凸轮机构设计

1、机械设计基础六盘水师范学院机械电子工程教研室2 2第四章 凸轮机构设计o 41 凸轮机构的应用和分类o 42 从动件的常用运动规律o 43 盘状凸轮轮廓的设计o 44 设计凸轮机构应注意的问题3 3凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。 凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。 凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。31 凸轮机构的应用和分类4 4 一、凸轮机构的应用内燃机配气机构41 凸轮机构的应用和分类5 5靠模车削机构41 凸轮机构的应用和分类6 6分度转位机构41 凸轮机构的应用和分类7

2、 7二、 凸轮机构的分类按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以下几种：盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮曲面凸轮按照凸轮的锁合方式可把凸轮分为以下几种：力锁合形锁合按照从动件的形式分为以下几种：尖端从动件滚子从动件平底从动件41 凸轮机构的应用和分类8 8盘形凸轮41 凸轮机构的应用和分类9 9移动凸轮41 凸轮机构的应用和分类1010圆柱凸轮41 凸轮机构的应用和分类1111曲面凸轮41 凸轮机构的应用和分类1212尖端从动件341 凸轮机构的应用和分类1313滚子从动件41 凸轮机构的应用和分类1414平底从动件41 凸轮机构的应用和分类1515力锁合凸轮机构41 凸轮机构的应用和分类1616形锁合凸轮机

3、构41 凸轮机构的应用和分类1717摆动从动件凸轮机构41 凸轮机构的应用和分类1818三、凸轮和滚子的材料凸轮的主要失效形式为磨损和疲劳点蚀。对凸轮和滚子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足够的表面接触强度凸轮芯部有较强的韧性常用的凸轮材料： 40Cr、 20Cr、 40CrMnTi常用的滚子材料： 20Cr或者滚动轴承41 凸轮机构的应用和分类1919一、 基本术语基圆：从凸轮轮廓的最小向径r0为半径的圆。推程：从动件被凸轮推动，以一定运动规律由距离回转中心最近位置A到达最远位置B所走过的距离AB。与推程对应的凸轮转角t为推程运动角。远休止角：当凸轮继续回转s角，从动件在最远位置停止不动。回

4、程：当凸轮继续回转h角，从动件在弹簧或重力作用下，以一定运动规律回到起始位置所走过的距离。 h称为回程运动角。近休止角：当凸轮继续回转s角，从动件在最近位置停止不动。42 从动件的常用运动规律2020 名词术语：S=S(t)V=V(t)a=a(t)r0hBots010102020000ADCB42 从动件的常用运动规律2121 图为对心尖顶从动件盘形凸轮机构，凸轮回转时，从动件重复升停降停的运动循环。 从动件的位移s与凸轮转角a的关系可以用从动件的位移线图来表示，如右图所示。42 从动件的常用运动规律2222二、从动件等速运动规律-v0vahs特点：存在刚性冲击位置：发生在运动的起始点和终止点

5、从动件的速度2200constantshvvtt从动件的位移20sv t从动件的加速度020dvadt开始或停止时0200limtvat 42 从动件的常用运动规律2323三、从动件等加速等减速运动规律42 从动件的常用运动规律2424a0ABCvhs-a0adadt-特点：存在柔性冲击位置：发生在运动的起始点、中间点和终止点从动件等加速等减速运动规律从动件的位移2212sat从动件的加速度200aa从动件的速度20va t42 从动件的常用运动规律2525四、余弦加速度运动规律 42 从动件的常用运动规律2626a3457O 1268v8621O7543sh3457O12682741653h

6、/ 8特点：既无柔性更无刚性冲击摆线余弦加速度运动规律42 从动件的常用运动规律2727正弦加速度运动 由运动图可见，其速度和加速度曲线都是连续的，因此没有柔性冲击，故常用于高速凸轮机构。42 从动件的常用运动规律2828 在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 vmax 、加速度幅值 amax及其影响加以分析和比较。从动件动量mvmax从动件惯性力mamax对于重载凸轮机构，应选择 vmax值较小的运动规律；对于高速凸轮机构，宜选择 amax值较小的运动规律。vmaxa amaxmax五、从动件运动规律的选择42 从动件的常用运动规律2929

7、若干种从动件运动规律特性比较低速轻负荷中速轻负荷中低速中负荷中高速轻负荷高速中负荷低速重负荷中高速重负荷高速轻负荷运动规律)/(0maxwhv)/(202maxwha冲 击应用场合等速等加速等减速余弦加速度正弦加速度3-4-5多项式改进型等速改进型正弦加速度改进型梯形加速度刚 性柔 性柔 性4.004.936.285.778.385.534.891.002.001.572.001.881.331.762.0042 从动件的常用运动规律3030一、 反转法加角速度-w(与凸轮角速度大小相等、方向相反)从动件与导路绕角速度-w以凸轮转动凸轮静止不动从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线从动件相对导路

8、移动 对于滚子从动件，则滚子中心可看作是从动件的尖顶，其运动轨迹就是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线是与理论轮廓曲线相距滚子半径rT的一条等距曲线。43 盘状凸轮轮廓的设计3131rb A1A2A3A4S2rb A2A3A1A4S3S4rb A2A3A1A4rb A1A2A3A4- rb A1A2A3A4- - - rb A1A2A3A4- rb A1A2A3A443 盘状凸轮轮廓的设计3232设计步骤已知条件：从动件运动规律、凸轮转向基圆半径设计步骤：rb - - 475813269101 230S47896510a.标出方向，并按此方向分割出 、 ;0Sc.过位移线图中等分点作y轴平

9、行线交位移线图于i 点，过基圆上等分点作射线；反转中导路线d.在射线上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点i ；f.光滑连接i 得凸轮廓线。b.在基圆与位移线图共同将和进行n等分，并标注等分点；oo1 2 3 4 5 6 7 8 9101 2103456789S0S0 S 0h43 盘状凸轮轮廓的设计3333 滚子从动件1) 分析43 盘状凸轮轮廓的设计3434rb- - 0794581326101 2347895106rb- - 0794581326101 2347895106实际廓线理论廓线2) 设计注意：1. 基圆半径为理论廓线最小向径；2. 先求理论廓线，后作包络线，得实际廓线。包络线4

10、3 盘状凸轮轮廓的设计35352. 平底从动件1) 分析 尖顶轨迹线43 盘状凸轮轮廓的设计36361 23478951062) 设计理论廓线理论廓线79458132610rb- - 043 盘状凸轮轮廓的设计a.将基圆沿-方向将 和 与位移线图进行对应等分；c. 光滑连接i 得凸轮理论廓线；b.过等分点作射线；在射线上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点i ；设计步骤： d. 作平底线的其包络线实际廓线。003737 1123 3 2 rb- - 结论：a. 偏置式凸轮机构中从动件导路线始终切于偏置圆；b. 导路线与基圆交点为推杆尖顶最低点其始点。e二、偏置式凸轮廓线的设计1. 尖顶从动件1)

11、 相对运动分析偏 距 圆43 盘状凸轮轮廓的设计3838 22) 设计已知条件：凸轮转向、基圆半径偏置圆半径。 rbe- - 1o23导路线 30 0 0 0a. 连接回转中心与推杆其始点，将基圆沿-方向将 和 与位移线图进行对应等分；c. 光滑连接i 得凸轮廓线。b.过等分点作偏置圆切线；并在其上度量出相应推杆的位移，得尖顶轨迹点i ；设计步骤： 注意：也可在偏置圆上进行运动角等分，通过其等分点作偏置圆切线以获得导路线。12343 盘状凸轮轮廓的设计3939解析法设计凸轮轮廓曲线偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计建立凸轮转轴中心的坐标系xOy根据反转法原理，凸轮以w转过j角；B点坐标为00

12、()sincos()cossinxsseysse上式即为凸轮理论廓线方程实际廓线与理论廓线在法线上相距滚子半径rT，则推出cossinTTxxryyr式中取“”号时为内等距曲线，取“”号时为外等距曲线43 盘状凸轮轮廓的设计4040摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计 取摆杆的轴心A0与凸轮轴心O之连线为坐标系的y轴，Bo点是摆动杆的推程起始位置，摆动杆与y轴的夹角为初始角。根据反转法原理，得出B点坐标。00sinsin()coscos(xalyal22200arccos2larla其中43 盘状凸轮轮廓的设计4141作图法设计凸轮轮廓曲线偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计43 盘状凸轮轮廓的设

13、计4242滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计43 盘状凸轮轮廓的设计4343凸轮轮廓的加工凸轮轮廓的加工方法通常有两种1.铣、锉削加工 对用于低速、轻载场合的凸轮，可以应用反转法原理在未淬火凸轮轮坯上通过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手工锉削办法加工而成。必要时可进行淬火处理，但用这种方法则凸轮的变形难以得到修正。2.数控加工 采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工，这是目前最常用的一种凸轮加工方法。加工时应用解析法，求出凸轮轮廓曲线的x,y坐标，并将xOy坐标系的原点换算成切割时的起点，而滚子半径相当于钼丝半径再加上放电间隙。43 盘状凸轮轮廓的设计4444一、 凸轮机构的压力角 从动件的运动方向和凸轮作用于它的法向力Fn方向之间所夹的角 称为压力角。 由上述关系式知，压力角a愈大，有效分力y愈小，有害分力 愈大。当 角大到某一数值时，必将会出现Fyrr时r 0,这时所得的凸轮实际轮