04第四章凸轮机构及其设计

1、凸轮机构第四章 凸轮机构及其设计4-2凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用内燃机配气机构印刷机中的凸轮机构靠模车削机构凸轮1摆杆2刀架3自动进刀机构工件拖板凸轮刀架二、凸轮机构的组成机架3O11主要由凸轮、从动件、机架等组成。从动件2凸轮1三、凸轮机构的特点优点1、适当地设计凸轮轮廓线，可使从动件获得任意预定的运动规律。2、机构简单、紧凑。缺点从动件与凸轮的接触为点或线，故压强大，易磨损。多用于传递动力不大的场合。四、凸轮机构的类型（1）按凸轮的形状分：盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮滚轮凸轮机构移动凸轮副空间凸轮2（2）按从动件的结构型式分：尖顶从动件滚子从动件平底从动件 （3）按从动件的运动分：

2、摆动从动件移动从动件偏置移动从动件对心移动从动件摆杆凸轮尖顶凸轮机构尖顶凸轮机构（偏心）(4)按凸轮高副的锁合方式分：力锁合几何锁合 4-2从动件的运动规律sh推程角远休止角回程角近休止角Dr0eABC凸轮的基圆偏置移动尖顶从动件盘形凸轮机构AD、BC圆弧段一、基本概念行程 4-2 从动件的运动规律 近 休 止 角：与从动件停留在最低处对应 的凸轮转角基本概念基 圆：以凸轮轮廓的最小向径r0为半径所绘制的圆推 程：从动件由最低处上升到最高处的过程行 程：推程中，从动件所走过的距离，用h表示。推 程 角：与推程对应的凸轮转角远 休 止 角：与从动件停留在最高处对应 的凸轮转角 s回 程：从动件由

3、最高处下降到最低处的过程回 程 角：与回程对应的凸轮转角从动件运动线图位移线图速度线图加速度线图二、从动件的运动规律从动件的运动规律：从动件的位移、速度、加速度随时间或凸轮转角的变化规律，用式子表示：从动件的运动线图：从动件的位移、速度、加速度随时间或凸轮转角的变化曲线。hOSvOvOa二、从动件的运动规律1、等速运动规律 推程段：（1）运动方程：（2）运动线图：（3）特性：引起刚性冲击，只适用于低速场合。一、基本概念从动件的速度为常数的运 动规律称为等速运动规律。 从动件在一个行程中先作等加速 运动后作等减速运动的运动规律。推程段：（1）运动方程：（3）特性： 行程时间较短，有柔性冲 击，适

4、用于中、低速场合。0vvmax0amax-amaxah2、等加速等减速运动规律上升前h/2 ：上升后h/2 ：（2）运动线图：h/21423560s2,1,3,。 当一质点在圆周上作匀速运动时， 该点在这个圆的直径上的投影所 构成的运动，称为简谐运动规律。推程段：（1）运动方程 ：（3）特性：有柔性冲击。123456hvmaxa123456amax-amaxv123456，s0 s123456（2）运动线图：3、简谐运动规律4、正弦加速度运动规律推程段：（1）运动方程：（2）运动线图：（3）特性：既没有刚性冲击、又没有柔性冲击，可适用于高速凸轮机构。 4-3设计凸轮的轮廓曲线设计方法作图法解析

5、法一、作图法的设计原理-机构反转法机构反转法：给整个机构加上绕凸轮轴心且与凸轮转动方向 反向的公共角速度(-) ， 机构各构件间的相 对运动不变。凸 轮相对固定不动机 架相对凸轮轴心以“-”转动从动件作复合运动 （1）随同机架以“- ”转动 （2）相对于机架按其预定的规 律运动（移动、摆动）从动件在这种复合运动中，其尖顶相对于凸轮的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线。 已知从动件的运动规律及凸轮机构的基本尺寸（如r0、e）及转向，作出凸轮的轮廓曲线。c0r0-c1A1A2c2c3A3c4c6c5 从动件尖顶的轨迹 即为凸轮轮廓曲线。123O 二、设计实例1.对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮 廓曲线设计 已

6、知：基圆半径 r0 =30mm， 凸轮以等角速度逆时针转动， 从动件在推程中按等速运动规律上升， 行程 h=40mm，从动件在回程中以等 加速等减速运动规律下降返回原处。oS1801206012345678910hroOc0-C1C2C3C4C5C6C723145678910C8C9C1012345678910对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓线设计（1）选比例尺 作从动件位移线图，在轴上将3600分成若干等份（推程、回程等份数可不同）得到11,、22,，。（2）用与位移曲线相同的长度比例尺，以o为圆心、以 r0为半径作基圆，此基圆与导路的交点Co，便是从动件尖顶的起始位置。（3）自OC0沿的相反

7、方向取角度 并将它们各分成与位移线图对应的若干等分，得 O1、O2、O3 等，它们便是反转后从动件导路的各个位置。（4）延长各向径O1、O2、O3 ，使 1C 1=11, ,2C 2=22, , 得 C1 、C2 等各点，这些点即为反转后尖底的一系列位置。（5）将 C1 、C2 等各点连成光滑曲线即得到凸轮轮廓曲线。作图步骤：oS1801206012345678910h12345678910已知：基圆半径 r0 =30mm，偏距e=22mm, 凸轮以等角速度逆时针转动，从动件在推程中按等速运动规律上升，升程 h=40mm，从动件在回程中以等 加速等减速运动规律下降返回原处。2.偏置移动尖顶从动

8、件盘形凸轮轮廓线设计（1）按给定的运动规律作出 位移线图；-（2）作出凸轮机构的初始位置和偏距圆；（3）按- 方向划分偏距圆得 c0、 c1、c2等点；并过这 些点作 偏距圆的切线，即为反转导路线；c1c2c3c4c5c6c7c0er0O180B1B3B4B2B5B8（4）在各反转导路线上量取与位移 图相应的位移，得B1、B2、 等点，将 B1 、B2 等各点连成光滑曲线即得到凸轮轮廓曲线。oS1801206012345678910hB6c10c8c9B7120B9B1060B02.偏置移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓线设计r0B0理论轮廓曲线实际轮廓曲线rT注意：理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；凸

9、轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的最小向径。已知：从动件运动规律，凸轮基圆半径 r0 ，凸轮以等角速度逆时针转动，滚子半径 rT。作图步骤：（1）将滚子中心看作是尖顶从动件的尖顶，按照前述方法画出尖顶从动件的凸轮轮廓曲线，该曲线称为凸轮的理论轮廓曲线。（2）以理论轮廓曲线上各点为圆心，以滚子半径 rT为半径画一系列圆，作这些圆的包络线（与每个小圆相切，每个圆只切一次-圆的公切线），此包络线即为所求的凸轮的实际轮廓线。3.偏置移动滚子从动件盘形凸轮轮廓线设计4.移动平底从动件盘形凸轮轮廓线设计-sO180120601234567891021180120平底凸轮机构18012060o123456789

10、105.摆动尖顶从动件盘形凸轮轮廓线设计B1LB0OA0ar00已知：凸轮逆时针转动，r0=40mm, 从动件的运动规律，max=36。，从动件顺时针摆动，凸轮轴心与从动件转轴之间的中心距 OA 0=a=80mm，AOBO=L=60mm。ABmax5.摆动尖顶从动件盘形凸轮轮廓线设计18012060o12345678910（1）按给定的运动规律作出 角位移线图；（2）作出凸轮机构的初始位置，作圆R ；A1A2A3A6A7A8A9A10A400000000000r0B0L18060120B1B2B3B4B5B6B7B8B9B101C12C23C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-（3）按

11、- 方向划分圆R得A0、 A1、A2等点；即得机架 反转的一系列位置；（4）从从动件各反转位置线上量取与角位移 图相应的角位移，得 C1、C2、 等点，将 C1 、C2 等各点连成光滑曲线即得到凸轮轮廓曲线。A5 4-4凸轮机构基本尺寸的确定三、滚子半径的确定一、凸轮机构的压力角及其许用值二、基圆半径的确定一、凸轮机构的压力角及其许用值o1AnnQFF2F1v21. 压力角 ： 在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构中驱使从动件运动的力的方向线与从动件上受力点的速度方向线所夹的锐角。Q作用在从动件上的载荷F凸轮对从动件的作用力越小，受力越好。2. 压力角与凸轮机构受力情况的关系推动从动件运动

12、的有效分力阻碍从动件运动的有害分力推动从动件运动的有效分力阻碍从动件运动的有害分力当增大到某一数值时，有害分力F2引起的摩擦阻力大于有效分力F1，此时无论凸轮给从动件的作用力有多大，都不能推动从动件运动，这种现象称为机构的自锁。结论：从避免机构的自锁，使机构具有良好的受力状况来看， 越小越好。3. 压力角与基圆半径的关系式中：在点（升程）在点（回程）式中：压力角计算的统一表达式：4. 许用压力角使机构保持良好的工作性能所规定的压力角的许可值。 设计凸轮机构时务必使max许用压力角的推荐值：推程时对于移动从动件， =3040对于摆动从动件， =4050回程时：=7080oAnnQ1Fv2Bnn2FoAv2F1nnv2nn2BFvcABC12F二、基圆半径的确定1根据最大压力角确定基圆半径受力不大，而要求结构紧凑时，根据解得根据凸轮结构确定基圆半径凸轮与轴做成一体时略大于轴的半径。凸轮与轴分开加工时，ro(0.81)dsds为凸轮轴直径rods三、滚子半径的确定1. 凸轮理论轮廓的内凹部分实际轮廓曲率半径 、理论轮廓曲率半径 与滚子半径 三者之间的关系