第三章凸轮机构

1、31 凸轮机构的组成和应用凸轮机构的组成和应用 第三章第三章 凸轮机构凸轮机构 32 凸轮和从动件常用的类型及特点凸轮和从动件常用的类型及特点 本章要点本章要点 33 从动件运动规律及受力分析从动件运动规律及受力分析 3-1 凸轮机构的组成和应用凸轮机构的组成和应用 一、一、凸轮机构的组凸轮机构的组成成 二、二、凸轮机构的应凸轮机构的应用用 凸轮是一个具有凸轮是一个具有 曲线轮廓的构件。曲线轮廓的构件。 含有凸轮的机构称含有凸轮的机构称 为凸轮机构。它由为凸轮机构。它由 凸轮凸轮1 1、从动件从动件2 2和和 机架机架3 3组成。组成。 一、凸轮机构的组成一、凸轮机构的组成 二、凸轮机构的应用

2、二、凸轮机构的应用 内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构 凸轮机构是机械中的一种常用机构，在自动化和半凸轮机构是机械中的一种常用机构，在自动化和半 自动化机械中应用十分广泛。自动化机械中应用十分广泛。主要用主要用于：受力不大的于：受力不大的控控 制机构制机构或或调节机构调节机构。 自动送料机构自动送料机构 柴油机启动空气柴油机启动空气 分配系统、燃油分配系统、燃油 喷射系统喷射系统 车床自动进刀机构车床自动进刀机构 一、凸轮机构的特点一、凸轮机构的特点 二、二、凸轮和从动件常用的类型凸轮和从动件常用的类型 3232凸轮及从动件的类型及特点凸轮及从动件的类型及特点 一、凸轮机构的特点一、凸轮机构

3、的特点 优点：优点：只需确定适当的凸轮轮廓曲线，只需确定适当的凸轮轮廓曲线， 即可实现从动件复杂的运动规律；结即可实现从动件复杂的运动规律；结 构简单，运动可靠。构简单，运动可靠。 缺点：缺点：从动件与凸轮轮廓为点接触或从动件与凸轮轮廓为点接触或 线接触，接触应力大，易磨损线接触，接触应力大，易磨损 用途：用途：常用于传力不大的控制机构。常用于传力不大的控制机构。 二、凸轮机构的分类二、凸轮机构的分类 1、按凸轮的形状分、按凸轮的形状分 （1）盘形凸轮）盘形凸轮 （2）移动凸轮）移动凸轮（3）圆柱凸轮）圆柱凸轮 绕固定轴线转动绕固定轴线转动 并具有半径变化并具有半径变化 的盘形零件。的盘形零件

4、。 回转中心趋于无回转中心趋于无 穷远，凸轮沿机穷远，凸轮沿机 架作直线运动。架作直线运动。 将移动凸轮卷将移动凸轮卷 成圆柱。成圆柱。 2 2、按从动件的型式分、按从动件的型式分 1、尖顶从动件、尖顶从动件 2、滚子从动件、滚子从动件 3、平底从动件、平底从动件 能与复杂凸轮轮能与复杂凸轮轮 廓保持接触，能廓保持接触，能 实现任意预期的实现任意预期的 运动规律，但点运动规律，但点 接触，磨损快。接触，磨损快。 尖顶处安装一滚尖顶处安装一滚 子，接触处为滚子，接触处为滚 动摩擦，耐磨损。动摩擦，耐磨损。 接触处为一平面，接触处为一平面， 但不能与凹陷的但不能与凹陷的 凸轮轮廓接触。凸轮轮廓接触

5、。 一、一、基本概念基本概念 二、二、从动件常用运动规律从动件常用运动规律 三、受力分析三、受力分析 32 32 从动件常用运动规律从动件常用运动规律 尖底直动从动件盘形凸轮机构尖底直动从动件盘形凸轮机构 基圆：基圆： 凸轮凸轮理论轮廓理论轮廓上最小向径为半径所画的圆。上最小向径为半径所画的圆。 一、基本概念一、基本概念 偏距偏距e： 从动件导路从动件导路偏离偏离凸轮凸轮回转中心的距离回转中心的距离。 w w O O rmin w w rmin O O e e 3 3、推程：、推程： 4 4、升程：、升程： 从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的 运动规律由离回转

6、中心最近位置运动规律由离回转中心最近位置A到达到达 最远位置最远位置B的过程。的过程。 从动件在推程中所走过的距离从动件在推程中所走过的距离h。 5、推程角：、推程角： 6、远停程角：、远停程角： = AOB（升程角）（升程角） 与推程相应的凸轮转角与推程相应的凸轮转角。 S = BOC 从动件在最远位置停止不动所从动件在最远位置停止不动所 对应的凸轮转角对应的凸轮转角s。 w w A A B B rmin O O B B C C D D s h 9、近停程角：、近停程角： 8、回程角：、回程角： =COD s =AOD 7 7、回程：、回程： 从动件在弹簧力或重力作用下，以一从动件在弹簧力或

7、重力作用下，以一 定的运动规律回到起始位置的过程。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与回程相应的凸轮转角 。 从动件在最近位置停止不从动件在最近位置停止不 动所对应的凸轮转角动所对应的凸轮转角s。 s w w A A BB rmin O O B B C C D D s h 从动件位移线图从动件位移线图 2 以纵坐标代表从动件位移以纵坐标代表从动件位移s ，横坐标代表凸轮转角，横坐标代表凸轮转角 或或t，所画出的位移与转角之间的关系曲线。，所画出的位移与转角之间的关系曲线。 10、从动件位移线图从动件位移线图： 上升上升停停降降停停 t s A BC D h 2p2p ss

8、A 从动件位移线图决定于从动件位移线图决定于 凸轮轮廓曲线的形状。凸轮轮廓曲线的形状。 s w w A A BB rmin O O B B C C D D s h 1 1、推程：、推程： 2 2、升程：、升程： 3、 推程角：推程角： 4、 远停程角：远停程角： 7、近停程角：、近停程角： 6、 回程角：回程角： 5 5、 回程：回程： ABAB 对心尖顶直动从动件盘形凸轮对心尖顶直动从动件盘形凸轮 CDCD h s s s A A BB rmin O O B B C C D D s h 二、从动件常用运动规二、从动件常用运动规 律律 1 1、匀速运动规律（推程段）、匀速运动规律（推程段） s

9、2 h tO v2 t v0 O a2 - O t 刚性冲击：刚性冲击： 由于加速度发生无穷大由于加速度发生无穷大 突度而引起的冲击称为突度而引起的冲击称为 刚性冲击刚性冲击。 适宜于适宜于低速低速和质量较小和质量较小 的凸轮机构的凸轮机构. 2 2、等加速等减速运动规律、等加速等减速运动规律 a v O 12 j,t j,t j,t s h 3 456 1 9 4 1 0 4 A 0 a BC 柔性冲击柔性冲击 ： 加速度发生有限值的突加速度发生有限值的突 变变 （适用于（适用于中速中速轻载场轻载场 合）合） 3 3、简谐运动、简谐运动 a v j j,t j,t j,t s h 1O2 3

10、 45 6 1 2 3 4 5 q s 加速度曲线为不连续余加速度曲线为不连续余 弦曲线，在开始和终止弦曲线，在开始和终止 两点处有突变，也会产两点处有突变，也会产 生生柔性冲击柔性冲击。只适用于。只适用于 中速中速场合。场合。 三、三、组合运动规律简介组合运动规律简介 为了获得更好的运动特征，可为了获得更好的运动特征，可 以把上述几种运动规律组合起来应以把上述几种运动规律组合起来应 用，组合时，两条曲线在拼接处必用，组合时，两条曲线在拼接处必 须保持连续。须保持连续。 4 4、摆线运动、摆线运动 加速度曲线为连续正弦加速度曲线为连续正弦 曲线，曲线，既无刚性冲击，既无刚性冲击， 又无柔性冲击

11、又无柔性冲击，可用于，可用于 较高速度的凸轮机构。较高速度的凸轮机构。 三、受力分析三、受力分析 、压力角与作用力的关系压力角与作用力的关系 、压力角与凸轮机构尺寸的关系压力角与凸轮机构尺寸的关系 、压力角与作用力的关系、压力角与作用力的关系 压力角压力角: 从动件上的驱动力与从动件上的驱动力与 该力作用点绝对速度之间该力作用点绝对速度之间 所夹的锐角。所夹的锐角。 凸轮机构的压力角：凸轮机构的压力角： 从动件运动方向从动件运动方向 与其受力方向之间所与其受力方向之间所 夹的锐角。夹的锐角。 C B S2 e O v rmin w w1 1 2 1 3 n n F P C B S2 e O v

12、 rmin 1 1 2 1 3 n n F F F P 力力 F 分解为沿从动件运动分解为沿从动件运动 方向的有用分力方向的有用分力 F 和使从动件和使从动件 紧压导路的有害分力紧压导路的有害分力 F 。 F F tg 1、 F一定时，一定时， 压力角压力角越越 大大 ，有害分力，有害分力 F越大，机构越大，机构 的效率越低。的效率越低。 上式表明：上式表明： 2、 自锁：自锁：当当增大到一定程度，增大到一定程度， 使有害分力使有害分力F在在导路中导路中所引起所引起 的摩擦阻力大于的摩擦阻力大于F 时，时， 无论凸轮加给从动件的作用力无论凸轮加给从动件的作用力 有多大有多大 ，从动件都不能运动

13、，这种现象称为，从动件都不能运动，这种现象称为自锁自锁。 、压力角与凸轮机构尺寸的关系、压力角与凸轮机构尺寸的关系 C B S2 e O v rmin 1 1 2 1 3 n n F F F P 在其它条件不变的在其它条件不变的 情况下，基圆半径越情况下，基圆半径越 小，压力角越大，机小，压力角越大，机 构越紧凑构越紧凑。 凸轮的轮廓上各点凸轮的轮廓上各点 的压力角是变化的，的压力角是变化的， 在设计时应使最大压在设计时应使最大压 力角不超过许用角。力角不超过许用角。 对于移动从动件其推程对于移动从动件其推程 许用压力角许用压力角=40=40. . 对于对于摆动摆动从动件其推程许从动件其推程许

14、 用压力角用压力角=50=50. . C B S2 e O v rmin 1 1 2 1 3 n n F F F P 习题：习题：P.173 7-1、7-2、7-3 943978 一、一、直动从动件盘形凸轮轮廓绘制直动从动件盘形凸轮轮廓绘制 二、二、摆动从动件盘形凸轮轮廓绘制摆动从动件盘形凸轮轮廓绘制 34 图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线 凸轮设计的凸轮设计的基本原理基本原理 采用的是采用的是“反转法反转法”，即，即 凸轮轮廓设计中，是认为凸轮轮廓设计中，是认为 凸轮静止不动，从动件相凸轮静止不动，从动件相 对于凸轮轴心做反方向对于凸轮轴心做反方向 （反转）运动，并令从动（反转）

15、运动，并令从动 件相对其导路按给定的运件相对其导路按给定的运 动规律运动。动规律运动。 一、直动从动件盘形凸轮轮廓绘制一、直动从动件盘形凸轮轮廓绘制 2、再按空间尺寸要求决定凸轮的基圆半径。、再按空间尺寸要求决定凸轮的基圆半径。 1、根据工作要求先确定从动件运动规律。、根据工作要求先确定从动件运动规律。 步骤：步骤： 3、绘制出凸轮轮廓。、绘制出凸轮轮廓。 1、对心尖顶直动从动件盘状凸轮、对心尖顶直动从动件盘状凸轮 （ e 0） 已知：从动件位移线图、已知：从动件位移线图、 rmin、 凸轮凸轮 转向。转向。 用用作图法作图法设计凸轮轮廓设计凸轮轮廓 1、在位移曲线上将升程、回程角、在位移曲线

16、上将升程、回程角 和远、近休止角分别进行等分。和远、近休止角分别进行等分。 过等分点过等分点1、2.做纵坐标的平做纵坐标的平 行线，交从动件位移线图，分别行线，交从动件位移线图，分别 为为11，22 2、以、以rmin为为半径作基圆，基圆与半径作基圆，基圆与 导路的交点导路的交点A0，就是从动件尖顶，就是从动件尖顶 的起始位置的起始位置 3、在基圆中，根据从动件运、在基圆中，根据从动件运 动规律作出对应升程角动规律作出对应升程角t 、 回程角回程角h、远休止角、远休止角s 和和近休近休 止角止角s 4、根据从动件各对应角的等分、根据从动件各对应角的等分 数等分基圆的角度，连接基圆圆数等分基圆的

17、角度，连接基圆圆 心与等分点心与等分点A1、 A2并延长并延长 O A1、 OA2、 5、量取各个位移量，、量取各个位移量， A1A1=11、 A2A2=22 A3A3=33、 ，得反转后尖顶的，得反转后尖顶的 一系列位置一系列位置A1 、A2 、A3 、 。 6、将、将A0、A1、A2 、A3 、 ，连，连 成光滑曲线，便得到所求的凸轮轮成光滑曲线，便得到所求的凸轮轮 廓。廓。 2、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮、偏置尖顶直动从动件盘形凸轮 （ e 0） 1 1、从动件在反转过程中，、从动件在反转过程中， 其导路始终与凸轮轴心保其导路始终与凸轮轴心保 持偏距持偏距e e。 2 2、一、一O O为

18、圆心及偏距为圆心及偏距e e为为 半径画出偏距圆切于从动半径画出偏距圆切于从动 件导路。件导路。以以rmin为为半径作半径作 基圆。基圆。 3 3、以下步骤与对心、以下步骤与对心尖顶尖顶 直动从动件盘形凸轮直动从动件盘形凸轮一样。一样。 对于滚子从动件的凸轮对于滚子从动件的凸轮 轮廓，是认为滚子中心就是轮廓，是认为滚子中心就是 尖顶，尖顶，求得的轮廓曲线是理求得的轮廓曲线是理 论轮廓论轮廓，用，用0表示；以理论表示；以理论 轮廓为中心，以轮廓为中心，以滚子半径为滚子半径为 半径作出的一系列圆的包络半径作出的一系列圆的包络 线线，为，为实际的凸轮轮廓，实际的凸轮轮廓，用用 表示。表示。 3、滚子直动从动件盘形凸轮、滚子直动从动件盘形凸轮 滚子从动件的凸轮基圆半滚子从动件的凸轮基圆半 径应当在径应当在理论轮廓理论轮廓上度量。上度量。 设计凸轮机构时应注意设计凸轮机构时应注意滚子半径滚子半径的问题：的问题： 1. 当当 minrT时，时， 0， 实际轮廓为平滑曲线；实际轮廓为平滑曲线； 设理论轮廓外凸部分的最小曲率半径用设理论轮廓外凸部分的最小曲率半径用 min表表 示，滚子半径用示，滚子半径用rT表示表示，则相应位置实际轮廓的曲则相应位置实际轮廓的曲 率半径率半径 minrT。 2. 2. min min=r =rT T时， 时， =0 =0，实