机械设计基础(第5章)

1、第5章凸轮机构凸轮机构重点：重点： 1）从）从 动件运动规律及其特性。动件运动规律及其特性。 2）尖顶滚子从动件盘形凸轮机构的设计计算。）尖顶滚子从动件盘形凸轮机构的设计计算。 凸轮机构是机械中常用的一种机构，它是由凸轮、从动凸轮机构是机械中常用的一种机构，它是由凸轮、从动件及机架三部分组成的高副机构，在自动控制装置中得到广件及机架三部分组成的高副机构，在自动控制装置中得到广泛应用泛应用。 难点：凸轮轮廓的设计。难点：凸轮轮廓的设计。 5.1 概述 凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递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。力不大的场合。凸轮机构的组成5.1

2、概述示例一5.1.1 凸轮机构的应用内燃机配气机构示例二5.1 概述靠模车削机构5.1 概述示例三分度转位机构5.1 概述5.1.2 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5.1 概述5.1.2 凸轮机构的分类按照从动件型式可把凸轮分为以下几种：尖顶从动件滚子从动件平底从动件5.1 概述5.1.3 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、 20CrMnTi常用的滚子材料： 2

3、0Cr、者滚动轴承5.2 常用的从动件运动规律5.2.1 平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数 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。5.2 常用的从动件运动规律5.2.2 常用的从动件运动规律等速运动运动开始，v由0突变为加速度a为同理，运动结束由于存在刚性冲击，如果单独使用这种运动规律，只适用于低速场合a= -0h000hdtdva等加速等减速运动5.2 常用的从动件运动规律 通常在推程的前半行程从动件以等加速度a0推升h/2 ，速度由零加速到最大值；推程的后半行程从动件以等加速度-

4、a0推升h/2 ，速度由最大值减速到零。5.2 常用的从动件运动规律余弦加速度运动 由图可见，从动件在行程开始、结束时加速度产生有限值的突变，从而形成柔性冲击。因此，余弦加速度运动规律也适用于中速的场合。 5.2 常用的从动件运动规律余弦加速度运动5.2 常用的从动件运动规律正弦加速度运动 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。5.2.3 从动件运动规律的选择5.2 常用的从动件运动规律在选择从动件的运动规律时，应根据机器工作时的运动要求来确定。对无一定运动要求，只需要从动件有一定位移量的凸轮机构。对于高速机构，应减小惯性力、改善动力性能，可选用正

5、弦加速度运动规律或其他改进型的运动规律。5.3 盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法5.3.1 反转法原理加角速度-(与凸轮角速度大小相等、方向相反)从动件与导路绕角速度-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。5.3 盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法5.3.2 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5.3 盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计5.3 盘形凸轮轮廓的设计方法

6、与加工方法5.3.4 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。5.4 凸轮机构基本尺寸的确定5.4.1 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a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x愈大。当a角大到某一数值时，必将会出现Fy rr时 r 0这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线(如图