南航大机械设计基础课件08凸轮机构

第八章凸轮机构第一节凸轮机构的组成、应用和类型

一、凸轮机构的组成、应用和特点凸轮机构是由具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过高副接触带动从动件实现预期运动规律的一种高副机构。它广泛地应用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线中。凸轮机构一般由凸轮、从动件和机架3个构件组成。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。二、凸轮机构的类型

1.按照凸轮的形状分类（1）盘形凸轮（2）移动凸轮（3）圆柱凸轮

2.按照从动件的形状分类（1）尖端从动件凸轮（2）曲面从动件凸轮（3）滚子从动件凸轮（4）平底从动件凸轮

3.按照从动件的运动形式分类按照从动件的运动形式分为移动直动从动件凸轮机构和摆动从动件凸轮机构。移动从动件凸轮机构又可根据其从动件轴线与凸轮回转轴心的相对位置分成对心和偏置两种。4.按照凸轮与从动件维持高副接触的方法分类（1）力封闭型凸轮机构。所谓力封闭型，是指利用重力、弹簧力或其它外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。（2）形封闭型凸轮机构。所谓形封闭型，是指利用高副元素本身的几何形状使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。第二节从动件的常用运动规律

一、凸轮机构的运动过程及有关名称

1.基圆以凸轮的最小向径为半径所作的圆称为基圆，基圆半径用rb表示。

2.推程运动角凸轮以等角速度ω顺时针方向转动，从动件被凸轮推动，以一定运动规律由A到达最高点位置B′，从动件在这过程中经过的距离h称为推程（升程），对应的凸轮转角δ0称为推程运动角。

3.远休止角当凸轮继续转过角度δs时，以O为圆心的圆弧BC与尖顶接触，从动件在最高位置静止不动，δs称为远休止角。

4.回程运动角凸轮再继续回转δ′0，从动件以一定运动规律下降到最低位置D，这段行程称为回程，对应的凸轮转角δ′0称为回程运动角。

5.近休止角凸轮继续回转δ′s，圆弧DA与尖顶接触，从动件停留不动，对应的转角δ′s为近休止角。

二、位移线图从动件的运动过程，可用位移线图表示。位移线图以从动件位移s或角位移ψ为纵坐标，凸轮转角δ为横坐标。图8-6b是图8-6a所示凸轮机构的位移线图,01′、1′2′、2′4′、4′0′，分别表示凸轮机构推程、远休止、回程、近休止4个运动。三、从动件常用运动规律从动件的运动规律指在推程和回程当中其位移s、速度v、加速度a随凸轮转角变化的规律。

1.等速运动规律凸轮以等角速度ω回转，从动件在推程或回程的速度v为常用的运动规律称为等速运动规律。位移方程可表达为s=hδ/δ02.等加速、等减速运动规律等加速、等减速运动规律，从动件在前半个行程作等加速运动，后半个行程作等减速运动，两部分加速度绝对值相等。由物理学可推导出这种情况下位移方程为：图8-6根据运动线图的对称性，可得等减速段的运动方程为：3.余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律的加速度曲线为1/2个周期的余弦曲线，位移曲线为简谐运动曲线（又称简谐运动规律），运动方程为：第三节凸轮机构的压力角和基圆半径的选择

一、滚子半径的选择滚子从动件凸轮的实际轮廓曲线，是以理论轮廓上各点为圆心作一系列滚子圆的包络线而形成，滚子选择不当，则无法满足运动规律。（1）内凹的凸轮轮廓曲线（图8-10a）。其中下标a指实际轮廓；b指理论轮廓；ρb为理论轮廓曲率半径；ρ′a为实际轮廓曲率半径，则ρ′a=ρb+rT；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。由于ρ′a=ρb-rT，所以，当ρb＞rT时（图8-10b），ρ′a＞0……实际轮廓可作出。若ρb=rT（图8-10c），ρ′a=0……实际轮廓出现尖点，易磨损，从动件不能精确的按预期运动规律运动，产生“运动失真”。若ρb＜rT（图8-10d），则ρ′a＜0……实际轮廓出现交叉，加工时，交叉点以上部分的实际轮廓曲线加工时将被切除，出现严重的“运动失真”。图8-10

从动件运动规律相同时，对应点的压力角α与基圆半径rb等因素有关。基圆半径较大的凸轮对应点的压力角较小，传力性能好些，但结构尺寸较大；基圆半径小时，压力角较大，容易引起自锁，但凸轮的结构比较紧凑。对直动从动件凸轮机构推程许用压力角：［α］=30°~40°

对摆动从动件凸轮机构推程许用压力角：［α］=40°~50°

［α］=70°~80°

三、基圆半径的确定一般可根据经验公式选择rb,即：

rb≥0.9ds+(7~10)第四节凸轮机构的结构和材料一、凸轮的结构根据凸轮尺寸大小、加工工艺及调整和更换的方便性等，可将凸轮设计成整体式或剖分式。二、凸轮的材料组成凸轮副的凸轮轮廓与从动件之间理论上是点接触或线接触。在载荷的作用下，接触处因弹性变形而形成一个微小的接触面，凸轮副材料在其上各自产生与接触面垂直的接触应力和与接触面平行的剪切应力。由于接触面很小，因而这种应力往往很大，而且在凸轮运转过程中这种应力是交变的。另外，凸轮轮廓与从动件在接触处存在相对运动，因此凸轮副又是一种摩擦副，凸轮轮廓和从动件的工作面必然会被磨损。针对凸轮机构的型式和工作状况，凸轮副的失效形式主要有磨损和疲劳点蚀，因此，这就要求凸轮和从动件应具有足够的强度和耐磨性。一般应使从动件上与凸轮相接触部分的硬度略低于凸轮的硬度，由于更换从动件比更换凸轮价廉且简便。第五节图解法设计盘形凸轮轮廓凸轮机构工作时，凸轮是运动的，绘在图纸上的凸轮是静止的，因此，绘制凸轮轮廓时采用反转法。根据相对运动原理，给整个机构加上一个公共角速度绕凸轮轴心O转动，各构件间的相对运动不变。若公共