第十三章_凸轮机构 (公开课)

1、第十三章 凸轮机构13-1 凸轮机构的应用和分类13-2 从动件的常用运动规律13-3 以图解法绘制盘形凸轮工作轮廓13-4 凸轮机构设计中应注意的问题13-1凸轮机构的应用和分类 凸轮传动是通过凸轮与从动件间的接触来传递运动和动力，是一种常见的高副机构，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预定的复杂运动规律。 一、凸轮机构的应用和特点 内燃机 配气机构凸轮式内燃机配气机构 自动车床上的走刀机构1.组成：凸轮，从动件，机架2.作用：将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动 3.特点:(1)只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的 运动规律 (1)结构简单、紧凑

2、，工作可靠，容易设计； (2)高副接触，易磨损4.应用：适用于传力不大的控制机构和调节机构 二、凸轮传动机构的类型1.按凸轮的形状和运动分类(1)盘形凸轮(2) 移动凸轮 (3)圆柱回转凸轮 2.按从动件的形状分类(1)尖顶从动件(2)滚子从动件(3)平底从动件 3.按从动件的运动形式（2）摆动从动件（1）移动从动件13-2从动件的常用运动规律一、凸轮传动的工作过程基圆：以凸轮最小半径rb所作的圆，rb称为凸轮的基圆半径。推程、推程运动角：推杆的运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移、速度和加速度随时间变化（凸轮转角变化）的规律。远休、远停歇角：回程、回程运动角：近休、近停歇角：行程：h342

3、1位移：s=r-rb二、常用的从动件运动规律 1.等速运动规律 运动方程式一般表达式：推程 0sv t1s h 0a 运动特性：当采用匀速运动规律时，推杆在运动的起始点和终止点因速度有突变，在理论上加速度值为瞬时无穷大，使推杆产生非常大的惯性力，致使凸轮受到很大的冲击，称为刚性冲击。推程运动线图：适用场合：低速、轻载。 2.等加速等减速运动规律 运动方程式一般表达式：推程前半段 推程后半段 0va t202a ts 122hs10v v at 2012a tsv t1sh 运动特性：当采用等加速等减速运动规律时，在起点、中点和终点时，加速度有突变，因而推杆的惯性力也将有突变，不过这一突变为有限

4、值，所以，凸轮机构中由此而引起的冲击称为柔性冲击。 适用场合：中速、轻载。三、从动件运动规律的选择选择推杆运动规律的基本要求 满足机器的工作要求； 使凸轮机构具有良好的动力特性； 使所设计的凸轮便于加工。13-3用图解法绘制盘形凸轮工作轮廓设计方法：图解法，解析法 假想给整个机构加一公共角速度-w,凸轮：相对静止不动推杆：一方面随导轨以-w绕凸轮轴心转动另一方面又沿导轨作预期的往复移动推杆尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。一、图解法设计凸轮轮廓曲线1.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；

5、并作从动件高副元素所形成的曲线族的包络线，即是所求的凸轮轮廓曲线。 2.图解法的方法和步骤二、绘制凸轮工作轮廓1.尖顶对心移动从动盘形凸轮设计要求：已知凸轮的基圆半径为r0,凸轮沿逆时针方向等速回转。而推杆的运动规律如图所示。试设计该尖顶对心从动件盘形凸轮的廓线。2.尖顶偏置移动从动件盘形凸轮已知条件已知条件:已知凸轮的基圆半径为r0,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e。试设计。从动画中看，从动件在反转运动中依次占据的位置将不在是以凸轮回转中心作出的径向线,而是始终与O保持一偏距e的直线,因此若以凸轮回转中心O为圆心，以偏距e为半径作圆（称为偏距圆）,则从动件在反转运动

6、中依次占据的位置必然都是偏距圆的切线,(图中 )从动件的位移( )也应沿切线量取。然后将 等点用光滑的曲线连接起来，既得偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓。 3.对心直动滚子从动件盘形凸轮机构 已知条件: 凸轮的基圆半径为r0,滚子半径rr,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形凸轮机构的凸轮廓线。4.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r0,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的凸轮廓线。13-4凸轮机构设计中应注意的问题一、凸轮压力角1.压力角及许用值（1）凸轮机构的压力角

7、定义 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，用表示。（2）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F分解为F1和F2。F1为有效分力，F2为有害分力，当压力角越大，有害分力F“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，摩 擦功耗增大，效率降低。如果压力角大到一定值时，有害分力所引起的摩擦阻力将大于有效分力F，这时无论凸轮对从动件的作用力F有多大，都不能使从动件运动，机构将发生自锁。 2btanrs越大，rb越小，凸轮机构紧凑。越小，rb越大，凸轮机构传力性能越好，但机构不紧凑(3)许用压力角 为了提高机构的效率、改善其受力情况，通

8、常规定一 许 用 压 力 角 ， 使 。推程：直动推杆取300；摆动推杆300450；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 = 700800。 (4)压力角校核 max一般出现在 1）从动件的起点位置 2）从动件最大速度位置 3）凸轮轮廓向径变化最大部分 滚子从动件按理论轮廓校核 平底从动件一般=0，不需校核 若max : 增大基圆半径 偏置从动件13-4凸轮机构设计中应注意的问题2.凸轮基圆半径的确定2btanrsrb越小，凸轮机构紧凑，但越大，会造成 max ，所以rb不能过小rb越大， 越小，凸轮机构传力性能越好，但机构不紧凑b(1.62)

9、rdd:安装凸轮处轴径3.从动件偏置方向的选择 对于偏置式从动件盘形凸轮，其推程角的大小与从动件偏置的方位有关。若凸轮逆时针方向转动，从动件偏置在凸轮转动中心右侧时压力角较小；当凸轮顺时针转动时，从动件采用左侧偏置压力角较小。另外，适当增大偏距e，也可以使推程角减小。理论廓线的曲率半径：r0实际廓线的曲率半径：r二、滚子半径的选取内凹轮廓：滚子半径：rr当当r rr r r r0 0时，实际轮廓为一光滑曲线。时，实际轮廓为一光滑曲线。当当r rr r= =r r0 0时，实际轮廓将出现尖点，极易磨损，会引时，实际轮廓将出现尖点，极易磨损，会引起运动失真。起运动失真。r rr r r rr r0 0r rr r 0 0r rr r= =r r0 0r r0 0 r r = = r r0 0 - r - rr r= 0= 0r rk k当当r rr r r r0 0时，实际轮廓将出现交叉现时，实际轮廓将出现交叉现象，会引起运动失真。象，会引起运动失真。r rk k r rr r0 0 r r= = r r0 0 + r + rr r 0 0内凹的轮廓曲线不存在内凹的轮