心画出一系列滚子圆，作这些滚子圆的内包络线η′，(对于有凹槽的凸轮还应作外包络线η〞)，则η′就是滚子从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线。（3）平底从动件作出不同位置平底的包络线，即为凸轮实际轮廓曲线。凸轮轮廓曲线设计2、摆动从动件盘形凸轮机构已知：基圆半径，中心距a，摆杆长l，从动件运动规律。要求：绘出凸轮轮廓曲线。

注意：通常从动杆作成曲杆，以避免干涉。二、解析法已知基圆，角速度，偏距e，运动规律，求凸轮轮廓曲线。1、凸轮理论廓线方程

2、凸轮实际廓线方程±号：上一组表示一条外包络线；下面一组表示内包络线。凸轮轮廓曲线设计φerr0B0BCDKOyxω-ωs0seθφ凸轮轮廓曲线设计3、刀具中心轨迹方程对于滚子从动件凸轮机构，加工凸轮时尽可能采用与滚子直径相同的刀具。凸轮的理论廓线即为刀具中心的运动轨迹曲线，其方程就是刀具中心的运动轨迹方程。

刀具中心的直角坐标参数方程凸轮机构基本尺寸的确定一、凸轮机构的压力角的确定1、凸轮机构中的作用力与压力角的关系

——凸轮机构的从动件速度方向与该点受力方向的夹角。，机构传动不利。，凸轮机构自锁。此现象必须避免，应。对直动从动件凸轮机构

摆动从动件凸轮机构，

工作行程回程CFFn'FPnr0BvDFQnωOα2、压力角的计算偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构其中为位移曲线的斜率，推程为正，回程为负。对心直动从动件盘形凸轮机构

可见在其它条件不变时，，尺寸越小。直动平底从动件盘形凸轮机构，当从动件轴线与平底垂直时，压力角恒等于零；否则为一常数。凸轮机构基本尺寸的确定ωr0BB0enPQOKαvnsso凸轮机构基本尺寸的确定二、基圆半径的确定设计时应在满足的前提下，取尽可能小的基圆半径。

①当凸轮与轴做成一体时，凸轮实际廓线的基圆半径应略大于轴的半径；

②当凸轮单独制做后装在轴上时，凸轮上要有轮毂，凸轮实际廓线的基圆半径应略大于轮毂外径，一般取r0=(1.6～2)r

(r为轴的半径)。方法：试选法对于从动件按几种常用运动规律运动的对心直动从动件盘型凸轮机构可应用诺模图来确定基圆半径。凸轮机构基本尺寸的确定三、滚子半径的选择1、内凹的凸轮轮廓曲线，无论滚子半径大小如何，则总能作出实际轮廓曲线。2、外凸的凸轮轮廓曲线，实际轮廓可作出；，实际轮廓出现尖