第4章凸轮机构及其设计

1、第4章 凸轮机构及其设计,制作人：谢晖,凸轮机构是由凸轮、从动件、机架以及附属装置所组成的高副机构。 当凸轮连续转动时，通过其曲线轮廓与从动件之间的高副接触，推动从动件，使其按所预定的规律进行往复运动。,4-1 凸轮机构的应用及分类,1、应用,靠模机构,配气机构,1、应用,进刀机构,1、应用,2、分类,按凸轮的形状分：,按从动杆运动形式分:,按从动杆形状分：,盘形、移动、圆柱,移动（直动）、摆动,尖顶、滚子、平底,3、特点,优点：结构简单，适当设计凸轮的轮廓曲线，可以使推杆得到各种预期的运动规律。 缺点：凸轮轮廓加工困难，凸轮与推杆之间为点或线的接触，磨损大，多用于传递动力不大的场合。,一、运

2、动过程分析,4-2 从动件的常用运动规律,二、从动件常用运动规律,（一）. 等速运动规律,推程运动方程：,推程运动线图,在起始和终止点速度有突变，使瞬时加速度趋于无穷大，从而产生无穷大惯性力，引起刚性冲击。,从动件的速度为常数的运动规律称为等速运动规律。,二、从动件常用运动规律,（二）. 等加速等减速运动规律,推程运动方程：,从动件在前半行程中作等加速运动，在后半行程中作等减速运动，而且加速度的绝对值相等的运动规律。,在起始和终止点加速度有突变，但数值有限，引起柔性冲击。,二、从动件常用运动规律,（三）、简谐运动规律,简谐运动规律是当动点在一圆周上作匀速运动时，由该点在此圆的直径上的投影所构成

3、的运动。,推程运动方程：,在起始和终止点加速度有突变，但数值有限，引起柔性冲击。,二、从动件常用运动规律,（四）、摆线运动规律,当一个滚圆在一直线上作纯滚动时，滚圆上一点所走过的轨迹。,推程运动方程：,推杆作正弦加速度运动时，其加速度没有突变，因而将不产生冲击，适用于高速凸轮机构。, 凸轮廓线的设计方法 ：,图解法；解析法,选择推杆运动规律的基本要求：,满足机器的工作要求； 使凸轮机构具有良好的动力特性； 使所设计的凸轮便于加工。,凸轮廓线设计方法：,反转法,假想给整个机构加一公共角速度-,则凸轮相对静止不动，而推杆一方面随导轨以-绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期的往复移动。推杆尖顶在这

4、种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。,反转法原理：,4-3 给定运动规律设计凸轮的轮廓曲线,一、直动从动件凸轮轮廓曲线设计,1、 对心尖顶移动从动件盘形凸轮,例: 已知 R0、H、的方向、从动杆运动规律和凸轮相应转角:,凸轮转角,从动杆运动规律,090 等速上升 H 90 150 远休止 150 210 等速下降 H 210 360 近休止,一、直动从动件凸轮轮廓曲线设计,2、对心滚子移动从动件盘形凸轮,1) 将滚子中心看作尖顶，然后按尖顶推杆凸轮廓线的设计方法确定滚子中心的轨迹，称其为凸轮的理论廓线；,2)以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径rr为半径，作一系列圆； 3) 再作此圆族的包络

5、线，即为凸轮工作廓线（实际廓线）。,一、直动从动件凸轮轮廓曲线设计,3、对心平底移动从动件盘形凸轮,1) 将平底与推杆导路与推杆的交点A视为推杆尖顶, 然后确定出点A在反转中各位置1、2、。 2) 过1、2、 作一系列代表推杆平底的直线； 3) 作出该直线族的包络线，即为凸轮的实际轮廓曲线。,一、直动从动件凸轮轮廓曲线设计,4、偏心尖顶移动从动件盘形凸轮,例. 已知: R0、H、e 、的方向、从动杆运动规律和凸轮相应转角:,凸轮转角,从动杆运动规律,0180 等速上升 H 180 210 远休止 210 330 等速下降 H 330 360 近休止,二、摆动从动件凸轮轮廓曲线设计,尖顶摆动从动

6、件盘形凸轮轮廓设计,作图步骤：（尖项从动件）,1、作角位移曲线，并等分。 2、以rb和中心距OA为半径作基圆和中心圆。并按-方向等分中心圆（份数同上）。得A1、A2 3、以中心圆等分点为圆心，摆杆长度为半径作弧，交基圆为B1、B2，连接A1B1、A2B2。,4、以A1B1、A2B2为起点，根据角位移曲线，作角1、2得点B1、B2。用光滑曲线将其连接即可得尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓。,二、摆动从动件凸轮轮廓曲线设计,设计要求： 运动规律与直动推杆的运动规律相同，所不同的是将从动件的位移改为角位移。,一、凸轮机构的压力角和自锁,1、压力角： 指推杆沿凸轮廓线接触点的法线方向与推杆速度方向之间所夹的锐角。,压力角,凸轮所受的压力可分解为：,有效分力,有害分力,4-4 凸轮机构设计中的几个问题,凸轮机构开始出现自锁的压力角称为极限压力角。如果压力角接近极限压力角的时候，即使没有发生自锁，但会导致驱动力急剧增大，严重磨损凸轮轮廓，效率也迅速降低。,2. 许用压力角,推程时： 对于直动推杆取30 38 对于摆动推杆40 50 【滚子可以取上限，一般取下限。】 回程时： 通常取70 80,max r时，a 0，实际廓线总可作出； = r，则 a =0，即实际廓线将出现尖点，如图所示，