第十节-凸轮从动件运动规律与凸轮轮廓形状设计

1、1、根据工作要求，合理选择凸轮的形式和从动件形式，确定从动件的运动规律。2、根据容许的空间、从动件行程、凸轮形式等情况，合理确定凸轮的基圆半径。3、根据从动件的运动规律，用图解法设计凸轮轮廓。4、检查凸轮轮廓设计是否合理。5、设计结构和选择材料。3-3 3-3 用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线一、凸轮机构的一般设计步骤一、凸轮机构的一般设计步骤设计方法：图解法，解析法设计方法：图解法，解析法 假想给整个机构加一公假想给整个机构加一公共角速度共角速度- -w w, ,凸轮：相对静止不动凸轮：相对静止不动推杆：一方面随导轨以推杆：一方面随导轨以- -w w绕绕凸轮轴心转动凸

2、轮轴心转动另一方面又沿导轨作预期的另一方面又沿导轨作预期的往复移动往复移动推杆尖顶在这种复合运动中推杆尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。线。二、二、图解法设计凸轮轮廓曲线图解法设计凸轮轮廓曲线( (一一) )、图解法的原理图解法的原理设计凸轮廓线的图解法是根据反转法原理作出从动件推杆尖顶在反设计凸轮廓线的图解法是根据反转法原理作出从动件推杆尖顶在反转运动中依次占据的各位置，然后作出其高副元素所形成的曲线族；转运动中依次占据的各位置，然后作出其高副元素所形成的曲线族；并作从动件高副元素所形成的曲线族的包络线，即是所求的凸轮轮并作从动件高副元素所形成的曲线族的

3、包络线，即是所求的凸轮轮廓曲线。廓曲线。 ( (二二) )、图解法的方法和步骤图解法的方法和步骤1 1、对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构、对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构设计要求：已知凸轮的基圆半径为设计要求：已知凸轮的基圆半径为r r0,0,凸轮沿逆时针方向等速回转。凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆的运动规律如图所示。试设计该对心直动尖顶从动件盘形凸而推杆的运动规律如图所示。试设计该对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。轮机构的凸轮廓线。2 2、对心直动滚子从动件盘形凸轮机构、对心直动滚子从动件盘形凸轮机构 已知条件已知条件: : 凸轮的基圆半径为凸轮的基圆半径为r r0,0,滚子半径滚子半

4、径rrrr, ,凸轮沿逆时针方向等凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆的运动规律如图所示。试设计对心直动滚子从动件盘速回转。推杆的运动规律如图所示。试设计对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。形凸轮机构的凸轮廓线。3 3、对心直动平底从动件盘形凸轮机构、对心直动平底从动件盘形凸轮机构 已知条件已知条件: : 凸轮的基圆半径为凸轮的基圆半径为r r0,0,凸轮沿逆时针方向等速回转。推凸轮沿逆时针方向等速回转。推杆的运动规律如图所示。试设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构杆的运动规律如图所示。试设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。的凸轮廓线。4 4、偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构、偏置直动尖

5、顶从动件盘形凸轮机构 已知条件已知条件: :已知凸轮的基圆半径为已知凸轮的基圆半径为r r0 0, ,凸轮沿逆时针方向等速回转。凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆的运动规律已知，已知偏距而推杆的运动规律已知，已知偏距e e。试设计。试设计。从动画中看，从动件从动画中看，从动件在反转运动中依次占在反转运动中依次占据的位置将不在是以据的位置将不在是以凸轮回转中心作出的凸轮回转中心作出的径向线径向线, ,而是始终与而是始终与O O保持一偏距保持一偏距e e的直线的直线, ,因此若以凸轮回转中因此若以凸轮回转中心心O O为圆心，以偏距为圆心，以偏距e e为半径作圆（称为偏为半径作圆（称为偏距圆）距圆）,

6、 ,则从动件在则从动件在反转运动中依次占据反转运动中依次占据的位置必然都是偏距的位置必然都是偏距圆的切线圆的切线,(,(图图中中 ) )从动件的从动件的位移位移( ( ) )也应沿切线也应沿切线量取。然后量取。然后将将 等等点用光滑的曲线连接点用光滑的曲线连接起来，既得偏置直动起来，既得偏置直动尖顶从动件盘形凸轮尖顶从动件盘形凸轮轮廓。轮廓。 4 4、偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构、偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构 已知条件已知条件: :已知凸轮的基圆半径为已知凸轮的基圆半径为r r0 0, ,凸轮转动方向。凸轮转动中心凸轮转动方向。凸轮转动中心与从动件摆动中心的距离，摆动从动件的长度，已知从动

7、件的运动与从动件摆动中心的距离，摆动从动件的长度，已知从动件的运动规律，试设计。（规律，试设计。（从动件的位移是角位移从动件的位移是角位移 ）4-4设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构应注意的问题一、凸轮压力角的校核一、凸轮压力角的校核(1)(1)、凸轮机构的压力角定义、凸轮机构的压力角定义 凸轮机构从动件作用力的方向线与从动件上凸轮机构从动件作用力的方向线与从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角，用力作用点的速度方向之间所夹的锐角，用表示。表示。凸轮机构设计凸轮机构设计实现预定运动规律实现预定运动规律受力良好，效率高，结构紧凑受力良好，效率高，结构紧凑(2)(2)、压力角与作用力以及机构尺

8、寸的关系、压力角与作用力以及机构尺寸的关系 将凸轮对从动件的作用力将凸轮对从动件的作用力F F分解为分解为F1F1和和F2F2。F1F1为有效分力，为有效分力，F2F2为有害分力，当压力为有害分力，当压力角角越大，有害分力越大，有害分力F2F2越大，如果压力角增越大，如果压力角增大，有害分力所引起的摩擦阻力也将增大，大，有害分力所引起的摩擦阻力也将增大，摩擦功耗增大，效率降低。摩擦功耗增大，效率降低。如果压力角大到一定值时，有害分力所引起如果压力角大到一定值时，有害分力所引起的摩擦阻力将大于有效分力的摩擦阻力将大于有效分力FF，这时无论，这时无论凸轮对从动件的作用力凸轮对从动件的作用力F F有

9、多大，都不能使有多大，都不能使从动件运动，机构将发生自锁。从动件运动，机构将发生自锁。 (3)(3)、许用压力角、许用压力角 为了提高机构的效率、改善其受力情况，通常为了提高机构的效率、改善其受力情况，通常规 定 一 许 用 压 力 角规 定 一 许 用 压 力 角 ， 。推程：直动推杆取推程：直动推杆取30300 0；摆动推杆；摆动推杆30300 045450 0；回程：通常不会引起自锁问题，但为了使推杆不至产生过大的加速回程：通常不会引起自锁问题，但为了使推杆不至产生过大的加速度从而引起不良后果，通常取度从而引起不良后果，通常取 = 70= 700 080800 0。 (4)(4)、压力角

10、校核、压力角校核 maxmax一般出现在一般出现在 1 1）从动件的起点位置）从动件的起点位置 2 2）从动件最大速度位置）从动件最大速度位置 3 3）凸轮轮廓向径变化最大部分）凸轮轮廓向径变化最大部分 滚子从动件按理论轮廓校核滚子从动件按理论轮廓校核 平底从动件一般平底从动件一般=0=0，不需校核，不需校核 若若maxmax : : 增大基圆半径增大基圆半径 偏置从动件偏置从动件二、二、凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定srtan20r0越小，凸轮机构紧凑，但越小，凸轮机构紧凑，但越大，会越大，会造成造成 maxmax ，所以，所以r0不能过小不能过小r0越大，越大， 越小，凸轮机构传力性能越越小，凸轮机构传力性能越好，但机构不紧凑好，但机构不紧凑dr)26 . 1 (0d:安装凸轮处轴径安装凸轮处轴径理论廓线的曲率半径：理论廓线的曲率半径：r r实际廓线的曲率半径：实际廓线的曲率半径：r ra三、三、滚子半径的选取滚子半径的选取内凹轮廓：内凹轮廓：滚子半径：滚子半径：r r0 0外凸轮廓外凸轮廓： r ra=rrrT结论：外凸的凸轮轮廓曲线结论：外凸的凸