第三章 凸轮机构

1、讲次：讲次：2教学目的与要求：教学目的与要求：1、 掌握等速运动、等加速等减速运动和摆线掌握等速运动、等加速等减速运动和摆线运动位移图的绘制方法；能够判断它们何时出运动位移图的绘制方法；能够判断它们何时出现刚性或柔性冲击。现刚性或柔性冲击。2、 熟练掌握按给定运动规律绘制滚子从动件熟练掌握按给定运动规律绘制滚子从动件盘形凸轮轮廓的反转法。盘形凸轮轮廓的反转法。3、 定性了解选择滚子半径的原则。定性了解选择滚子半径的原则。第三章第三章 凸轮机构凸轮机构凸轮设计实例3 3l l 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类凸轮凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，当是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，当它运

2、动时，通过点或线接触推动它运动时，通过点或线接触推动从动件从动件，可，可以使从动件得到任意预期的运动规律。以使从动件得到任意预期的运动规律。三种三种从动件凸轮机构从动件凸轮机构.SWF图图3-1 为绕线机中为绕线机中的凸轮机构。的凸轮机构。绕线机绕线机.SWF内燃机配气机构内燃机配气机构 图图32所示为内燃机所示为内燃机配气机构。当具有一定曲配气机构。当具有一定曲线轮廓的凸轮线轮廓的凸轮1等速转动等速转动时，迫使气阀时，迫使气阀2在固定的在固定的导套导套3中作往复运动，从中作往复运动，从而使气阀能按内燃机工作而使气阀能按内燃机工作循环的要求把气阀开启或循环的要求把气阀开启或关闭。关闭。内燃机配

3、气内燃机配气.SWF自动机床上控制刀架运动的凸轮机构自动机床上控制刀架运动的凸轮机构 图图33所示为自动所示为自动机床上控制刀架运动的机床上控制刀架运动的凸轮机构。当圆柱凸轮凸轮机构。当圆柱凸轮1回转时，凸轮凹槽侧回转时，凸轮凹槽侧面迫使杆面迫使杆2摆动，从而摆动，从而驱使刀架运动。进刀和驱使刀架运动。进刀和退刀的运动规律，由凹退刀的运动规律，由凹槽的形状来决定。槽的形状来决定。 空间凸轮空间凸轮.SWF凸轮机构的特点凸轮机构的特点 凸轮机构包括机架、凸轮和从动件，三部分。凸凸轮机构包括机架、凸轮和从动件，三部分。凸轮通常作连续等速转动，而从动件的运动可为连续或轮通常作连续等速转动，而从动件的

4、运动可为连续或间歇的往复移动或摆动间歇的往复移动或摆动特点：特点： 凸轮机构优点是可使从动件得到任意的预期运动，凸轮机构优点是可使从动件得到任意的预期运动，结构简单、紧凑和设计方便。结构简单、紧凑和设计方便。凸轮机构的主要缺点是其中存在点或线接触，因凸轮机构的主要缺点是其中存在点或线接触，因而较易磨损。此外，与连杆机构中的圆柱面和平而较易磨损。此外，与连杆机构中的圆柱面和平面比较，凸轮轮廓的加工较为复杂。面比较，凸轮轮廓的加工较为复杂。凸轮机构的类型（一）按凸轮的形状分（一）按凸轮的形状分 1）盘形凸轮）盘形凸轮 ：它是凸轮的最基本型式。：它是凸轮的最基本型式。 2）移动凸轮）移动凸轮 3）圆

5、柱凸轮）圆柱凸轮（二）凸轮与其从动件的相对运动（二）凸轮与其从动件的相对运动分分 平面凸轮机构平面凸轮机构：盘形凸轮和移动凸轮与其从动件的相对运动为平面运：盘形凸轮和移动凸轮与其从动件的相对运动为平面运 动，故动，故属于平面凸轮机构；属于平面凸轮机构；三种从动件凸轮机构三种从动件凸轮机构.SWF 空间凸轮机构空间凸轮机构：圆柱凸轮与其从动件的相对运动为空间运动，故属于空间凸：圆柱凸轮与其从动件的相对运动为空间运动，故属于空间凸轮机构。由于圆柱凸轮可展开成移动凸轮，所以我们可以运用移动凸轮的设计方轮机构。由于圆柱凸轮可展开成移动凸轮，所以我们可以运用移动凸轮的设计方法来近似地设计它的展开轮廓。法

6、来近似地设计它的展开轮廓。空间凸轮空间凸轮.SWF（三）按从动件的型式分（三）按从动件的型式分 （1）尖顶从动件）尖顶从动件 （2）滚子从动件）滚子从动件 （3）平底从动件）平底从动件凸轮机构设计步骤与术语设计步骤：设计步骤：1.确定从动件的运动规律；确定从动件的运动规律；2.设计凸轮轮廓曲线，使它准确地设计凸轮轮廓曲线，使它准确地或近似地实现给定的运动规律。或近似地实现给定的运动规律。3.检验检验凸轮压力角凸轮压力角和曲率半径。和曲率半径。Base circle -基圆Prime circle-初始圆 Cam surface-实际轮廓曲线 Pitch curve-理论轮廓曲线3-2 从动件的

7、常用运动规律 图中： 为推程运动角、h为升程、为推程运动时间。从动件运动开始、运动方向改变，终止运动时速度发生从动件运动开始、运动方向改变，终止运动时速度发生突变，突变，a=|，巨大的冲击在所难免。我们把，巨大的冲击在所难免。我们把加速度理加速度理论值为无穷大所引起的冲击称为论值为无穷大所引起的冲击称为刚性冲击刚性冲击。 公式推导公式推导一、一、 等速运动规律等速运动规律 由于等速运动规律存在刚性冲击，因此这种运动规由于等速运动规律存在刚性冲击，因此这种运动规律不宜单独作为从动件的运动规律，一般应在运动的始律不宜单独作为从动件的运动规律，一般应在运动的始点、转折点、终点采用其它运动规律过渡。点

8、、转折点、终点采用其它运动规律过渡。 以凸轮转角以凸轮转角 表示的从动件运动方程为：表示的从动件运动方程为：回程运动方程回程运动方程这种运动规律的前半个推程为这种运动规律的前半个推程为等加速运动，后半个推程为等等加速运动，后半个推程为等减速运动。减速运动。这种运动规律在点这种运动规律在点o、m、e处加速处加速度会出现有限值的突然变化，导致度会出现有限值的突然变化，导致柔性冲击柔性冲击。所以这种运动规律只适。所以这种运动规律只适用于中速凸轮机构用于中速凸轮机构二、等加速等减速运动规律二、等加速等减速运动规律推程公式：推程公式：回程公式回程公式（三）摆线运动（三）摆线运动 既无刚性冲击，无柔性冲击

9、 圆上点圆上点A A的轨迹称正摆线。的轨迹称正摆线。加速度安加速度安正弦规律变化。正弦规律变化。 当滚圆沿纵坐标轴作匀速当滚圆沿纵坐标轴作匀速纯滚动时，圆周上一点的轨迹纯滚动时，圆周上一点的轨迹为一摆线。此时该点在纵坐标为一摆线。此时该点在纵坐标轴上的投影随时间变化的规律轴上的投影随时间变化的规律称摆线运动规律，由于其加速称摆线运动规律，由于其加速度曲线为正弦曲线，故又称为度曲线为正弦曲线，故又称为正弦加速度运动规律正弦加速度运动规律3-3 凸轮轮廓的图解设计凸轮轮廓的图解设计解析法解析法精度高，可借助计算机进行辅助设计，与数控加工设备精度高，可借助计算机进行辅助设计，与数控加工设备结合后可实

10、现无图纸加工，是目前常用的方法；该方法的缺结合后可实现无图纸加工，是目前常用的方法；该方法的缺点是不直观，要求初学者有较好的数学基础。点是不直观，要求初学者有较好的数学基础。图解法图解法精度低，但直观简便，有助于帮助初学者掌握设计理论精度低，但直观简便，有助于帮助初学者掌握设计理论和方法。和方法。确定了从动件运动规律后，就可根据所允许的确定了从动件运动规律后，就可根据所允许的空间和其它要求来绘制凸轮的轮廓曲线了。空间和其它要求来绘制凸轮的轮廓曲线了。凸轮轮廓的图解设计凸轮轮廓的图解设计如果给整个机构加上绕轴心的公共角速度如果给整个机构加上绕轴心的公共角速度 -，机构各，机构各构件间的相对运动不

11、会改变。但这样一来凸轮就不再转动，构件间的相对运动不会改变。但这样一来凸轮就不再转动，而机架和从动件将以角速度而机架和从动件将以角速度-绕点反转，同时从动件绕点反转，同时从动件保持相对于机架的运动。因从动件尖顶始终保持和凸轮轮保持相对于机架的运动。因从动件尖顶始终保持和凸轮轮廓的接触，故反转后尖顶的运动轨迹就是凸轮的轮廓，绘廓的接触，故反转后尖顶的运动轨迹就是凸轮的轮廓，绘制凸轮廓线就是绘制尖顶的运动轨迹。制凸轮廓线就是绘制尖顶的运动轨迹。不难看出，反转法的本质是改变参照系，即把原来建不难看出，反转法的本质是改变参照系，即把原来建立在机架上的运动参照系改建到凸轮上面立在机架上的运动参照系改建到凸轮上面工作时凸轮是运动的，要绘制凸轮轮廓就需要凸轮与图工作时凸轮是运动的，要绘制凸轮轮廓就需要凸轮与图纸相对静止。为此，在图解设计中采用纸相对静止。为此，在图解设计中采用反转法反转法。凸轮轮廓曲线绘制凸轮轮廓曲线绘制凸轮轮廓曲线可以用解析法计算后绘出（凸轮机构设凸轮轮廓曲线可以用解