第6章 凸轮机构 课件(6)

1、机械设计基础机械设计基础课件（课件（6）第第6 6章章 凸轮机构凸轮机构 11、主动凸轮、主动凸轮3、机架、机架2、从动件、从动件e第一节第一节 凸轮机构的基本类型及应用凸轮机构的基本类型及应用一、凸轮机构的应用一、凸轮机构的应用凸轮机构的组成：凸轮机构的组成：（1）主动凸轮）主动凸轮 （2）从动件）从动件（3）机架）机架高副高副运动演示运动演示eh单缸内燃机单缸内燃机靠模车削平底凸轮机构靠模车削平底凸轮机构 自动机床上的走刀机构121.1.按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类移动移动（板状）（板状）凸轮机构凸轮机构圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构盘形凸轮机构盘形凸轮机构1132e二、凸轮机构的分类二、凸

2、轮机构的分类移动从动件摆动从动件2.2.按从动件的运动方式分类按从动件的运动方式分类3.3.按从动件的形状分类按从动件的形状分类尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件第二节第二节 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 (P97页页)名词术语：名词术语： 基圆、基圆、推程运动角、推程运动角、基圆半径、基圆半径、推程、推程、远休止角、远休止角、回程运动角、回程运动角、回程、回程、近休止角、近休止角、r0hBots01010202000ADCB一、凸轮与从动杆的运动关系一、凸轮与从动杆的运动关系 名词：基圆名词：基圆 、基圆半径、基圆半径 rb 、凸轮转角、凸轮转角、 推程

3、、推程、 回程回程 、 升程升程h（动画演示）（动画演示） 、推程运动角、推程运动角 升升停停降降停型停型(RDRD)升升降降停型停型(RRD)升升停停降型降型(RDR)升升降型降型(RR)运动循环的类型运动循环的类型S S2( )S SS2( )S S2( )S 2( )1. 等速运动规律等速运动规律Sh001, 0, 01从图中可知从图中可知,起点和起点和终点瞬时加速度为终点瞬时加速度为无穷大，因此会产无穷大，因此会产生刚性冲击生刚性冲击,适用于适用于中、小功率和低场中、小功率和低场合。合。 1sva23546h/20 0h/2柔性冲击柔性冲击50分32、等加速等减速运动规律、等加速等减速

4、运动规律从图中可知，在从图中可知，在ABC三三处存在有限的突变，结处存在有限的突变，结果引起果引起柔性冲击柔性冲击。与等。与等速运动规律相比，其冲速运动规律相比，其冲击程度大为减少。因此，击程度大为减少。因此，适用于中速、中载的场适用于中速、中载的场合。合。ACB3 3、余弦加速度（简谐）余弦加速度（简谐）运动规律运动规律123456av vs sh0123456Vmax=1.57h/0从图中可知，加速度从图中可知，加速度变化很缓，故为变化很缓，故为柔性柔性冲击，甚至无柔性冲冲击，甚至无柔性冲击击，可用于中、高速，可用于中、高速场合。场合。一、基本原理一、基本原理反转原理：反转原理：-给整个凸

5、轮机构施以给整个凸轮机构施以- -时，不影响各构件之间的相对运动，此时，时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。第三节第三节 图解法设计盘形凸轮轮廓曲线图解法设计盘形凸轮轮廓曲线12345678Ar0609090120-s12345 67 891011121314对心直动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮对心直动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径的基圆半径rb，角速度，角速度和推杆的运动规和推杆的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：设计步骤小结：选比例尺选比

6、例尺l作基圆作基圆r rb b。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。二、对心直动尖顶推杆盘形凸轮二、对心直动尖顶推杆盘形凸轮 60120909013578911 13 159111312141876543214131211109rbr0609090120-1234567891011121314设计步骤：设计步骤：选比例尺选比例尺l作基圆作基圆r rb b。反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。反向等分各运动角。原则是：陡密

7、缓疏。确定反转后，从动件滚子中心在各等份点的位置。确定反转后，从动件滚子中心在各等份点的位置。将各中心点连接成一条光滑曲线。将各中心点连接成一条光滑曲线。A作各位置滚子圆的内作各位置滚子圆的内( (外外) )包络线包络线( (中心轨迹的等距曲线中心轨迹的等距曲线) )。三、滚子直动从动件盘形凸轮三、滚子直动从动件盘形凸轮s 601209090135781 3 5 7 8911 13论轮廓理论轮廓实际轮廓实际轮廓1876543214131211109rbeA A-O O偏置直动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基偏置直动尖顶推杆凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径圆半径rb，角速

8、度，角速度和推杆的运动规律和偏心和推杆的运动规律和偏心距距e，设计该凸轮轮廓曲线。，设计该凸轮轮廓曲线。四、偏置从动件盘形凸轮四、偏置从动件盘形凸轮s 601209090135781 3 5 7 8911 13 1591113121412345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k15123456781514131211109第四节第四节 凸轮机构设计中应注意的问题凸轮机构设计中应注意的问题上述设计廓线时的凸轮结构参数上述设计廓线时的凸轮结构参数rb、e、rr等，是预先等，是预先给定的。给定的。实际上，这些参数也是根据机构的受力情况

9、是否良好、实际上，这些参数也是根据机构的受力情况是否良好、动作是否灵活、尺寸是否紧凑等因素由设计者确定的。动作是否灵活、尺寸是否紧凑等因素由设计者确定的。二、压力角的校核二、压力角的校核一、滚子半径的确定一、滚子半径的确定三、基圆半径的确定三、基圆半径的确定实际轮廓线的曲率半径，实际轮廓线的曲率半径，理论轮廓线的曲率半径，理论轮廓线的曲率半径， rT滚子半径滚子半径rT rT rT rT rT0rT rTrT rT0.8 min凸轮机构的压力角 压力角压力角, 指在不考虑摩擦力的情指在不考虑摩擦力的情况下况下, 凸轮对从动件作用力的方向凸轮对从动件作用力的方向与从动件上力作用点的速度方向之与从

10、动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角间所夹的锐角 F=Fcos F”=Fsin二、二、 压力角的校核压力角的校核1、压力角与自锁、压力角与自锁FF”FF是推动从动件移动的有效分力是推动从动件移动的有效分力，F”是引起导路中摩擦阻力的有害分力是引起导路中摩擦阻力的有害分力，F，F” 当当 F”增大到一定值时，有引起的摩擦阻力超过有效分增大到一定值时，有引起的摩擦阻力超过有效分力力 ，此时凸轮无法推动从动件运动，机构发生自锁，此时凸轮无法推动从动件运动，机构发生自锁推程：推程： 移动从动件移动从动件=30摆动从动件摆动从动件 =45回程：回程：=80工程上要求：工程上要求：max FF”F三、基

11、圆半径的确定三、基圆半径的确定由图可得偏心、对心直动滚子从动件盘形凸轮机构在由图可得偏心、对心直动滚子从动件盘形凸轮机构在推程任一位置时压力角的表达式为推程任一位置时压力角的表达式为 分析结果：分析结果： 基圆半径越大，压力角越小。基圆半径越大，压力角越小。从从传力的角度来看，基圆半径越大越好；传力的角度来看，基圆半径越大越好；从机构紧凑的角度来看，基圆半径越从机构紧凑的角度来看，基圆半径越小越好。小越好。 在设计时，应在满足许用压力角在设计时，应在满足许用压力角要求的前提下，选取最小的基圆半径要求的前提下，选取最小的基圆半径。 ttOPnnBeSS0vCrrb 1123压力角压力角 FF”B

12、0FF”F选择题：选择题：1. 对于较复杂的凸轮轮廓曲线，也能准确地获得所需要对于较复杂的凸轮轮廓曲线，也能准确地获得所需要的运动规律。的运动规律。 a尖顶从动件尖顶从动件 b滚子从动件滚子从动件c平底从动件平底从动件 d. 以上均不对以上均不对2. 凸轮压力角的大小与基圆半径的关系凸轮压力角的大小与基圆半径的关系是是 。 a基圆半径越小，压力角越小基圆半径越小，压力角越小 b基圆半径越大，压力角越小基圆半径越大，压力角越小c. 基圆半径越小，压力角越大基圆半径越小，压力角越大 d. 基圆半径越大，压力角越大基圆半径越大，压力角越大3. 压力角增大时，对压力角增大时，对 。 a凸轮机构的工作不

13、利凸轮机构的工作不利 b. 凸轮机构的工作有利凸轮机构的工作有利c. 凸轮机构的工作无影响凸轮机构的工作无影响 d. 以上均不对以上均不对 如下图所示，为凸轮从动件的如下图所示，为凸轮从动件的 两种运动规律的曲线，其中两种运动规律的曲线，其中 产生刚性冲击的运动规律是产生刚性冲击的运动规律是 。a.(1) b.(2) c.(1)和和(2) d.都不是都不是二、判断题（你认为对的打二、判断题（你认为对的打，错的打，错的打）1、 凸轮机构的压力角越大，传力性能越好。凸轮机构的压力角越大，传力性能越好。 （ ）2、 凸轮机构出现自锁是由于驱动力小造成的。凸轮机构出现自锁是由于驱动力小造成的。 （ ）

14、3、 当滚子半径当滚子半径rT min时，从动件会产生时，从动件会产生“运动失真运动失真” 。 ( ) 小结：小结：在进行凸轮廓线设计之前，需要先确定在进行凸轮廓线设计之前，需要先确定r rb b ,而在定而在定r rb b时，时，应考虑结构条件（不能太小）、压力角、工作轮廓是否失真等因应考虑结构条件（不能太小）、压力角、工作轮廓是否失真等因素。在条件允许时，应取较大的导轨长度素。在条件允许时，应取较大的导轨长度L和较小的悬臂尺寸和较小的悬臂尺寸b。对滚子推杆，应恰当选取对滚子推杆，应恰当选取r rT T，对平底推杆，应确定合适的平底长，对平底推杆，应确定合适的平底长度度l。还要满足强度和工艺

15、性要求。还要满足强度和工艺性要求。 本章重点：本章重点：从动件运动规律：特性及作图法；从动件运动规律：特性及作图法；理论轮廓与实际轮廓的关系；理论轮廓与实际轮廓的关系；凸轮压力角凸轮压力角与基圆半径与基圆半径r rb b的关系；的关系；掌握用图解法设计凸轮轮廓曲线的步骤与方法；掌握用图解法设计凸轮轮廓曲线的步骤与方法；123456788765432191011121314151413121110 94.平底尺寸平底尺寸l 的确定的确定lmax作图法确定：作图法确定： l=2lmax+(57)mm一、凸轮机构常用材料一、凸轮机构常用材料 低速、中小载荷的一般场合，低速、中小载荷的一般场合，凸轮凸

16、轮采用采用4545钢、钢、40Cr40Cr表面淬火（硬度表面淬火（硬度525258HRC58HRC）, ,亦可采用亦可采用1515钢、钢、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi经渗碳淬火，硬度达经渗碳淬火，硬度达565662HRC62HRC。 滚子材料可采用滚子材料可采用20Cr20Cr，经渗碳淬火经渗碳淬火，表面硬度达表面硬度达565662HRC.62HRC.也可用滚也可用滚动轴承作为滚子，从动件接触端面：动轴承作为滚子，从动件接触端面：4545、T8T8、T10T10、T12T12，555562HRC62HRC。二、二、 凸轮机构的常用结构凸轮机构的常用结构 1.1.凸轮轴凸轮轴凸轮基圆较小时，凸轮和轴作成一凸轮基圆较小时，凸轮和轴作成一体。这种凸轮结构紧凑，工作可靠体。这种凸轮结构紧凑，工作可靠. . 凸轮轴凸轮轴 2.2.整体式凸轮整体式凸轮凸轮尺寸小无特殊要求的场合或凸轮尺寸小无特殊要求的场合或不经常装拆。不经常装拆。 3.3.组合式组合式组合式凸轮用螺组合式凸轮用螺栓将凸轮和轮毂联成一体，栓将凸轮和轮毂联成一体，可以方便地调整凸轮与可以方便地调整凸轮与从动件起始的相对位置