4.凸轮机构.ppt

1、第四章 凸轮机构,学习要求： 1）了解凸轮机构的类型及特点。 2）掌握等速运动、等加速等减速运动规律的特点及位移线图的绘制方法，能分析凸轮机构产生刚性冲击或柔性冲击的原因。 3）掌握直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制方法。 4）掌握任意位置时凸轮机构压力角的绘制。了解选择滚子半径的原则、压力角与自锁的关系及基圆半径对压力角的影响等。,重点： 1）从动件常用的运动规律有哪些？有什么特点？ 2）凸轮机构的压力角与传动效率有什么关系？基园半径与压力角有什么关系？ 3）滚子从动件的滚子半径大小如何选择？ 4）直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制。,4-1 凸轮机构的应用和分类,一、组成及应用 凸轮、从动件、机架。,

2、凸轮机构主要的运动形式： 凸轮连续匀速转动（或往复直线运动） 从动件匀速或非匀速、连续或不连续的 往复直线运动或摆动(任意运动规律),内燃机凸轮配气机构,仿形刀架,自动送料,陶瓷压片机,绕线机构,二、凸轮机构的类型 1.按凸轮形状分 盘形凸轮是一个绕固定轴转动，并且其上有不同曲率半径的盘形零件。,移动凸轮当盘形凸轮的回转中心趣于无穷远时，则为移动凸轮，此时凸轮相对机架作直线运动。,圆柱凸轮在圆柱面上加工出曲线的工作表面，即为圆柱凸轮。也可视将移动凸轮绕一固定轴线卷成圆柱体而成。,2.按从动件的形状分 尖顶从动件： 点接触，磨损快，用于受力不大、低速的凸轮机构。 滚子从动件： 线接触，较尖顶耐磨

3、，可承受较大的载荷，应用较广。但实现的运动规律有限。 平底从动件： 传动效率高，接触处容易形成润滑油膜，适用于高速，但不能与凹陷的凸轮轮廓接触。,3.按从动件的运动形式分 直动从动件 摆动从动件,4.按从动件与凸轮回转中心的相对位置分 对心凸轮机构 偏置凸轮机构,5.凸轮与从动件维持高副接触的方法 (1) 力封闭法（力锁合）弹簧力、从动件重力或其它外力,(2)几何封闭法（型锁合）利用高副元素本身的几何形状,三、凸轮机构的优缺点 优点：只需适当的凸轮轮廓，便可使从动件实现任何形式的运动规律，且结构简单、紧凑，设计方便。 缺点：高副接触，易磨损，不宜传递很大的力。凸轮制造较复杂，精度要求高时需用数

4、控机床加工。 应用：自动化或半自动化机械中,4-2 从动件的常用运动规律,一、凸轮轮廓与从动件运动规律的关系,基本参数： 基圆以凸轮轮廓的最小向径为半径所作的圆，记为rb 。 推程运动角（升程运动角）fh 升程h从动件的最大位移。 远休止角fs 回程运动角fh 近休止角fs,凸轮轮廓的形状决定了从动件的位移图（运动规律），从动件不同的运动规律要求凸轮具有不同的轮廓曲线。 从动件的运动规律由机械的工作要求确定。,二、从动件常用的运动规律 1.等速运动规律 运动规律线图及绘制。,运动方程：,特点：从动件在运动的开始和终止瞬时，速度发生突变，使加速度理论上为无穷大，导致从动件产生极大的惯性力，从而产

5、生强烈的冲击。 刚性冲击 应用：低速以及从动件质量不大的场合。,2.匀加速度匀减速度运动规律（抛物线运动规律） 运动规律线图及绘制。,特点：在行程开始和终止瞬时，加速度有突变，所以从动件也会对机构产生冲击，但冲击较刚性冲击小。 柔性冲击 应用：中速轻载的地方。,3.间谐运动规律（余弦加速度运动规律） 质点在圆周上作匀速运动，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动即为间谐运动。 特点：在行程的开始和终止瞬时有柔性冲击，但当加速度曲线保持连续时，则无冲击。 应用：可用于速度较高的凸轮机构中。,从动件运动规律的选择： 1）不严格要求运动规律时，为使加工方便，可用圆弧、直线或其他容易加工的直线。 2）有

6、一定运动规律要求时，则要按特定的运动规律来设计。 3）对转速较高的凸轮机构，为避免大的惯性力，即使对运动规律无特殊要求，也要考虑适当的运动规律来设计凸轮轮廓。,4-3 按已知运动规律绘制凸轮轮廓,凸轮轮廓的图解法设计原理“反转法” 根据相对运动原理，给整个机构一（-w1）的速度，机构各构件间的相对运动不变。,凸轮 不动 随机架以（ -w1）的速度绕O轴转动 从动件 在导杆中往复移动,从动件尖顶的运动轨迹 就是凸轮轮廓,一、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 1.尖顶从动件,2. 滚子从动件 以滚子中心为尖顶作理论轮廓，再以其上的各点为圆心，作一系列滚子圆，作滚子圆的内包络线即为实际轮廓。,3. 对心

7、直动平底从动件盘形凸轮的设计 以平底与导路的交点为为尖顶作理论轮廓，,为了保证在所有位置从动件平底都能与凸轮轮廓曲线相切，凸轮廓线必须是外凸的。,二、偏置直动从动件盘形凸轮的设计 尖顶从动件,设计要点： 1）由于采用的是反转法，所以在划分运动角度时，一定要沿已知的凸轮运动方向的相反方向进行，这样，凸轮机构才能按给定的运动规律运动。 2）弄清从动件与凸轮回转中心的相对位置。 3）对滚子或平底从动件，先作理论轮廓，再通过包络线作实际轮廓。,4-4 凸轮机构设计中应注意的问题,一、滚子半径及选择,从减小凸轮与从动件滚子间的接触应力来看，滚子半径越大越好，但是滚子半径增大后对凸轮的实际轮廓有很大的影响

8、产生运动失真。 滚子半径的选择: rT rmin 如rT过小，则不能满足安装和强度的要求，应增大基圆半径，重新设计轮廓。,二、压力角 压力角a：从动件的运动方向与接触处轮廓的法线方向之间所夹的锐角。,设计时，使： 推程：直动 摆动 回程：,压力角校核: max一般出现在 1）从动件的起点位置 2）从动件最大速度位置 3）凸轮轮廓向径变化最大部分 滚子从动件按理论轮廓校核 平底从动件一般=0，不需校核 若max : 1）增大基圆半径 2）偏置从动件,三、基圆半径 凸轮的基圆半径越小，其结构越紧凑；但凸轮机构的压力角越大，传动的效率越低，并且基圆半径对轮廓曲线的曲率有影响。 凸轮基圆半径的选择原则

9、：在允许的情况下，在满足压力角的条件下，尽可能取较小的基圆半径，以减小其结构。 推荐值：,课堂练习,一、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.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。 5.凸轮轮廓曲线是由 所决定的。,盘形,移动,圆柱,不变,从动件速度,受力,回程,推程,其凸轮的形状,二、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，其主要原因是 。 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。,C,C,A,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40减小为20，凸轮的尺寸会 。 A.减少； B.不变； C.增大。 三、判断题 1.凸轮机构是一