凸轮(自编)朱里

1、第五章 凸轮机构从动件(推杆)凸轮机架11）只需设计凸轮,从动件就可以得到预期的运动规律，结构简单，设计方便。2）点、线接触，易磨损。3）曲线轮廓，加工制造比较复杂。特点：2一、应用配气机构绕线机构5-1凸轮机构应用与分类3 内燃机配气凸轮机构总目录本章上页下页4冲压机送料机构5靠模机构进刀机构6铣削加工靠模凸轮机构冷镦机送料机构7录音机卷带机构8 二、类型1 按凸轮形状：（1） 盘形凸轮9（2）移动凸轮10（3）圆柱凸轮11对心直动尖顶从动件偏心直动尖顶从动件2、按从动件形状（1）尖顶从动件 12对心直动滚子从动件（2）滚子从动件 摆动滚子从动件13（3）平底从动件对心直动平底从动件143

2、按推杆运动形式1）直动推杆2）摆动推杆154 按高副接触方式（1）力封闭16（2）形封闭（特殊几何结构保持接触）17沟槽凸轮18等宽凸轮19等径凸轮20共轭凸轮21一、运动循环及基本概念1 基圆-以到转动中心最小向径所作的圆。半径r0；52 从动件的运动规律225、近休-从动件在最低位置静止不动。凸轮转过的角度-近休止角。用s表示。完成一个周期后，凸轮周而复始重复以上运动。2、推程-从动件由最低位置到最高位置的过程。 在推程中：凸轮转过的角度-推程运动角。用o表示。 推杆上升的距离-行程 用h表示。3、远休-从动件在最高位置静止不动。凸轮转过的角度-远休止角。用s表示。4、回程-从动件由最高位

3、置到最低位置的过程。回程中：凸轮转过的角度-回程运动角。用o表示。 推杆下降的距离-行程。6 偏 距 -凸轮回转中心与从动件导路间的距离,用 e 表示。 23运动方程：s v0 tv v0 a = 0 在行程始末两点有刚性冲击.刚性冲击(硬冲) -速度突变，加速度无穷大引起的冲击。适用于低速轻载.1. 等速运动规律s va h+刚性冲击二 常用运动规律所谓推杆的运动规律，是指推杆在运动过程中，其位移s、速度、加速度随时间或转角的变化规律。 24 2. 等加速等减速运动规律 位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。推程加速段运动方程为1s va235463h/2 h/22h/4h2/2在推程始、中

4、、末三点有柔性冲击.柔性冲击(软冲) -加速度由0到有限值的突变引起的冲击。适于中速轻载。252. n = 2的运动规律（等加速等减速运动规律）推程等加速运动的方程式为：推程等加速运动的边界条件为：得：C0 = -h，C1 =4 h/，C2 =-2 h/1494100vvmax0amax-amaxah1423560s26 在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处，加速度虽为有限值，但加速度对时间的变化率理论上为无穷大。由此引起的冲击称为柔性冲击。1494100vvmax0amax-amaxah1423560s27推程减速段运动方程为28a3、余弦加速度运动规律(简谐运动规律位移)0H0 1 2

5、 3 4 5 6 7 812345678SVd0 1 2 3 4 5 6 7 8d0pHw2 0012345678p2Hw22 020123456特点: 始、末点有柔性冲击.适于中低速、中轻载.0 1 2 3 4 5 6 7 8 07829a pHw2 0201246780 1 2 3 4 5 6 7 834、正弦加速度运动规律 V2Hw 00123468 0 1 2 3 4 5 6 7 8557Hp特点： 加速度变化连续.无冲击适于高中速、轻载. (摆线运动规律位移) 1 2 3 4 5 6 7 8H123456S700305 改进型运动规律 315 组合型（改进型）运动规律将几种运动规律组

6、合，以改善运动特性。1基本运动规律的组合原则1)按凸轮机构的工作要求选择一种基本运动规律为主体运动规律，然后用其他运动规律与之组合，通过优化对比，寻求最佳的组合型式。 2)在行程的起始点和终止点，有较好的边界条件。 3)各种运动规律的连接点处，要满足位移、速度、加速度以及更高一阶导数的连续。 4)各段不同的运动规律要有较好的动力性能和工艺性。32 高速重载凸轮要选Vmax和amax比较小的理由： amax等加等减速 2.0 4.0 柔性 中速轻载五次多项式 1.88 5.77 无 高速中载余弦加速度 1.57 4.93 柔性 中速中载正弦加速度 2.0 6.28 无 高速轻载改进正弦加速度 1

7、.76 5.53 无 高速重载100分钟 从动件常用运动规律特性比较运动规律 Vmax amax 冲击 推荐应用范围 (h/0) (h/02)等 速 1.0 刚性 低速轻载动量mv,在启动、停车和制动时，则冲击力将很大（F=mv/t）。对重载凸轮，则适合选用Vmax较小的运动规律。惯性力F=-ma对强度和耐磨性要求。对高速凸轮，希望amax 愈小愈好。Vmax, Pn33-53 图解法设计盘形凸轮轮廓一 反转法原理凸轮机构工作时，凸轮和推杆都在运动，为了画出凸轮轮廓，设法让凸轮轮廓相对纸面固定不动。为此，给整个机构加一个公共角速度，使其绕点转动。这样对凸轮来说，原来有个角速度，现在给他加一个，

8、+（）=0 凸轮将静止不动。推杆原来只是往复移动，现在是又转动、又移动，是一种复合运动。推杆尖顶又转动、又移动的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。（注意：在给机构加运动时，一定是给整个机构加，不能只给凸轮加，那样，构件与构件的运动关系就会破坏）推杆相对凸轮的转动和凸轮转向相反，同时推杆又在导轨内移动，推杆这种复合运动的一系列位置就是凸轮轮廓。这就是反转法原理。 二 设计方法+（）=034Ar0609090120-s 12345 67 891011121314已知：基圆半径r0，角速度，从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤：选比例尺l作基圆r0。在基圆上按 “-”方向划分各运动角。将位移线上的

9、推程运动角和回程运动角分别分为若干等份；并将凸轮基圆上的推程运动角和回程运动角也做同样的划分。通过各分点作出各导路的直线；在各直线上从基圆向外量出一定的长度，与位移线中各分点的位移量相对应，得各尖顶点的相应位置。将各尖顶点连接成一条光滑曲线。1 对心直动尖顶从动件盘形凸轮 60120909013578135789111315911131214187654321413121110935r0609090120-1234567891011121314已知凸轮的基圆半径r0，角速度，从动件的运动规律，滚子半径，设计该凸轮轮廓曲线。A以理论廓线上的各点为圆心，以滚子半径为半径作一系列滚子圆。2 对心直动

10、滚子从动件盘形凸轮s 60120909013578135789111315911131214理论轮廓实际轮廓1876543214131211109设计步骤：按尖顶作出廓线理论廓线。作各滚子圆的内(外)包络线实际廓线:滚子与凸轮实际接触处的轮廓。36已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。作平底直线族的内包络线-实际廓线。3 对心直动平底从动件盘形凸轮1234567887654321910111213141514131211109s 60120909013578135789111315911131214设计步骤：按尖顶作出廓线理论廓线。以理论廓线上的各点为参考点，作

11、一系列平底直线。37eA-O已知: 凸轮的基圆半径r0，偏距e，角速度，从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。4 偏置直动尖顶从动件盘形凸轮s 6012090901357813578911131591113121412345678k1k2k3k5k4k6k7k81514131211109k9k10k11k12k13k14k15123456781514131211109选比例尺l作基圆r0。设计步骤：在基圆上按 “-”方向划分各运动角。将位移线上的推程运动角和回程运动角分别等分为若干等份；并将凸轮基圆上的推程运动角和回程运动角也做同样的划分。通过各点作出与偏距圆相切的直线；并在各直线上从基圆向外

12、量出一定的长度，与位移线中各点的位移量相对应，得各点的相应位置。将各点连接成一条光滑曲线。38已知：r0，摆杆长度l，中心距O A=d，摆杆运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。5 摆动尖顶从动件盘形凸轮机构A1A2A3A4A5A6A7A8B1B2B3B4B5B6B7B812060 90 B11B22B33B4 4B5 5B6 6B77-r0ABld 6012090901234123456785768O设计步骤：确定O、 A的位置，以r0为半径画基圆，以d为半径画摆杆中心圆。在中心圆上按 “-”方向划分各运动角。将角位移线图上的推程运动角和回程运动角分别等分为若干等份；并将中心圆上的推程运动角和回程运

13、动角也做同样的划分，得A、A1。根据各时刻的角位移作出摆杆一系列位置AB、AB1、AB2将B、B1、B2各点连接成一条光滑曲线。3940一 压力角Fy= FcosFx = Fsin压力角: 从动件力的方向与速度方向所夹的锐角,用表示.(不计摩擦)压力角越小,传力性能越好.推程时,通常取 =3040, 回程时, 通常取 =7080。 54 凸轮机构基本尺寸的确定41O二 基圆半径 r0tga = CPBC=OP - OCBC其中： 据三心定理 VP1 = VP2 OC = e BC =即: OPw1 = V P2 得: OP = V/wS + S0= S +r02 - e2从而 tga =V/w

14、 - eS +r02 - e2 CBPa123S0显然, r0 a SwVer0满足压力角取较小的基圆半径 42max凸轮转角 余弦加速度运动正弦加速度运动h/r0h/r0凸轮转角 等速运动等加等减速运动h/r0h/r0max诺模图应用实例：一对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，推程运动角45，h=13 mm, 推杆以正弦加速度运动，要求max 30，试确定凸轮的基圆半径r0 。作图得：h/r00.26r0 50 mm确定上述极值r0min不方便，工程上常根据诺模图来确定r043顺时针转动时-推杆偏于凸轮轴心的左侧。逆时针转动时-推杆偏于凸轮轴心的右侧。三 偏置方位确定：较小压力角w44四、滚子半径

15、的选择和平底尺寸l 的确定a工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径， rr滚子半径arr rr arr rr arr0轮廓正常轮廓正常轮廓变尖 内凹 外凸对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使： min rr arrrrarrrr arr0轮廓失真rr451234567887654321910111213141514131211109.平底尺寸l 的确定lmax作图法确定： l=2lmax+(57)mm压力角是多少度?Lmax-平底中心至平底与轮廓曲线接触点间的最大距离46例1：画出图示机构的压力角47图 4 - 11 偏置尖顶移动从动件盘形凸轮作图法481、尖底直动从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓设计

16、：已知 转向49三、偏置尖顶移动从动杆 例. 已知: R0、H、e 、 w 的方向、凸轮转角从动杆运动规律 0180 等速上升 H180 210 上停程210 300 等速下降 H300 360 下停程解: 1. 以 mS = 作位移曲线.2. 以同样的 mS 作凸轮廓线w012345678910四、偏置滚子移动从动杆从动杆运动规律和凸轮相应转角:Sd03600180021003000H1 2 3 4 5 6 7 8 9 1050 2. 等加速等减速运动规律 位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。推程加速段运动方程为s （ 2h / 2 ） 2v （ 4h / 2 ）a 4h2/ 2 1s v

17、a235463h/2 h/22h/4h2/2在推程始、中、末三点有柔性冲击(软冲)：由加速度有限值的突变引起的冲击。此时，速度曲线有尖点，加速度曲线不连续。适于中速轻载。51 2. 等加速等减速运动规律 位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。推程加速段运动方程为s a 0 t 2 / 2v a 0 ta a 01s va235463h/2 h/22h/4h2/2在推程始、中、末三点有柔性冲击.柔性冲击(软冲) -加速度由0到有限值的突变引起的冲击。适于中速轻载。523、如图所示，偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，已知凸轮实际轮廓线为一圆心在O点的偏心圆，其半径为R，从动件的偏距为e，试用作图法：

18、（1）在图上确定凸轮的合理转向；（2）画出该机构的凸轮理论廓线、基圆及偏心圆；（3）标出当从动件从图示位置升到位移s时,对应凸轮的转角及凸轮机构的压力角；535、在图示凸轮机构中，求： 1）在图上画出理论轮廓及基圆。2）在图上标出从动件的最大行程h。3）推程运动角o、回程运动角o、远休止角s、近休止角s分别为多少度？4）标出图示位置的压力角，说明压力角越大，传力性能是越好还是越差？544、凸轮机构如图所示。凸轮的实际廓线为一圆，其圆心在B点，半径R=45mm，凸轮1以匀角速度1=1rad/min绕A轴逆时针回转，AB=20mm，滚子半径rr=10mm，试回答：凸轮的理论廓线为何种曲线？并做出此曲线；绘出凸轮的基圆；推程运动角o=？回程运动角o=？远休止角s=？近休止角s=？ 求机构在图示位置时，从动件2的速度V2=?； 若凸轮实际廓线不变，而将滚子半径改为12mm，从动件的运动规律与原来的是否相同，为什么？ 55例 2 已知： DE=FG=HI，且相互平行；DF=EG，且相互平行；DH=EI，且相