10 第三章 凸轮机构

1、1.了解凸轮机构的类型及各类凸轮机构的特点和适用 场合。 2.掌握从动件的几种常用运动规律的特点和适用场合。,第三章 凸轮机构,凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从动件的高副接触，在运动时可以获得连续或不连续的任意预期运动。 凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。 由于凸轮机构具有多用性和灵活性, 因此广泛应用于机械、 仪器、 操纵控制装置和自动生产线中, 是自动化生产中主要的驱动和控制机构。但由于凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。,例一： 所示为内燃机配气凸轮机构。盘形凸轮1匀速转动, 通过其曲线轮廓向径的变化, 驱动从动件2按内燃机

2、工作循环的要求有规律地开启和闭合。,配气机构,内燃机配气凸轮机构模型,挑线机构,例二： 所示为靠模车削机构，工件1回转，凸轮3作为靠模被固定在床身上，刀架2在弹簧作用下与凸轮轮廓紧密接触。当拖板4纵向移动时，刀架2在靠模板（凸轮）曲线轮廓的推动下作横向移动，从而切削出与靠模板曲线一致的工件。,例三： 所示为一自动机床的进刀机构，当具有凹槽的圆柱凸轮1回转时，其凹槽的侧面迫使推杆2绕点C作往复摆动，从而控制刀架的进刀和退刀运动。,自动机床上的走刀机构模型,一、凸轮机构的应用,第一节 凸轮机构的应用和分类,凸 轮,从动件,机 架,缺点：凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易 于磨损，通常多用于传

3、力不大的控制机构中。,优点：结构简单，设计方便。,输料机构,陶瓷压片机的传动系统,内燃机的配气凸轮机构,凸轮机构的组成,凸轮机构的特点,二、凸轮机构的分类,凸轮机构分类,1.按凸轮的形状分,2.按从动件与凸轮 接触处结构形式分,4.按锁合方式分,盘形凸轮,移动凸轮,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,力锁合,形锁合,圆柱凸轮,3.按从动件运动 形式分,直动从动件,摆动从动件,凸轮机构的分类,1.按凸轮的形状分类,（1）盘形凸轮,凸轮最基本的形式。凸轮形状如盘，具有变化的向径。,（2）移动凸轮,凸轮形状如板，可看成是回转轴心位于无穷远处的盘形凸轮。当移动凸轮相对于机架作直线运动时，可推动从动件在

4、同一运动平面内运动。,（3）圆柱凸轮,凸轮形状如圆柱，凸轮的轮廓曲线作在圆柱体上，可看作 是将移动凸轮卷成圆柱体形成的。 这些凸轮机构中，凸轮与从动件之间的运动不在同一平面内， 属于空间凸轮机构。,2.按从动件与凸轮接触处机构形式分类,尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件,用于低速,应用最普遍,用于高速,盘形、移动和圆柱凸轮机构,尖顶、滚子和平底从动件凸轮机构,3.按从动件运动形式分类,（1）直动尖顶从动件,（2）摆动尖顶从动件,从动件作往复直线移动,从动件作往复摆动,直动滚子从动件,摆动平顶从动件,移动从动件 摆动从动件,1.力锁合： 靠重力、 弹簧力或其他外力使从动件与凸轮始终保持接触的凸轮

5、机构。,力锁合 几何锁合,等宽凸轮,沟槽凸轮,2.几何锁合：,（2) 形锁合,（1）力锁合,（重力、弹簧力）,几何锁合,r1+r2 =const,等宽凸轮,优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。,缺点：线接触，容易磨损。,主回凸轮,凸轮机构从动件的基本类型,2. 凸轮机构的特点 (1) 优点：只需确定适当的凸轮轮廓就可使从动件得到任意预期的运动规律，结构简单，体积较小，易于设计。 (2) 缺点：由于凸轮与从动件是高副接触，压力较大，易磨损，故不宜用于大功率传动；又由于受凸轮尺寸限制，凸轮机构不适用于要求从动件工作行程较大的场合。,材料,优缺点

6、,优点：1、结构简单、紧凑；2、设计较方便。3、易磨损,缺点：1、承载能力低，主要用于控制机构； 2、凸轮轮廓加工困难。,要求材料表面硬度高、耐磨、有足够的表面接触强度。,凸轮机构在工业上的应用,等径凸轮机构在机械加工中的应用,内燃机配气机构,绕线机机构,送料机构,装卸料传动机构,盘形凸轮机构在印刷机中的应用,圆柱凸轮机构在机械加工中的应用,弧面凸轮机构,空间凸轮机构,圆柱凸轮1,圆柱凸轮2,绕线机机构2,第二节 从动件的常用运动规律,凸轮机构的运动循环及基本名词术语,凸轮基圆、基圆半径 r0,偏距圆、偏距 e,从动件行程 h （从动件最大位移）,从动件推程 s1 （从动件远离凸轮轴心的行程）

7、,从动件回程 s2（从动件移近凸轮轴心的行程）,推程运动角1,回程运动角 3,从动件远休程 从动件距凸轮轴心最远处停留不动,远（近）休止角 2、 4,从动件位移,从动件近休程 从动件距凸轮轴心最近处停留不动,凸轮机构的运动循环及基本名词术语,1、基圆：,凸轮理论轮廓上最小向径为半径所画的圆。,2、偏距e：,从动件导路偏离凸轮回转中心的距离。,w,O,w,rmin,O,3、推程：,4、升程：,从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的 运动规律由离回转中心最近位置A到达 最远位置B的过程。,从动件在推程中所走过的距离h。,5、推程运动角：,6、远休止角：,1= AOB（升程角）,与推程相应的凸轮转角1。

8、,2 = BOC,从动件在最远位置停止不动所对应的凸轮转角2。,9、近休止角：,8、回程运动角：,3 =COD,4 =AOD,7、回程：,从动件在弹簧力或重力作用下，以一 定的运动规律回到起始位置的过程。,与回程相应的凸轮转角3。,从动件在最近位置停止不动所对应的凸轮转角4。,以纵坐标代表从动件位移s2 ，横坐标代表凸轮转角1或t，所画出的位移与转角之间的关系曲线。,10、从动件位移线图：,上升停降停,从动件位移线图决定于凸轮轮廓曲线的形状。,推程,回程,a1,2.1 直动从动件盘形凸轮机构轮廓曲线的绘制,2用图解法设计凸轮轮廓曲线,2.1.1尖端对心直动从动件盘形凸轮机构,作图法设计凸轮机构

9、,a2,一、压力角与作用力的关系,压力角:,从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角。,凸轮机构的压力角：,接触点法线与从动件上作用点速度方向所夹的锐角。,凸轮机构的压力角和基圆半径的选择,F,P,力 F 分解为沿从动件运动方向的有用分力 F 和使从动件紧压导路的有害分力 F 。,F F tg ,1、 F一定时， 压力角越大 ，有害分力 F越大，机构的效率越低。,上式表明：,2、 自锁：当增大到一定程度， 使有害分力F在导路中所引起 的摩擦阻力大于F时， 无论凸轮加给从动件的作用力有多大 ，从动件都不能运动，这种现象称为自锁。,a3,第三节 凸轮机构的压力角和基圆半径的选择,凸轮机构

10、的压力角 凸轮对从动件的作用力与从动件上该力作用点的 绝对速度方向之间的夹角。,=,推程的许用压力角,摆动从动件,回程时,3040,=,4050,=,7080,二、凸轮的基圆半径,基圆半径越小，压力角越大。,设计时，在满足 ,的前提下，,考虑选择小的基圆半径。,习 题,1.与连杆机构相比，凸轮机构最大的缺点是 B。 A.惯性力难以平衡 B.点、线接触，易磨损 C.设计较为复杂 D.不能实现间歇运动,2.与其他机构相比，凸轮机构最大的优点是A 。 A.可实现各种预期的运动规律 B.便于润滑 C.制造方便，易获得较高的精度 D.从动件的行程较大,3.下述几种运动规律中，既不会产生柔性冲击也不会产

11、生刚性冲击，可用于高速场合的是B 。 A.等速运动规律 B.摆线运动规律 C.等加速等减速运动规律 D.简谐运动规律,5.在凸轮机构几种常用的推杆运动规律中，（ D ）只宜用于低速，（ B 和 C ）不宜用于高速，而（ A ）可在高速下应用。 A.正弦加速度运动规律 B .余弦加速度运动规律 C .等加速、等减速运动规律 D . 等速运动规律 6.滚子推杆盘形凸轮的基圆半径是从（凸轮回转中心 ）到（凸轮理论廓线）的最短距离。,4.对心直动尖顶推杆盘型凸轮机构的推程压力角超过许 用值时，可以采用A 措施来解决。 A.增大基圆半径 B.改用滚子推杆 C.改变凸轮转向 D.改为偏置直动尖顶推杆,1.

12、 填空题 (1) 按凸轮形状来分，凸轮机构可分为 、 及 三类。 (2) 在凸轮的休止角范围内，随凸轮的转动，从动件的运动 位置 。 (3) 凸轮机构的压力角指的是凸轮机构中 的 方 向线与其 方向线之间所夹的锐角。 (4) 变转动为移动的机构有 及 机构。 (5) 依靠外力维持接触的凸轮机构，在 时发生自锁 的可能性很小，故对这类凸轮只需对其 压力角进行校核。 (6) 凸轮轮廓曲线是由 所决定的。,复习题, 选择题 (1) 在凸轮机构中，从动件按等加速等减速运动规律运动，会引起机构的 。 a没有冲击 b刚性冲击 c柔性冲击 (2) 在设计凸轮机构时，要求承载能力大，耐磨损，应采用 从动件。 a尖顶 b滚子 c平底 (3) 凸轮机构运动时，可能有很大冲击，其原因是 。 a从动件运动规律选择不当 b从动件往复运动的惯性 c凸轮转速较高 (4) 设计一对心直动从动件盘形凸轮机构，当其他条件不变时，最小传动角由40o减小为20o，凸轮的尺寸会 。 a减少 b不变 c增大,复习题, 问答题 (1) 凸轮机构是如何分类的？ (2) 从动件常用运动规律有哪几种？各有些什么特点？它们 对凸轮机构有何影响？ (3) 何谓凸轮机构的压力角？试作图说明。 (4) 何谓凸轮轮廓设计的反转法原理？ (5) 何谓凸轮的理论廓线和实际廓线？对滚子从动件盘形凸 轮机构，当已知理论