第3章凸轮机构

1、 p.38p.38凸轮凸轮:具有曲线轮廓的原动件从动杆从动杆:运动规律受凸轮限制的从动件。机架机架:固定不动。 3-1 3-1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型一、组成一、组成:由由凸轮凸轮.从动件和机架从动件和机架三个构件组成。三个构件组成。 图3-2绕线机构图3-1内燃机配气机构二、作用作用：将凸轮的转动或移动转动或移动转变转变为从动件的移动或摆动。在自动化和半自动化机械中应用广泛。 三、特点三、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 (2)结构简单、紧凑，工作可靠，容易设计； (3)高副接触，易磨损四、分类四、分类盘形、移动盘形、移动. .圆柱圆柱

2、1)1)按照凸轮形状分类按照凸轮形状分类: :2)2)按照从动件形状分类按照从动件形状分类: :3)3)按照从动件运动方式分类按照从动件运动方式分类: :尖顶、平底、滚子尖顶、平底、滚子移动、摆动移动、摆动注意注意：为了使凸轮与从动件始终保持接触（锁合）重力、弹簧力、凸轮上的凹槽。 凸轮机构的优点优点：只需设计适当的凸轮轮廓设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需要的的运动规律，结构简单，紧凑，得到所需要的的运动规律，结构简单，紧凑，设设计方便计方便 。缺点是点线接触，容易磨损，常用于传力不大的控制机构（如纺织机械）。 图3-1内燃机配气机构32从动件的常用运动规律 p.39(一一)凸轮运动常

3、用术语：凸轮运动常用术语：图3-5 p.40 基圆：基圆：推程：推程：升程：升程：推程运动角推程运动角t t：回程；回程运动角回程；回程运动角h h远休止角远休止角S S: :近休止角近休止角SS: :以轮廓的最小向径所作的圆，rmin基圆半径 从动件在最远位置不动的转角BC。: 从动件在最近位置不动的转角DA。推程所移动的距离。 与推程对应的凸轮转角。 直角坐标系的纵坐标代表从动件位移，横坐标代表凸轮的转角（也可代表时间t）从动件由离回转中心最近位置到最远位置这一过程。( 二二 ) 从动件的运动规律从动件的运动规律 如果以直角坐标系的纵坐标代表从动件位移，横坐标代表凸轮的转角（也可代表时间t

4、），则可以画出从动件从动件的位移的位移与与凸轮转角凸轮转角的的关系曲线关系曲线，如上图，它称为从动件称为从动件的的位移线图位移线图。从动件的位移线图取决于凸轮轮廓曲线的形从动件的位移线图取决于凸轮轮廓曲线的形状状，也就是说从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同的从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同的轮廓曲线轮廓曲线Va S htvvattlim00=从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律等速运动、简谐运动、摆线运动规律。等速运动、简谐运动、摆线运动规律。等速运动：等速运动： ，从动件推程也作等速运动时，其位移线图为一斜直线，速度线为一水平直线V2=C。启动瞬间:终止瞬间:刚性冲击刚性冲击a 由

5、0 速度由V20 , a 由0速度由0 V2, V210mmS2112040 120802.作运动线图作运动线图:从动件推程作等速运动时，其运动线图为一斜直线，速度线图为一水平直线。在启动与终止段用其它运动规律过渡 适于低速、轻载、从动杆质量不大，有匀速要求。适于低速、轻载、从动杆质量不大，有匀速要求。h例：例：已知从动件作等速运动等速运动,20mm，t120, S40,h120,s80,作运动线图。取作图比例l二二. . 简谐运动简谐运动( (余弦加速度运动规律余弦加速度运动规律)p.42 图3-8注意注意: 实际上, 从动件在推、回程的运动规律并非相同。分析分析:作图作图：表3-1 P43

6、，点在圆周上匀速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动称为简谐运动。由加速度线图可知，此运动规律在行程的始末两点加速度存在有限突变始末两点加速度存在有限突变，故也存在柔性冲击，只适用于中速场存在柔性冲击，只适用于中速场合合。但当从动件作无停歇的升降升连续往复运动时，则得到连续的余弦连续往复运动时，则得到连续的余弦曲线，柔性冲击被消除，这种情况下曲线，柔性冲击被消除，这种情况下可用于高速场合。可用于高速场合。 三正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律： 其加速度线图为正弦曲线，其位移为位移为摆线摆线在纵轴上的投影，故又称摆线运动规律。（摆线作图比较复杂） 其运动规律的运动线图如图3-11所示

7、。 从动件按正弦加速度规律运动时，在全行程中无速度和加速度的突变，因此不产生冲击，适用于高速场合。 以上介绍了从动件常用的运动规律，实际生产中还有更多的运动规律，如复杂多项式运动规律、摆线运动规律等，了解从动件的运动规律，便于在凸轮机构设计时，根据机器的工作要求进行合理选择。 图3-11 正弦加速度运动规律 凸轮机构压力角凸轮机构压力角33凸轮机构的压力角压力角 压力角：压力角：作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度V之间所夹的锐角，也就是接触轮廓法线与从动件速度方向所夹的锐角。 一一.压力角与作用力的关系压力角与作用力的关系 1.如下图，当不计摩擦时，为 凸轮机构的压力角。作用力F可分

8、解为有用分力F1和有害分力有害分力F2=F1tan ，当驱动从动件的有用分力F 1一定时一定时，压力角压力角越大，则有害分力越大，则有害分力F2越大，则越大，则 机构效率越低机构效率越低。 2.为了保证凸轮机构正常工作并有一定的效率有一定的效率，在设计时应使最大压力角小于许用压力角应使最大压力角小于许用压力角 。直动直动从动件从动件 =300，摆动为，摆动为450。 3.当 增大到一定的程度，摩擦力大于有用分摩擦力大于有用分力力F1时，时，无论凸轮加给从动件的作用力多大，从动件都不能运动，这种现象称为自锁自锁。二.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 1. 在其它条件不变的情况

9、下，基圆越大，则凸轮的基圆越大，则凸轮的尺寸也大尺寸也大。因此，欲使机构紧凑，就应采用较小的基圆半径。 2.但基圆半径过小，但基圆半径过小，(r0, )压力角会增大而压力角会增大而超过许用值超过许用值根据（3-1）公式） P45，因此，在设计时应保证凸轮压力角不超许用值的前题下，考虑缩小凸轮的尺寸。在设计时应保证凸轮压力角不超许用值的前题下，考虑缩小凸轮的尺寸。220darctansedres二.直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制三.摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制四.设计凸轮注意事项3-4 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 p.44相对运动原理相对运动原理 （解析法、作图法）反转法：反转法：给整个

10、机构加给整个机构加 -运动运动凸轮不动，机架反转，推杆作复合运动一.设计方法的原理按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓1. 1.尖顶对心尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮直动从动件杆盘形凸轮: :已知:r rminmin、h h、w1、从动杆运动规律凸轮转角从动杆运动 0 180 等速上升 h180 210 上停程210 300 等速下降 300 360 下停程解:1.作位移曲线(取比例l)S2103600180021003000h1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 122.等份S2- 1图w10123456789103.作基圆(注意比例一致)4.-w 等份基

11、圆得导轨5.量取相应位移6.作轮廓线11h一一. .直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制:2.滚子滚子(对心直动)从动件:按尖顶从动件作凸轮轮廓线0(理论轮廓) nn理论廓线0实际廓线以0各点为圆心作圆(滚子半径为径)作这些圆的包络线(实际轮廓)四四. .设计凸轮注意事项设计凸轮注意事项P.47P.47第第1212r r 0 0要求要求 r r 15 mm r 过大过大凸轮工作廓线变尖或失真变尖或失真1.合理选择滚子的半径3.平底(对心直动)从动件 图3-14 p.46按尖顶从动件作理论轮廓线一系列点A0,A1,A2,. 过各点作作各位置的平底A0B0,A1B1,A2B2.

12、作这些平底的包络线 实际轮廓实际廓线A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10w1基圆半径2.合理选用基圆半径： 如下图所示为位移曲线相同，基圆大小不同求出的两条实际轮廓（一条实线一条虚线），显然，r0对应的实际轮廓（虚对应的实际轮廓（虚线）线）不能与过2的平底相切，导导致运动失真致运动失真；若基圆半径增大若基圆半径增大至至r 0，则与对应的实际轮廓则与对应的实际轮廓（实线）（实线）便可以与各个位置的平底相切。 导致凸轮实际轮廓的各个位置相切消除运动失真消除运动失真消除运动失真：消除运动失真：减小滚子半径或加大基圆半径减小滚子半径或加大基圆半径

13、三三.摆动从动件盘形凸轮摆动从动件盘形凸轮 轮廓的绘制: 图3-13 已知:从动件的角位移线图（图3-13b）. w1 逆时针方向回转，要求绘出此凸轮的轮廓。凸轮与摆动从动件的中心距LOA、摆动从动件长度LAB，凸轮的基圆半径r0、以及以等角速度 逆时针方向回转，绘出此凸轮的轮廓。 解：用反转法求凸轮轮廓。令整个凸轮机构以角速度- 绕o点回转结果凸轮不动，而摆动从动件随机架以- 绕o点回转，同时又绕A点摆动。作图如下 1.以LOA定出O点与A0的位置，以O为圆心，以r0为半径作基圆，再以A0为中心LAB为半径作圆弧交基圆于B0点，该点为从动件尖顶的起始位置。0为从动的初位角。 2.将位移线图的推程运动角分为4等分。 3.以O点为圆心OA0为半径画圆，在圆周上分与线图相等的等分，得A1，.A2，.A3，这些点即为从动件的回转轴心的一系列位置。 4.由线图求出从动件摆角在不同位置的数值，据此画出从动件相对于机架的一系列位置A1B1，A2B2，A3B3，即OA1B1=0+1，OA2B2=0+2 5.以A1.