第三章凸轮机构

1、第三章第三章 凸轮机构凸轮机构3-1 凸轮机构的组成和应用凸轮机构的组成和应用一、凸轮机构的组成一、凸轮机构的组成二、凸轮机构的应用二、凸轮机构的应用 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

2、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、凸轮和从动件常用的类型二、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

3、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。 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

4、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。一、基本概念一、基本概念二、从动件常用运动规律二、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

5、。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 wO Orminw wrminO Oe e3 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

6、位置停止不动所对应的凸轮转角对应的凸轮转角s。w wA AB B rminO OB BC CD Dsh9、近停程角：、近停程角：8、回程角：、回程角： =CODs =AOD7 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。sw wA ABBrminO OB BC CD Dsh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

7、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tsABCDh2p2pssA 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。sw wA ABBrminO OB BC CD Dsh1 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 CDCDh s ssA ABBrminO OB B

8、C CD Dsh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）s2htOv2tv0Oa2-Ot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avO12j,tj,tj,tsh3456194104A0aBC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avjj,tj,tj,t

9、sh1O2345612345qs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、组合运动规律简介三、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，又无柔性冲击又无柔性冲击，可用于，可用于较高

10、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。 CBS2eOvrminw w1 1213nnF P CBS2eOvrmin1 1213nnF F F P 力力 F 分解为沿从动件运动分解为沿从动件运动

11、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，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 CB

12、S2eOvrmin1 1213nnF 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用压力角用压力角=50=50. . CBS2eOvrmin1 1213nnF F F P习题：习题：P.173 7-1、7-2、7-3943978一、直动从动件

13、盘形凸轮轮廓绘制一、直动从动件盘形凸轮轮廓绘制二、摆动从动件盘形凸轮轮廓绘制二、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）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

14、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11，222、以、以rmin为为半径作基圆，基圆与半

15、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s4、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=22A3A3=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、

16、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

17、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

18、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. minmin=r=rT T时，时， =0=0，实际，实际轮廓为一个尖点；轮廓为一个尖点；3. 3. minminrrT T时，时， 00，实际轮，实际轮廓发生相交，无法实现该廓发生相交，无法实现该运动规律。运动规律。 为了使凸轮轮廓既不为了使凸轮轮廓既不变尖，又不相交，滚子半径变尖，又不相交，滚子半径必须必须小于小于理论轮廓外凸部分理论轮廓外凸部分的最小曲率半径的最小曲率半径 min。4、平底直动从动件盘形凸轮、平底直动从动件盘形凸轮（3）过）过A1、A2点作出一系点作出一系列平底，得到一直线族。列平底，