机械设计基础教学课件第三章凸轮机构

1、 第三章 凸轮机构一、凸轮机构的应用和分类 二、从动件常用运动规律 三、凸轮机构的压力角 四、图解法设计凸轮轮廓五、解析法设计凸轮轮廓第一节 凸轮机构的应用和类型一、凸轮机构的应用低副机构一般只能近似的地给定运动规律，且设计较复杂，当从动件的位移、速度、加速度必须严格按预定规律变化，特别是当原动件作连续运动时从动件必须作间歇运动下，采用凸轮机构设计最为简便。图3-1为内燃机配气机构，气阀2的运动规律规定了凸轮的外形。当凸轮向径变化时，气阀产生往复运动，而当凸轮回转中心为圆心的圆弧轮廓与气阀平底接触时，气阀静止不动。第一节 凸轮机构的应用和类型 图3-2为绕线机中用于排线的凸轮机构，当绕线轴3快

2、速转动时，经齿轮带动凸轮1缓慢转动，通过凸轮轮廓与尖顶A之间的作用，驱动从动件2往复摆动，从而使线均匀的缠绕在绕线轴上。第一节 凸轮机构的应用和类型第一节 凸轮机构的应用和类型 图3-4为自动上料机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。优点：结构简单、紧凑、设计方便。缺点：高副接触易磨损。凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。第一节 凸轮机构的应用和类型二、凸轮机构的分类按凸轮的形状分：盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮。按从动件的形式分：尖底、滚子、平底。按从动件的运动形式分：直动从动件（对心、偏心）、摆动从动件。按凸

3、轮与从动件维持接触的方式分：外力锁合（重力、弹簧力、其他力）、几何锁合（通过几何形状来锁合）第二节 从动件的常用运动规律 从动件的运动规律取决于凸轮的形状，而设计时，要按从动件的工作要求和条件设计凸轮曲线。即凸轮要按从动件运动规律进行设计。 图3-5a所示为一尖底直动从动件盘形凸轮机构。其中以凸轮轮廓最小向径rmin为半径所作的圆称为该凸轮的基圆。第二节 从动件的常用运动规律一、凸轮的运动推程：从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定运动 规律由离回转中心o最近的位置到达最远位置的过程。从动件的升程：从动件沿导路方向上升的距离h。推程运动角：推程对应凸轮的转角t。停程：凸轮轮廓上两个圆弧段BC、DA与

4、尖顶相接触时，从动件静止不动。回程：从动件由离回转中心o最远的位置回到最近位置的过程。第二节 从动件的常用运动规律s远休止角、s近休止角、h回程运动角推程停程回程停程t s h s图3-5b所示，为从动件位移线图。它反映了从动件位移s与转角之间的关系。所谓从动件运动规律，是指从动件在运动过程中，其位移s、速度v、加速度a随凸轮转角的变化规律。第二节 从动件的常用运动规律二、从动件常用运动规律等速运动凸轮等速转动时，从动件在运动过程中的速度是常数。推程位移线图运动方程第二节 从动件的常用运动规律在始末两端加速度a为正负无穷大，意味着凸轮机构极大的刚性冲击，因此此运动规律用在低速、从动件质量较小的

5、机构中。（实际上由于材料的弹性变形，加速度和惯性力不会达到无穷大）为避免刚性冲击，实用中在始末两段采用圆弧或抛物线代替直线组合运动。第二节 从动件的常用运动规律回程运动方程第二节 从动件的常用运动规律等加速等减速运动规律是指从动件再一个行程中h，先作等加速运动，后作等减速运动，通常加、减速度的绝对值相等。从动件推程的前半程，运动时间t/2，对应转角t /2。若初速度为零，由公式：第二节 从动件的常用运动规律第二节 从动件的常用运动规律 由位移方程可知，当=1；2；3时，s分别为1；4；9所以其位移线图可用于作图法方便画出。由运动线图可见，这种运动规律的速度曲线是连续的，不会出现刚性冲击。但在A

6、、B、C三处加速度曲线有突变，有限值的惯性力也发生突变而导致柔性冲击。因此这种运动规律也只适用于中速的场合。第二节 从动件的常用运动规律第二节 从动件的常用运动规律简谐运动（余弦加速运动）质点在圆周上作匀速运动时，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动称为简谐运动。其位移曲线方程：第二节 从动件的常用运动规律1、推程 2、回程第三节 凸轮机构的压力角一、压力角与作用力的关系压力角（）：忽略摩擦力，接触点公法线与从动件在运动方向的夹角。越大，有效分力越小，效率越低，摩擦阻力越大。当超过一定值时，机构自锁。第三节 凸轮机构的压力角通常直动从动件推程许用压力角 =30摆动从动件许用压力角 =35 45

7、 外力维持接触的凸轮，回程 =70 80二、压力角与基圆半径的关系 由图3-9可以看出，在其他条件不变的情况下，若把基圆增大，则凸轮的尺寸也随之增大，因此，欲使机构紧凑就应当采用较小的基圆半径。但基圆半径减小会引起压力角增大。因此在实际设计中，只能在保证凸轮轮廓的最大压力角不超过许用值的前提下，考虑缩小凸轮的尺寸。第四节 图解法设计凸轮轮廓当从动件的运动规律已经选定并作出位移线图以后，各种平面凸轮的轮廓曲线都可以用图解法作出。已知：s-曲线，基圆半径rmin，转向。方法：反转法，如图，设想将整个机构以角速度（- ）绕轴心o转动，此时凸轮将静止，从动件尖点的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。一、直动从

8、动件盘形凸轮轮廓的绘制尖顶直动从动件盘形凸轮第四节 图解法设计凸轮第四节 图解法设计凸轮偏置尖顶直动从动件盘形凸轮图3-11中，存在偏距e，则为偏置尖顶直动从动件从动件在反转运动中，其导路始终与凸轮轴心o保持偏距e。设计这种凸轮轮廓时，首先以o为圆心及偏距e为半径作偏距圆，再以rmin为半径作基圆，基圆与导路的交点A0即为从动件的起始位置。第四节 图解法设计凸轮 滚子直动从动件盘形凸轮 为减少磨损可将尖顶改成滚子，如图3-12所示。首先，把滚子中心看作凸轮的尖顶，按上述方法求出一条轮廓曲线0；再以0上各点为中心，以滚子半径为半径作一系列圆；最后作这些圆的包络线，包络线便是滚子直动从动件盘形凸轮的实际轮廓，而曲线0称为此凸的理论轮廓。第四节 图解法设计凸轮注意：理论阔线半径、实际阔线曲率半径和滚子半径rg之间的关系。 =+ rg min rg 曲线光滑 =- rg min= rg 尖点必须rg min，一般rg min 。 min 15mm,常取rg 0.4rmin第四节 图解法设计凸轮平底直动从动件盘形凸轮如图3-14所示，设计平底从动件盘形凸轮时，首先在平底上选一固定点A0视为尖顶，按照尖顶从动件凸轮轮廓的绘制方法，求出理论轮廓上一系列点A1、A2、A3，其次，过这些点画出一系列平底A1B、A2B、A