扬中职教中心机械设计基础课件13凸轮机构

凸轮机构扬中职教中心李见山第六章凸轮机构凸轮机构：是一种高副机构。广泛应用于各种机械，尤其是自动机械中。

基本内容：凸轮机构的应用和分类从动件的运动规律平面凸轮廓线设计平面凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构的组成凸轮机构的应用凸轮机构的分类§6.1凸轮机构的应用和分类

凸轮机构的组成凸轮机构的应用和分类1-凸轮2-气阀3-内燃机壳体

如图所示为内燃机中的配气凸轮机构。内燃机在燃烧过程中，驱动凸轮轴及其上的凸轮转动，并通过凸轮的曲线轮廓推动气阀2按特定的规律往复移动，从而达到控制燃烧室中进、排气的功能。凸轮机构的应用和分类1-圆柱凸轮2-摆杆3-滚子

如图所示为自动机床中的进刀凸轮机构。当圆柱凸轮绕其轴线转动时，通过其沟槽与摆杆一端的滚子接触，并推动摆杆绕固定轴按特定的规律作往复摆动，同时通过摆杆另一端的扇形齿轮驱动刀架实现进刀或退刀运动。凸轮机构的应用和分类凸轮从动件机架高副机构

凸轮：具有特定曲线轮廓或沟槽的构件，通常在机构运动中作主动件。从动件：与凸轮接触并被直接推动的构件。机架：支撑凸轮和从动件的构件。凸轮机构的应用凸轮机构的应用和分类自动送料凸轮1-圆柱凸轮2-直动从动件3-毛坯

1、实现预期的位置要求这种自动送料凸轮机构，能够完成输送毛坯到达预期位置的功能，但对毛坯在移动过程中的运动没有特殊的要求

凸轮机构的应用和分类绕线机凸轮1-凸轮2-摆动从动件3-线轴

2、实现预期的运动规律要求这种凸轮在运动中能推动摆动从动件2实现均匀缠绕线绳的运动学要求。

凸轮机构的应用和分类

3、实现运动要求这种凸轮机构能够实现气阀的运动要求。1-凸轮2-气阀3-内燃机壳体盘形凸轮：结构简单，易于加工。应用最为广泛移动凸轮：可视为盘形凸轮的回转轴心处于无穷远处时演化而成的圆柱凸轮：空间凸轮机构

盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮凸轮机构的分类凸轮机构的应用和分类1、按凸轮的形状分类2、按从动件的形状分类尖底从动件尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。凸轮机构的应用和分类

滚子从动件

凸轮与从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可用于传递较大的动力。凸轮机构的应用和分类

平底从动件从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力平稳，传动效率高，常用于高速场合。但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸。凸轮机构的应用和分类对心直动从动件偏置直动从动件凸轮机构的应用和分类从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线3、按从动件的运动形式分类直动从动件从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。凸轮机构的应用和分类摆动从动件凸轮机构的应用和分类4、按凸轮与从动件维持接触的方式分类力锁合：利用从动件自身重力、回复弹簧力或其它外力，使从动件与凸轮廓线始终保持接触(2)型锁合：利用构成高副元素本身的几何形状，使从动件与凸轮始终接触。盘形槽凸轮机构通过其沟槽两侧的廓线始终保持与从动件接触。基本概念从动件的常用运动规律运动规律特性分析选择或设计运动规律时需注意的问题组合型运动规律简介§6.2从动件的运动规律

基本概念从动件的运动规律

从动件的运动规律在凸轮廓线的推动下，从动件的位移、速度、加速度、跃度（加速度对时间的导数）随时间变化的规律，常以图线表示，又称为从动件运动曲线。一般假定凸轮轴作等速运转，故凸轮转角与时间成正比，因此凸轮机构从动件的运动规律通常又可以表示为凸轮转角的函数。尖底直动从动件的位移曲线从动件的运动规律从动件的运动规律基圆：凸轮上具有最小半径ro的圆推程与推程角：当凸轮廓线上的曲线段与从动件接触时，推动从动件沿导路由起始位置运动到离凸轮轴心最远的位置。从动件的这一运动行程称为推程。此过程对应凸轮所转过的角度称为推程角Φ，从动件沿导路移动的最大位移称为升距h。

远休止与远休止角：

当凸轮廓线上对应的圆弧段与从动件接触时，从动件在距凸轮轴心的最远处静止不动。这一过程称为远休止，此过程对应凸轮所转过的角度称为远休止角Φs

。从动件的运动规律近休止与近休止角:

当凸轮廓线上对应的圆弧段与从动件接触时，从动件处于位移的起始位置，静止不动，这一过程称为近休止。此过程对应凸轮所转过的角度称为近休止角Φ/s

。从动件的运动规律回程与回程角:当凸轮廓线上的曲线段与从动件接触时，引导从动件由最远位置返回到位移的起始位置。从动件的这一运动行程称回程，此过程对应凸轮所转过的角度称为回程角Φ/。等速运动规律

一次多项式运动规律的一般表达式为由于一次多项式函数的一阶导数为常数，故通常又称为等速运动规律。其运动方程和运动线图如下所示从动件的运动规律从动件常用运动规律等速运动规律运动线图推程运动方程从动件的运动规律

由于加速度无穷大而产生的冲击称为刚性冲击。当然，在实际的凸轮机构中由于构件的弹性、阻尼等多种因素，不可能产生无穷大的惯性力。这种运动规律通常只适用于低速轻载的工况下，或是对从动件有实现等速运动要求的场合从动件的运动规律2.抛物线运动规律

工程中通常采用在从动件的一个运动行程中（推程或回程），前半段采用等加速，后半段采用等减速，其位移曲线为两段光滑相连的反向抛物线，故有时又称为抛物线运动规律。其运动方程和运动线图如下所示

从动件的运动规律速度曲线连续，而加速度曲线在运动的起始、中间点和终点处不连续。将这种由于有限值的加速度突变而产生的冲击称为柔性冲击。适用于中、低速轻载。推程运动方程等加速等减速运动规律运动线图

从动件的运动规律从动件的运动规律二、三角函数运动规律1、简谐运动规律图a所示为描述简谐运动轨迹的示意图。图中横坐标为凸轮转角，纵坐标为从动件位移s

。设当质点沿圆周转过任一角度时，对应凸轮的转角为，则质点沿圆周等速运动时向纵坐标方向的投影，即为简谐运动规律的位移曲线。简谐运动规律运动线图从动件的运动规律2、摆线运动规律图a所示为描述摆线运动轨迹的示意图。由解析几何可知，当一个半径为R的滚圆，沿纵坐标从起始点A0

匀速纯滚动时，圆周上点A的运动轨迹即为摆线，而点A的运动轨迹向纵坐标方向的投影即构成摆线运动规律。

摆线运动规律运动线图从动件的运动规律从动件常用运动规律特性比较及适用场合

选择和设计运动规律时需注意的问题根据工作要求选择或设计运动规律当工作场合对从动件运动规律有特殊要求，且凸轮转速不太高时，从动件运动规律的选择或设计，应在满足工作要求的基础上，考虑动力特性等其他因素。从动件的运动规律在工程实际中需针对具体的设计问题，在综合考虑运动学、动力学等多方面因素的基础上来选择或设计从动件的运动规律。凸轮廓线设计的基本原理——反转法用作图法设计凸轮廓线§6.3平面凸轮廓线设计凸轮廓线设计的基本原理——反转法平面凸轮廓线设计为了便于绘出凸轮轮廓曲线,应使工作中转动着的凸轮与不动的图纸间保持相对静止。如果给整个凸轮机构加上一个与凸轮转动角度ω数值相等、方向相反的“-ω”角速度,

则凸轮处于相对静止状态。从动件尖底的运动轨迹就是凸轮的廓线

１、尖底从动件盘形凸轮已知：凸轮以等角速度顺时针方向转动，凸轮基圆半径ro，导路与凸轮回转中心间的相对位置及偏距e,从动件的运动规律。

用作图法设计凸轮廓线一、直动从动件盘形凸轮廓线设计平面凸轮廓线设计设计步骤１、作从动件的位移线图２、确定从动件尖底的初始位置３、确定导路在反转过程中的一系列位置４、确定尖底在反转过程中的一系列位置５、绘制凸轮廓线２、滚子从动件盘形凸轮已知：凸轮以等角速度顺时针方向转动，凸轮基圆半径ro，导路与凸轮回转中心间的相对位置及偏距e，滚子半径为r,从动件的运动规律。

平面凸轮廓线设计凸轮的理论廓线：根据滚子中心的运动轨迹设计出的廓线凸轮的实际廓线：与滚子直接接触的廓线过程中的一系列位置注意：基圆是指凸轮理论廓线上由最小半径所作的圆从动件端部的滚子与凸轮实际廓线的接触点会随凸轮的转动而不断变化。补充：平面凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构的压力角凸轮基园半径的确定滚子半径的选择一、凸轮机构的压力角平面凸轮机构基本尺寸的确定压力角：从动件与凸轮在接触点处的受力方向与其在该点绝对速度方向之间所夹的锐角

1、压力角2、常见的盘形凸轮机构的压力角平面凸轮机构基本尺寸的确定3、压力角对凸轮机构受力的影响平面凸轮机构基本尺寸的确定其他条件相同时，压力角越大，推动从动件所需的作用力越大；当压力角非常大时，理论上作用力为无穷大时才能推动从动件，此时凸轮机构将发生自锁。4、许用压力角平面凸轮机构基本尺寸的确定许用压力角：为改善凸轮机构的受力情况、提高机械效率，规定了允许采用的最大压力角。

推程（工作行程）推荐的许用压力角为：直动从动件摆动从动件

回程（空回行程）平面凸轮机构基本尺寸的确定二、