机械设计基础凸轮机构

1、第五章第五章 凸轮机构凸轮机构复复 习习1、什么是铰链四杆机构？2、铰链四杆机构有哪些基本类型？3、铰链四杆机构的类型如何判断？第一节第一节 凸轮机构概述凸轮机构概述应用实例应用实例绕绕线线机机构构配气机构配气机构靠模机构靠模机构进进刀刀机机构构1、凸轮：凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复移动。2、从动件：与凸轮轮廓接触的构件一般作往复直线运动或摆动，称为从动杆。3、机架： 从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线。从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线。组成组成优点优点: :只要正确地设计和制造出凸轮的只要正确地设计和制造出凸轮的 轮廓曲线，轮廓曲线，就能把凸轮的回转运动

2、准确可靠地转变为从动件所就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所预期的复杂运动规律的运动，而且设计简单预期的复杂运动规律的运动，而且设计简单; ;凸轮凸轮机构结构简单、紧凑、运动可靠。机构结构简单、紧凑、运动可靠。缺点缺点: :凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保持良好的润滑，容易磨损持良好的润滑，容易磨损。凸轮机构通常适用于传力不大的机械中。尤其广泛凸轮机构通常适用于传力不大的机械中。尤其广泛应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。 特点特点平面连杆机构和凸轮机构对比：平面连杆机构和凸轮机构对比：平面连杆机构虽然

3、应用广泛，但它只能近似地平面连杆机构虽然应用广泛，但它只能近似地实现给定的运动规律，且设计比较复杂。当从实现给定的运动规律，且设计比较复杂。当从动件须精确地按预定运动规律尤其是复杂运动动件须精确地按预定运动规律尤其是复杂运动规律工作时，则常采用凸轮机构。规律工作时，则常采用凸轮机构。 分类分类1. 1. 按凸轮的形状分：按凸轮的形状分：2. 2. 按从动杆运动形式分按从动杆运动形式分: :3. 3. 按从动杆形状分：按从动杆形状分：盘形凸轮、柱体凸轮盘形凸轮、柱体凸轮移动（直动）、摆动移动（直动）、摆动尖顶、滚子、平底尖顶、滚子、平底盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮小小 结结1、凸轮机构的基本组成、凸

4、轮机构的基本组成2、凸轮机构的应用特点、凸轮机构的应用特点3、凸轮机构的基本类型、凸轮机构的基本类型作业布置作业布置完成学案剩余练习完成学案剩余练习书后习题书后习题p107 1、2、32、推程及推程运动角dt，尖底偏置直动推杆盘形凸轮机构1、基圆：凸轮轮廓上最小向径 r0为半径的圆轮廓及从动件运动规律轮廓及从动件运动规律基本术语基本术语6、偏距e，偏距圆4、回程及回程运动角dh3、远休止角ds5、近休止角ds行程：h(最大位移)bc1s1ebthsho0rdcab推杆位移 s=f (t)特别，当凸轮匀速转动时：s = s (d)；v =v (d)； a =a (d)一般规律：上升停降停htas

5、cbhsds,tabdcs1batbsh0tsh推杆位移线图推杆的运动分析推杆的运动分析刚性冲击：由于加速度发生无穷大突度而引起的冲击称为刚性冲击,适用于低速凸轮机构适用于低速凸轮机构 。1、一次多项式运动规律（匀速运动规律）、一次多项式运动规律（匀速运动规律）00hshvva 等加速 等减速柔性冲击 ：加速度发生有限值的突变 适用于中、低速凸轮机构 222202244hshvhaa222222()4()4hshhvha 2、二次多项式运动规律（等加速等减速运动规律）、二次多项式运动规律（等加速等减速运动规律）3、五次多项式运动规律、五次多项式运动规律50540430361510hhhs+=3

6、-4-5多项式：既无刚性冲击亦无柔性冲击应用于高速凸轮在运动始末点（a、e点），加速度有变化柔性冲击，只适于中速；当从动件作连续升-降循环运动时， 加速度曲线连续，无 冲击，可用于高速凸 轮机构。2221(1 cos)2sin2cos2shvha 4、余弦加速度运动规律（简谐运动规律）、余弦加速度运动规律（简谐运动规律）asbvaa01234sr56ht,t,t运动特征：运动特征：没有冲击 6、组合运动规律、组合运动规律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用，组合时，两条曲线在拼接处必须保持连续。5、正弦加速度运动规律（摆线运动规律）、正弦加速度运动规律（摆线运动规律）设计

7、方法：作图法，解析法已知 转向。作图法设计凸轮轮廓,0se反转法原理：设想凸轮固定不动，从动件一方面随导路绕凸轮轴心反方向转动，同时又按给定的运动规律在导路中作相对运动，从动 件尖底的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。5876r0o1234凸轮廓线设计凸轮廓线设计4.3.2图解法1.尖底对心移动尖底对心移动推杆推杆盘形凸轮轮廓设计盘形凸轮轮廓设计 如图所示，已知凸轮基圆半径rb、从动件运动规律及角速度， 凸轮顺时针转动。则凸轮轮廓曲线设计步骤如下：1）选定适当的比例尺，作出从动件的位移曲线图 。2）以rb为半径作基圆 。3）在基圆上，依次取推程角、回程运动角及近程休止角。 4）量取从动件在各位置的位

8、移量 5) 将 a0 、a1、a2 、a3 、连成光滑曲线，即得到所求的凸轮轮廓 。60cb81c1801802o121sc3b3c2b2r03060907436598708h36456bb4b154c5c30c690okec787b(c )bb100c9b9232.尖底移动推杆盘形凸轮轮廓设计尖底移动推杆盘形凸轮轮廓设计从动件导路与凸轮回转中心的偏距从动件导路与凸轮回转中心的偏距e凸轮基圆半径凸轮基圆半径rb 凸轮以等角速度凸轮以等角速度 逆时针方向转动逆时针方向转动从动件的位移线图转向从动件的位移线图转向步骤： 以以o为圆心作基圆和偏距圆为圆心作基圆和偏距圆 确定从动件起始位置确定从动件起

9、始位置c。使从。使从动件中心线与偏距圆切于动件中心线与偏距圆切于a点，点，并与基圆交于并与基圆交于c点。点。 将运动线图分成若干等分，将运动线图分成若干等分，并将偏距圆自并将偏距圆自a点沿顺时针方点沿顺时针方向分成对应的等分向分成对应的等分a1、a2。erbcao过分点过分点a1、a2作偏距圆切线，交基圆于作偏距圆切线，交基圆于b1、b2等点。等点。从动件尖底从从动件尖底从b1点沿切线方向移动点沿切线方向移动s1到到c1点，从点，从b2移动移动s2到到c2点点，用光滑曲线连接，用光滑曲线连接c-c1-c2，此曲线为凸轮轮廓曲线。，此曲线为凸轮轮廓曲线。（3）在理论轮廓上画出一系列滚子， 画出滚

10、子的内包络线 实际轮廓曲线。bb45b3b67bbb20roe91b0bb8注意：设计滚子推杆凸轮机构时，凸轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的基圆半径。（1）去掉滚子，以滚子中心为尖底。（2）按照上述方法作出轮廓曲线 理论轮廓曲线3、滚子推杆、滚子推杆r0b0b1b2b3b45bb6b7b80robb（1）取平底与导路的交点b0为参考点（2）把b0看作尖底，运用上述方法找到b1、b2（3）过b1、b2点作出一系列平底，得到一直线族。作出直线族的包络线，便得到凸轮实际轮廓曲线。4、平底推杆、平底推杆已知：已知： 凸轮轴心与从动件的回转中心距凸轮轴心与从动件的回转中心距a 凸轮基圆半径凸轮基圆半径rb

11、，从动件长，从动件长 l 凸轮以等角速度凸轮以等角速度 逆时针方向转动逆时针方向转动 从动件的位移线图从动件的位移线图5、摆动推杆盘形凸轮机构、摆动推杆盘形凸轮机构78max6123456008956430211803907o8a0d119a00bcb112c2d2b2co603c3baaa1d37b99cb8c830r0c45c7c64bc3906a7ba56bb54aaa3a2180 步骤： 以凸轮中心以凸轮中心o为圆心，以为圆心，以rb、a为半径作基圆及中心圆。为半径作基圆及中心圆。 在中心圆上取一点在中心圆上取一点o1为从动件转动中心的起始位置，以为从动件转动中心的起始位置，以o1为圆

12、心以为圆心以l为半径画弧交基圆于为半径画弧交基圆于ao，则，则o1ao为摆动从为摆动从动件的起始位置。动件的起始位置。 将运动线图的横坐标分成若干等分（如图）。以将运动线图的横坐标分成若干等分（如图）。以o1为起为起点沿顺时针方向把中心圆分成与运动线图对应的等分点沿顺时针方向把中心圆分成与运动线图对应的等分o1、o2。 以以o1为圆心，以为圆心，以l为半径画弧，交基圆于为半径画弧，交基圆于c1，作，作 c1 o1a1= 1，交弧于，交弧于a1点，点，a1为凸轮廓线上一点。同理为凸轮廓线上一点。同理可求出可求出a2、a3等点。平滑联结等点。平滑联结a0、a1、a2成成曲线，此曲线为所求凸轮的轮廓

13、曲线。曲线，此曲线为所求凸轮的轮廓曲线。一、凸轮机构压力角的确定一、凸轮机构压力角的确定压力角：不考虑摩擦时，压力角：不考虑摩擦时，凸轮对从动件的正压力凸轮对从动件的正压力（沿（沿nn方向）与从动件方向）与从动件上力作用点的速度方向所上力作用点的速度方向所夹的锐角。夹的锐角。压力角越小，推动从动件压力角越小，推动从动件的有效分力越大，机构受的有效分力越大，机构受力情况越好，效率越高。力情况越好，效率越高。凸轮机构基本尺寸确定凸轮机构基本尺寸确定为改善凸轮受力情况，在结构允许条件下，为改善凸轮受力情况，在结构允许条件下，尽可能尽可能 导轨长度导轨长度lb和和 悬臂尺寸悬臂尺寸la。 若其它条件不

14、变，若其它条件不变， ，则推力，则推力f 。 lim 机构自锁，机构自锁， 许用压力角许用压力角 lim 工作行程：移动从动件工作行程：移动从动件 30 ， 摆动从动件摆动从动件 45 回回 程：程： 70 80 2cos()(1) sin()0ablfl2cos()(1)sin()qabfflfl二、基圆半径的确定二、基圆半径的确定 知：知： rb rb 2tan()()kkkbkbkbkdsdsvdtddrsrsrsdt21tan()tankkbkvvrs 三、滚子半径的确定三、滚子半径的确定 滚子半径滚子半径rr、实际廓线曲率半径、实际廓线曲率半径 c、 理论廓线曲率半径理论廓线曲率半径

15、 对于内凹的理论轮廓曲线对于内凹的理论轮廓曲线 不论滚子半径多大，实际轮廓曲线总可不论滚子半径多大，实际轮廓曲线总可以作出来。以作出来。 rcr对于外凸的理论轮廓曲线对于外凸的理论轮廓曲线 1. rr0 ，实际轮廓曲线，实际轮廓曲线可以作出。可以作出。 rcr2. rr= 、 c =0 ，实际轮廓曲线出现一，实际轮廓曲线出现一尖点，易磨尖点，易磨 损。损。c）图）图3. rr 、 c 0 ，产生交叉的实际轮，产生交叉的实际轮廓曲线，得不到完整的轮廓曲线，从动廓曲线，得不到完整的轮廓曲线，从动件运动将会失真。件运动将会失真。d）图）图结论结论 滚子半径滚子半径rr必须小于凸轮理论轮廓线外凸必须小于凸轮理论轮廓线外凸部分的最小曲率半径部分的最小曲率半径 可根据经验公式选取