《机械基础》课件-第5章凸轮机构

机械基础授课教师:XXX

授课日期:2020年X月X日连接学习目标了解凸轮机构的组成。了解凸轮机构的分类。熟悉不同形式凸轮的特点。掌握凸轮的各部分名称。熟悉凸轮机构从动件的常用运动规律。了解平面凸轮轮廓的绘制方法。5.1认识凸轮机构认识凸轮机构在一平板、圆柱或其他物体的面上，具有曲线的轮廓或曲线的凹槽，能借其回转运动，使从动件产生可预期的连续或不连续的运动，这种构件称为凸轮。凸轮传动是使从动件产生某种特定不规则运动的最简捷而准确的方法。例如，内燃机燃烧室的进、排气阀门，需要一定的时间开启或关闭，以供进气或排气，其阀门的开或关就是利用凸轮来控制的。图5-1所示为四行程内燃机。5.2凸轮机构的类型按凸轮形状分类1．盘形凸轮盘形凸轮是凸轮的最基本形式，是一个具有周缘曲线的平板，当其绕固定轴旋转时，能使从动件作直线往复运动或摇摆运动，如图5-2所示。此种凸轮设计简单，制造容易，应用极为广泛，例如内燃机引擎控制阀门启闭的凸轮，即为一盘形凸轮，如图5-3所示。按凸轮形状分类2．移动凸轮可将移动凸轮看成回转中心趋于无限远的盘形凸轮的一部分，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮。如图5-4所示，凸轮左右移动，而从动件则作上下往复运动。3．圆柱凸轮将移动凸轮卷在圆柱体上即形成圆柱凸轮，如图5-5所示。按从动件的形状分类1．尖顶从动件图5-6和图5-7所示分别为凸轮与从动件的接触形式为点接触和线接触，其从动件为尖顶从动件，这种从动件结构最简单，从动件的尖底能与任何形状的凸轮轮廓相配合，实现复杂的运动规律。按从动件的形状分类2．滚子从动件在从动件端上装上滚子，成为滚子从动件，则凸轮与从动件的接触为摩擦因数较小的滚动接触，可减少磨损，适合高速传动。图5-8所示是最常用的一种滚子从动件形式。3．平底从动件如图5-9所示，平底从动件与凸轮的周缘曲线相切而成滑动接触。这种从动件传动效率高，且接触面易于形成油膜，利于润滑，常用于高速凸轮机构。按从动件的运动形式分1．移动从动件图5-2所示的从动件为移动从动件，从动件沿导路按照一定的运动规律作直线往复移动。在移动从动件凸轮机构中，如果从动件导路的中心通过凸轮的回转中心，则称之为对心移动从动件凸轮机构；否则，称之为偏置移动从动件凸轮机构。按从动件的运动形式分2．摆动从动件图5-10所示为摆动从动件，从动件按照一定的运动规律绕自身轴线作往复摆动。为了使凸轮与从动件始终保持接触可利用重力、弹簧力或凸轮上的凹槽来实现。5.3凸轮机构的基本参数及从动件的常见运动规律凸轮机构的基本参数图5-11所示为一盘形凸轮，图中直线T—T为凸轮与从动件接触点处的切线，直线N—N为凸轮与从动件接触点处的公法线，凸轮的各部分名称及参数说明如下。凸轮机构的基本参数1．基圆以距凸轮轴心的最短距离为半径所画得的圆，作为设计凸轮周缘的基础，称为基圆，如图5-11所示的圆ABCA。2．迹点迹点为凸轮从动件上的一点，其位置视从动件的形式而异。1）尖顶从动件：在尖顶点。2）滚子从动件：在滚子中心点。3）平底从动件：在平板底线与从动件运动方向线的交点。凸轮机构的基本参数3．理论曲线理论曲线是指从动件的迹点按照预期的运动，凸轮所应具有的假想曲线。滚子从动件的滚子中心或尖底从动件的尖底，沿凸轮周缘所画出的路径曲线，即为理论曲线，如图5-11所示的环状双点画线部分。4．工作曲线工作曲线即凸轮的实际外形曲线，又称为凸轮轮廓。尖底从动件的凸轮，其工作曲线与理论曲线重合。凸轮机构的基本参数5．压力角凸轮与从动件接触点的公法线与从动件运动方向间的夹角，称为压力角，如图5-11所示的θ角。6．推程和推程角从动件从最低位置被凸轮轮廓以一定的运动规律推动上升至最高位置的过程称为推程，从动件在这个过程中走过的距离称为升程。其间凸轮所转过的角度，称为推程角，如图5-11所示的∠AOB。凸轮机构的基本参数7．回程和回程角凸轮继续回转，凸轮轮廓使从动件在弹簧力或重力作用下，以一定的运动规律自最高位置下降至最低位置的过程称为回程，其间凸轮所转过的角度，称为回程角，如图5-11所示的∠BOC。8．行程从动件最低位置与最高位置间的距离，称为行程，即凸轮最大半径与最小半径之差，如图所示B、D两点的直线距离BD。9．偏距从动件的中心线偏离凸轮转动中心的距离称为偏距。从动件的常见运动规律凸轮通常作等速圆周运动，而其从动件则因凸轮周缘形状的不同，可获得各种不同的运动方式，但一般常见的有等速运动、等加速等减速运动和简谐运动三种。1．等速运动等速运动是指当凸轮作等速回转时，其从动件在单位时间内上升或下降的位移皆相等。其位移图呈斜直线，因速度为等值，故速度图为一水平线，加速度则为零，如图5-12所示。从动件的常见运动规律2．等加速等减速运动在这种运动规律中，从动件在推程或回程的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且在通常的情况下，两部分的加速度都等于a，将加速度在推程前半段一次积分得到速度方程v=at，由此可以得到从动件的最大速度，从而可以画出由两段斜直线组成的速度线图。其位移线图由弯曲方向相反的两段抛物线组成，如图5-13所示。从动件的常见运动规律3．简谐运动一动点作等速圆周运动，其投影在直径上的往复直线运动，称为简谐运动。若以从动件的行程为直径画一半圆，并将半圆弧分成若干等份，而横坐标也分成相同数的等分格，自半圆弧上的等分点作水平线与横坐标上的对应等分线相交，将交点连接而成圆滑曲线，即得简谐运动的位移图，如图5-14所示。5.4图解法设计盘形凸轮的轮廓曲线反转法进行凸轮设计时，采用反转法。下面以图示的尖顶对心移动从动件盘形凸轮机构为例来说明其原理。1．凸轮转动的真实运动情况图5-15a展现的是凸轮转动时的真实运动情况：凸轮以等角速度ω绕轴O逆时针转动，推动从动件在导路中上、下往复移动。反转法2．采用反转法时凸轮机构的运动情况图5-15b展现的是采用反转法时凸轮机构的运动情况：现在设想凸轮固定不动，而让从动件连同导路一起绕O点以角速度（－ω）转过φ1角，此时从动件将一方面随导路一起以角速度（－ω）转动，同时又在