第六章 凸轮机构lyy

1、第一节第一节 概概 述述凸轮机构是机械和仪表中的一种常用机构，在自动化机械、凸轮机构是机械和仪表中的一种常用机构，在自动化机械、仪器、仪表中应用更为广泛。仪器、仪表中应用更为广泛。凸轮的凸轮的 匀速回转运动匀速回转运动 匀速直线运动匀速直线运动 从动件有规律的直线从动件有规律的直线运动或摆动运动或摆动 一、组成一、组成 凸轮凸轮1 1从动件从动件2 2 机架机架3 3 二、分类与应用二、分类与应用 1 1）盘形凸轮盘形凸轮最常用，最基本的形式最常用，最基本的形式2 2）移动凸轮移动凸轮即当盘形凸轮回转中心即当盘形凸轮回转中心 趋于无穷远时趋于无穷远时 3 3）圆柱凸轮圆柱凸轮是将移动凸轮绕在圆

2、柱体是将移动凸轮绕在圆柱体 表面上演化而成的表面上演化而成的 平面凸轮平面凸轮空间凸轮空间凸轮按凸轮形状分类：按凸轮形状分类：按从动件的型式分类：按从动件的型式分类： 1 1）尖底从动件凸轮机构尖底从动件凸轮机构: : 能与任意复杂的凸轮轮廓接触能与任意复杂的凸轮轮廓接触 适宜适宜 低速凸轮低速凸轮 2 2）滚子从动件凸轮机构滚子从动件凸轮机构： 适于中高速适于中高速 3 3）平底从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构： 传动效率较高传动效率较高 , , 适于高速适于高速 但只能与但只能与外凸的凸轮轮廓线相接触。外凸的凸轮轮廓线相接触。按凸轮与从动件接触形式按凸轮与从动件接触形式 自封闭：依靠凸轮上

3、的凹槽等自封闭：依靠凸轮上的凹槽等 力封闭：力封闭：弹簧弹簧、重力、重力2 2）摆动从动件）摆动从动件 1 1）移动从动件）移动从动件 偏置偏置：移动件导路中心不通过凸轮回转中心：移动件导路中心不通过凸轮回转中心 对心对心：移动件导路中心通过凸轮回转中心：移动件导路中心通过凸轮回转中心 按从动件运动形式分类：按从动件运动形式分类：双凸轮写双凸轮写R R例例1 1 2 2三、凸轮机构的特点三、凸轮机构的特点 优点：可实现从动件复杂的运动规律结构简单、紧优点：可实现从动件复杂的运动规律结构简单、紧凑，设计方便凑，设计方便缺点：易磨损（点或线接触），行程不易过大缺点：易磨损（点或线接触），行程不易过

4、大应用：适于传动力不大的控制机构中应用：适于传动力不大的控制机构中(a )OB0r sDC C1s1eB ABh设计：按工作要求设计：按工作要求 定从动件运动规律定从动件运动规律 凸轮的轮廓设计凸轮的轮廓设计一、概念一、概念基圆基圆 偏距偏距e e偏距圆偏距圆行程行程h hrb二、凸轮与从动件的运动二、凸轮与从动件的运动 推程及推程运动角推程及推程运动角： 1AOBOBB停程及远休止角停程及远休止角S S： 11OCBBOCS回程及回程运动角回程及回程运动角： ODC1停程及近休止角停程及近休止角S S： AODS(a )OB0r sDC C1s1eB ABhsABCDAh,tss(b)从动件

5、的运动规律取决于凸轮轮廓的形状、或者说从动件的运动规律取决于凸轮轮廓的形状、或者说从动件不同的运动规律要求凸轮具有不同形状的轮廓从动件不同的运动规律要求凸轮具有不同形状的轮廓 凸轮所实现的从动件运动规律凸轮所实现的从动件运动规律 如图如图二、常用的从动件运动规律（升程）二、常用的从动件运动规律（升程）1 1等速运动规律等速运动规律 svah ,t ,t ,t- 0v图 4-8在始末位置速度有突变，在始末位置速度有突变，有强烈的有强烈的刚性冲击刚性冲击（惯（惯性力很大），适于低速性力很大），适于低速运动运动 2 2等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律前半段前半段/2 h/2/2 h/2 加速

6、加速后半段后半段/2 h/2/2 h/2 减速减速 图 4-9avO1 2 ,t ,t ,tsh3 4 5 6194104A0aBCA A、B B、C C三处加速三处加速度有突变，度有突变，柔性柔性冲击冲击作图法作位移线图作图法作位移线图3 3简谐运动规律简谐运动规律 av ,t ,t ,tsh1O 2345612345s始未加速度有突变始未加速度有突变存在柔性冲击存在柔性冲击但当从动件作无停留区间但当从动件作无停留区间往复运动时往复运动时 ，可以得到，可以得到连续的加速度曲线，而用连续的加速度曲线，而用于高速。于高速。 作图法的基本原理：作图法的基本原理：反转法反转法一、直动从动件盘形凸轮轮

7、廓一、直动从动件盘形凸轮轮廓1 1、尖顶偏置直动从动件、尖顶偏置直动从动件 已知：已知：1 1，转向，转向，r rb b，e e，s=fs=f（）作图法设计凸轮轮廓作图法设计凸轮轮廓2 2、滚子偏置直、滚子偏置直动从动件动从动件 滚子从动件盘形凸轮滚子从动件盘形凸轮 3 ,ta ,t21O1v2543 ,tshs546B图 4-1 7B45B3B67BBB20r Oe91B 0B B8理论轮廓曲线理论轮廓曲线 B B0 0实际轮廓曲线实际轮廓曲线B B 注意：注意： -1 1回转方向，等分基圆。回转方向，等分基圆。 作偏距圆切线的方向要作偏距圆切线的方向要顺着顺着-1 1方向方向。 作凸轮轮廓

8、与作作凸轮轮廓与作S=f()S=f()应采用应采用相同的比例尺相同的比例尺 滚子从动件盘形凸轮滚子从动件盘形凸轮 理论轮廓曲线理论轮廓曲线B B0 0实际轮廓曲线实际轮廓曲线B B 尖顶对心移动从动件盘形凸轮轮廓的设计尖顶对心移动从动件盘形凸轮轮廓的设计 例例1 1：设计凸轮轮廓设计凸轮轮廓设计步骤：设计步骤：第一步：第一步：第二步：第二步：选定比例作位移线图选定比例作位移线图作基圆并等分圆周作基圆并等分圆周第三步：第三步： 以以方向量位移方向量位移第四步：第四步： 光滑连接各点光滑连接各点二、摆动从动件盘形凸轮轮廓（略）见作图步骤见教材见作图步骤见教材一、凸轮机构压力角的确定一、凸轮机构压力

9、角的确定凸轮对从动件的作用力凸轮对从动件的作用力F F 公法线方向偏转公法线方向偏转（考虑摩擦）（考虑摩擦） T=Fcos(+) T=Fcos(+) 有效分力有效分力 S=Fsin(S=Fsin() ) 有害分力有害分力 压力角压力角越小，传动效率越高，传动越小，传动效率越高，传动越轻快，反之传动越费力越轻快，反之传动越费力 ，并，并导致自锁导致自锁要克服载荷要克服载荷F FQ Q所需的力所需的力F:F:)sin(ll 21f)cos(FFbaQ越大，越大，F F越大越大, ,直到上式分母为直到上式分母为零，得自锁时的零，得自锁时的limlimballf211arctanlim2 2压力角的许

10、用值：压力角的许用值：凸轮轮廓曲线上各处的压力角是变化的。设计凸轮轮廓曲线上各处的压力角是变化的。设计时要控制压力角的最大值，不超过许用值。时要控制压力角的最大值，不超过许用值。一般取一般取limlim（5 58 8） 推程推程 直动从动件直动从动件 摆动从动件摆动从动件 30304545 回程回程70708080 二、基圆半径的确定二、基圆半径的确定凸轮凸轮K K点处点处 v vK1K1凸轮上凸轮上K K点的线速度点的线速度v vK2K2从动件上从动件上K K点线速度点线速度v vK21K21从动件相对于凸轮的从动件相对于凸轮的相对线速度相对线速度)(tantan)(tan212kbkkbK

11、Ksrvsrvv讨论：讨论：1 1、基圆半径、基圆半径r rb b结构紧凑结构紧凑 ，但，但受力情况恶劣受力情况恶劣 ；r rb b，受力情况好，但结构不紧凑受力情况好，但结构不紧凑 2 2、基圆半径的选取原则：在满足压力角、基圆半径的选取原则：在满足压力角的条件的条件 下，尽量选取小的基圆下，尽量选取小的基圆 )(tan2kbksrv3 3、基圆半径的经验公式：、基圆半径的经验公式：r rb b(0.8(0.81)d1)dz zd dz z凸轮安装处的轴颈直径凸轮安装处的轴颈直径 三、滚子半径的确定三、滚子半径的确定外凸凸轮：外凸凸轮： 理论轮廓曲线的曲率半径为理论轮廓曲线的曲率半径为实际轮廓曲线的曲率半径为实际轮廓曲线的曲率半径为ccc=-rc=-rr r当当r rr r=时，时，c c=0=0，轮廓形成尖点，易磨损，轮廓形成尖点，易磨损 若若 r r ，则，则a a00，实际廓线交叉实际廓线交叉； 加工时交叉部分被切去，出现加工时交叉部分被切去，出现运动