第八章凸轮机构

上一页下一页返回结束章目录§8—1凸轮机构概述§8—2凸轮机构的工作原理第八章凸轮机构第五章凸轮机构上一页下一页返回结束教学要求教学要求

1.了解凸轮机构的分类、应用及特点。

2.了解凸轮轮廓曲线的画法，熟悉常用位移曲线的画法。3、掌握基圆半径、行程、压力角等基本参数的概念和它们对工作的影响。4、掌握凸轮从动件的常用运动规律及其特点和应用。

第五章凸轮机构一、本课程知识体系框架（一）一、本课程知识体系框架（二）一、凸轮机构的基本组成二、凸轮机构的应用特点节目录§8—1凸轮机构概述第五章凸轮机构三、凸轮机构的基本类型一、凸轮机构的基本组成

利用连续转动的凸轮的轮廓，迫使气阀的气门杆往复移动，从而按预定的时间打开或关闭气阀，完成配气要求。内燃机配气机构§6—1凸轮机构概述一、凸轮机构的基本组成第五章凸轮机构

当凸轮转动时，其轮廓迫使从动杆往复摆动，通过固定在从动杆上的扇形齿轮，带动横刀架下部的齿条，使横刀架前、后移动，完成所需要的进刀和退刀运动。自动车床走刀机构§6—1凸轮机构概述一、凸轮机构的基本组成第五章凸轮机构

当圆柱凸轮回转时，凸轮上的凹槽迫使拨叉沿轴Ⅲ上左右往复移动，拨动轴Ⅱ上的三联滑移齿轮滑动，使齿轮a、b、c分别与轴Ⅰ上的固定齿轮d、e、f相啮合，从而使轴Ⅰ获得三种不同的转速。变速操纵机构一、凸轮机构的基本组成凸轮机构凸轮：通常为主动件，并作等速回转或移动。从动件：摆动或移动机架1、概念：（1）凸轮：具有曲线轮廓或凹槽，能控制从动件运动规律的构件。（具有曲线或曲面轮廓且作为高副元素的构件）（2）凸轮机构：含有凸轮的机构。应用实例内燃机配气机构自动车床走刀机构靠模车削机构插齿机切深机构火柴自动装盒机构缝纫机紧线机构绕线机构缝纫机紧线机构1—凸轮2—挑线板(摇杆)3—机架图6-3绕线机构

凸轮机构结构简单、紧凑。但凸轮机构中包含有高副，因此不宜传递较大的动力，此外，凸轮的曲线轮廓加工制造比较复杂。所以凸轮机构一般适用于实现特殊要求的运动规律而传力不太大的场合。二、凸轮机构的分类与特点：按形状分盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮按从动件运动形式分移动从动件摆动从动件按从动件端部形状分尖顶从动件滚子从动件平底从动件曲面从动件（一）分类1、按凸轮形状分（1）盘形凸轮：绕固定轴线转动并具有变化半径的盘形零件。类别盘形外轮廓凸轮盘形槽凸轮原理：靠半径的变化推动从动件产生平面运动。从动件在⊥于凸轮轴线的平面内运动。应用：一般用于从动件行程或摆动较小的场合。（2）移动凸轮：盘形凸轮r→∞演变而成。*移动凸轮通常作往复直线移动*常用于靠模仿型机械中。§6—1凸轮机构概述第五章凸轮机构

当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，即成为移动凸轮，移动凸轮通常作往复直线移动。§6—1凸轮机构概述第五章凸轮机构

（2）柱体凸轮柱体凸轮圆柱凸轮：在圆柱面上开有曲线凹槽端面凸轮：在圆柱端面上作出曲线轮廓原理：靠长度尺寸的变化推动从动件运动特点：可用较小径向尺寸得到较大行程*从动件在∥于凸轮轴线的平面内运动*属于空间凸轮机构（3）锥体凸轮§6—1凸轮机构概述第五章凸轮机构2．按从动件的型式分类§6—1凸轮机构概述（二）、凸轮机构的应用特点第五章凸轮机构

（1）．凸轮机构可以用在对从动件运动规律要求严格的场合。可以根据实际需要任意拟定从动件的运动规律，如运动轨迹、位移量、速度、加速度和间歇运动的运动时间与间歇时间的比例、停歇次数等。（２）．凸轮机构可以高速起动，动作准确可靠。1、优点：（1）．凸轮机构是高副机构，两构件接触处为点接触或线接触，单位面积上承载压力较高，且难以保持良好的润滑，故容易磨损，寿命低。（2）．凸轮机构能传递较复杂的运动，但对复杂的运动特性要求，精确分析和设计凸轮的轮廓曲线比较困难，制造和维修也较困难。随着电子计算机和数控机床的广泛应用，凸轮轮廓型面的设计、制造将变得方便、容易。2、缺点：一、凸轮机构的工作过程和有关参数二、从动件的常用运动规律节目录§8—2凸轮机构的工作原理第五章凸轮机构§6—2凸轮机构的工作原理一、凸轮机构的工作过程和有关参数第五章凸轮机构推程（升程）：从动件从最近→最远的过程。停程：从动件在最近或最远处停止不动的过程。回程：从动件从最远→最近的过程。二、主要参数1、转角推程运动角δo：从动件从最近→最远时凸轮转过的角度远休止角δs：从动件在最远处停止不动时，凸轮的转角。回程运动角δo′：从动件从最远→最近时凸轮的转角。近休止角δs′：从动件在最近处停止不动时，凸轮的转角。δo+δs+δo′+δs′=360°其中：δs、δs′可以等于零度。2、实际轮廓线：直接与从动件接触的凸轮廓线。3、理论轮廓线：凸轮从动件的参考点（尖端、滚子中心、平底中点）在凸轮平面内的运动轨迹。尖顶从动件：理论廓线与实际廓线重合。滚子从动件：理论廓线与实际廓线法向等距（滚子半径）平底从动件：理论廓线与实际廓线接近。4、基圆：以凸轮回转中心为圆心以凸轮理论廓线的最小半径为半径所作的圆。ro尖顶从动件：基圆与实际廓线相切滚子从动件：基圆与实际廓线相交5、位移S:凸轮转过一定角度，从动件对应移动的距离。6、行程h:从动件所能达到的最大位移。（理论廓线的半径差）7.压力角α：a

a

↑→F2

↑

F1→效率η↓当α大于一定值,将自锁.一般,推程α≤30

(移动)

α≤45(摆动) 回程α≤70—80

ｔｔνFF1＝Fｃｏｓα（有效分力）F2＝Fｓｉｎα（有害分力）凸轮理论廓线上某点的法线方向和从动件速度方向所夹的锐角。（半径最小、最大的点=0°）F2F1F影响凸轮机构工作性能的参数有：rt、r0、α参数对工作的影响参数要求滚子半径rt<ρ理论min实际廓线为光滑曲线，能得到预定运动规律为使运动不失真，rt<ρ理论min,一般取rt<0.8ρ理论minrt=ρ理论min实际廓线上有尖点，磨损后运动失真rt>ρ理论min实际廓线上有叉形，加工中被切去，运动失真参数对工作的影响参数要求压力角α↑，有效分力↓，有害分力↑，当α增大到某一数值时，机构会自锁而卡死

移动从动件

摆动从动件推程α≤30°α≤45°回程α≤70°—80°α≤70°—80°基圆半径ro↑，α↓，受力情况好，但机构尺寸大在保证α不超过许用值时，才考虑减小roro↓,α↑,机构尺寸减小，但受力变坏，且滚子半径也减小，运动易失真转角凸轮由起始位置（一般为距回转中心最近点），经一定时间后转过的角度基圆以凸轮理论轮廓上最小半径所作的圆推程从动件从最低位置升到最高位置的过程回程从动件从最高位置降到最低位置的过程远休止角从动件在最高位置停止不动，与此对应的凸轮转角近休止角从动件在最低位置（基圆弧上）停止不动，与此对应的凸轮转角推程角推动从动件实现推程时的凸轮转角回程角与回程相对应的凸轮转角行程移动从动件在推程或回程中移动的最大距离位移表示凸轮转过一角度，从动件对应移动的距离位移曲线表示从动件位移S和凸轮转角的关系曲线速度曲线表示从动件运动速度和凸轮转角的关系曲线加速度曲线表示从动件加速度和凸轮转角的关系曲线1.基圆、基圆半径r02.推程运动角δ03.远休止角δs4.回程运动角δ0′5.近休止角δs'6.转角、位移S7.行程(升程)hr0Shδ0δSδ0′δs'wABCD已知:凸轮逆时针转动,求:

（1）凸轮的基圆半径,（2）转动90之后的压力角理论轮廓基圆基圆1.含有

的机构称为凸轮机构。凸轮机构主要由

、

和

三个基本构件组成。在凸轮机构中，凸轮通常为

件并作

或

。2.仅具有

尺寸变化并绕其

旋转的凸轮称为盘形凸轮,盘形凸轮分为

和

两种。3.当盘形凸轮的回转中心趋于

时，即成为移动凸轮,移动凸轮通常作

运动，多用于

机械中。4.

凸轮和

凸轮统称柱体凸轮。5.凸轮从动件与凸轮的接触形式有

、

、

、

等四种，在传力较大的机构中，应采用

式。凸轮凸轮从动件机架主动件等速转动移动径向轴线盘形外轮廓凸轮盘形槽凸轮无穷远往复直线移动靠模仿形圆柱端面尖顶从动件滚子从动件平底从动件曲面从动件滚子6.凸轮机构是点接触的高副机构。﹝﹞7.凸轮机构广泛应用于机械自动化控制。﹝﹞8.圆柱凸轮机构，凸轮与从动件的运动在同一平面内。﹝﹞9.凸轮机构是高副机构，凸轮与从动件接触处难以保持好的润滑而易磨损。﹝﹞10.凸轮机构可以高速起动，且动作准确可靠。﹝√

﹞11.对运动的准确性要求高、传力小、速度低的凸轮机构，常用的从动件形式为

。A.尖顶式B.滚子式C.平底式D.曲面式12.

可使从动件得到较大的行程。A.盘形凸轮机构B.移动凸轮机构C.圆柱凸轮机构×√AC×√§6—2凸轮机构的工作原理二、常用运动规律第五章凸轮机构从动件的位移曲线直观地表示了从动件的位移变化规律，是凸轮轮廓设计的依据1、等速运动规律：从动件上升或下降的速度为一常数的运动规律。刚性冲击：由于加速度发生无穷大突变引起的冲击位移曲线：斜直线应用：凸轮作低速回转、从动件质量小和轻载的场合。应用实例：自动进刀机构§6—2凸轮机构的工作原理第五章凸轮机构修正圆弧半径r可取行程h的1/2。图中虚线即为修正后的位移曲线，MN为两修正圆弧所在圆的内公切线。为了避免产生刚性冲击，通常在产生刚性冲击的位移曲线转折处采取用圆弧过渡的方法进行修正§6—2凸轮机构的工作原理第五章凸轮机构2．等加速等减速运动规律通常，加速段和减速段的时间相等，位移也相等（h/2），加速度的绝对值也相等。从动件在行程（如推程）中先作等加速运动（上升），后作等减速运动（上升）的运动规律柔性冲击：加速度发生有限值的突变

位移曲线：抛物线速度曲线：斜直线应用：凸轮作中速回转，从动件质量不大和轻载的场合应用实例：内燃机配气机构设计过程中：凸轮的轮廓形状取决于从动件的运动规律，从动件的运动规律取决于机器的工作要求。使用过程中：从动件的运动规律取决于凸轮的理论轮廓曲线1、如图6-11所示的凸轮机构的S-δ曲线，试回答；1）、凸轮转过______________范围时，从动件为升程且从动件作______________运动规律；2）、凸轮从φ2转到φ3时，从动件运动速度V=_____；3）、凸轮从___转到____时，从动件的位移曲线为斜直线，在这个过程中从动件作_________运动规律；φ1φ2φ3φ4φ5φOs0-φ2等加速等减速0φ3φ4等速运动1、凸轮机构中，以下各选项中最可能是从动件周期的是﹝﹞。A．从动件推程时间B．从动件推程回程时间之和C．凸轮转一周时间D．从动件回程时间2、凸轮的﹝﹞决定从动件预定的运动规律。A．转速B.结构形状C.实际轮廓曲线D.理论轮廓曲线3、凸轮机构工作时，凸轮的转向改变则从动件的运动规律也改变。﹝﹞4、在盘形凸轮机构中，为防止直动式从动件在运动中突然自锁，一般规定推程压力角﹝﹞。A．α≤30°B．α＞30°C．α≤45°D．α≤80°5．凸轮机构（）的大小主要影响其承载能力。A．滚子半径rtB．基圆半径r0

C．压力角αD．理论轮廓曲线6．通常对于摆动从动件的凸轮机构，要求推程时的压力角应满足的范围要求是（）。A.α≤200B.α≤300

C.α≤450D.α≤8001.从动件自最低位置升到最高位置的过程称为

，推动从动件实现这一过程相对应的凸轮转角称为

。2.凸轮理论轮廓曲线上某点的法线方向，即为从动件的

与从动件

之间所夹的锐角，称为凸轮在该点的

。3.从动件的位移s与凸轮转角φ的关系可用

表示。等速运动规律的位移曲线为一条

，等加速和等减速运动规律的位移曲线是

。推程运动角所受力的方向运动方向位移曲线斜直线抛物线压力角推程4.等速运动规律凸轮机构在从动件速度变化时将产生冲击，因此只适用于凸轮作

、从动件质量较小和

的场合。5.从动件的运动规律取决于

，凸轮的轮廓形状取决于

。6.凸轮转速较高时，为避免刚性冲击，从动件常采用

运动规律。7.从动件常用的运动规律有

和

，前者的位移曲线是

，工作中产生

冲击；后者的位移曲线是

，工作中产生

冲击。低速机器的工作要求从动件运动规律等加速等减速等速运动规律等加速等减速运动规律斜直线刚性抛物线柔性轻载8.不同类型的从动件采用同一种运动规律，所用的凸轮轮廓是相同的。﹝﹞9.滚子从动件凸轮机构的工作轮廓即为理论轮廓。﹝﹞10.凸轮的轮廓曲线决定了从动件的位移、速度和加速度的变化规律。﹝﹞11.凸轮的基圆半径越大，压力角就越小，有害分力越小，因此基圆半径越大越好。﹝﹞×√××12.压力角的大小影响凸轮机构的传动效率，但不影响机构的传动性能。﹝﹞13.为避免柔性冲击，可采用r=h/2的过渡圆弧修正凸轮轮廓。﹝﹞14.（）决定从动件预定的运动规律。A.凸轮转速B.凸轮形状C.凸轮轮廓曲线D.基圆半径大小15.有一滚子从动件凸轮机构，若凸轮不变，改用尖顶从动件，其运动规律（）。A.不会改变B.不一定改变C.会改变D.以上都不对××CC16.对移动从动件凸轮机构限制推程时的压力角为（）A.α≤45°B.α>45°C.α≤70°～80°D.α≤30°17.等加速等减速运动规律的位移曲线是（）。A.直线B.抛物线C.双曲线D.两个半圆弧线18.产生刚性冲击的原因是（）。A.速度无穷大B.加速度无穷大C.速度为零D.加速度为零DBB画尖顶式从动件凸轮机构图并在图中标出相关参数：基圆半径r0、行程h和推（回）程角、远（近）休止角及实际轮廓线。下图6-9所示为一凸轮机构，分析并回答以下问题：（1）该机构适用于_____（高速、低速）、作用力___（大、小）的场合；（2）要使该机构的从动件的运动规律为等加速等减速，则必须改变凸轮的____________，此时该机构会产生_____冲击。图6-9低速小轮廓形状柔性（3）该机构逆时针转过45º时，该机构将作____（上升、下降）运动，在图中作出此时的压力角。（4）该机构的行程为_____，推程角为____。（5）该机构推程时必须满足______。条件才能避免产生自锁现象，若不满足该条件时，可以适当增大__________来满足要求。图6-9上升24180ºα≤30°基圆半径如图6-6所示的凸轮机构，已知圆盘凸轮逆时针方向转动，其半径r=25mm，凸轮回转中心“O2”距圆盘几何中心“O1”的距离e=10mm，试解答下列问题：1.指出实际轮廓线和理论轮廓线，画出基圆；实际轮廓曲线理论轮廓曲线2.从动件的推程运动角为____度，回程运动角为____度；画出当凸轮由图示位置转过90°后，从动件的位移s，标出从动件的行程h，并求出行程h=_____；（3）分别画出在图示位置接触和在D点接触时的压力角，当凸轮A、B两点与从动件接触时，压力角为__度；18018020mm

0【解题思路】本题主要考查了凸轮机构基本参数的计算、画法及其对传动性能的影响。解题时可从以下几个方面入手：⑴一组关系：设计时“工作要求→从动件运动规律→凸轮轮廓形状”；应用时“凸轮轮廓形状→从动件运动规律→工作要求”；⑵三曲线一位移：三曲线即“理论轮廓曲线”、“实际轮廓曲线”、“基圆”；一位移即“行程”。它们之间的关系表现为：实际轮廓曲线与理论轮廓曲线随着从动件形状不同二者可能“重合”、“径向等距”或“近似形”；基圆的半径为理论轮廓曲线的最小曲率半径；行程为最大理论轮廓曲线与最小理论轮廓曲线的差值；⑶一个角度：压力角。作法强调“参考点”、“从动件的两个方向”；从传力性能的角度限制其范围。方法归纳：⑴“3”“2”“1”“1”：凸轮机构作图中常见的“3”（理论廓线、实际廓线、基圆）、“2”（主动件回转方向、从动件移动方向）、“1”（压力角）、“1”（从动件位移）；⑵一个习惯：反转法；⑶位移与距离：从动件的位移和距离是两个不同的概念，在主动件连续运动的过程中，两者时而相同，时而不同。实际中必须注意区分。⑷影响传动性能的三个参数：基圆、压力角、滚子半径。2．如图所示的凸轮机构，已知圆盘凸轮回转方向如图所示，其半径为25mm，滚子半径rT=5mm，凸轮回转中心O距圆盘几何中心O′的距离e=10mm。试分析并回答以下各题：（1）作出基圆和图示位置的压力角，并求出回程中最大压力角αmax=

；（2）标出从动件的升程；arcsin1/3（3）指出压力角为0°的点；（4）从动件的升程h为

mm，当凸轮轴图示位置转过90度后，从动件的位移S=

mm；（5）当力F一定时，压力角越大，机构的

分力越大，机构的结构就越

；当压力角增大到某一数值时，从动件会出现

现象。因此规定该机构推程时的压力角α应控制在

的范围内；α≤30º2011.72有害紧凑自锁（6）若凸轮实际廓线不变，而将滚子半径变为rT=10mm，则从动件运动规律

，升程h

，推程中αmax；（7）若凸轮角速度ω=π/5rad/s，则从动件在一个周期内的平均速度为

。改变不变减小4mm/s如图1-1-4所示摆动滚子从动件圆盘凸轮机构中，滚子中心为B，凸轮O′以角速度ω逆时针方向绕转动中心O转动。试在图上完成下列各题：⑴画出理论轮廓曲线、基圆。⑵标出图示位置时的压力角α。例题2已知:凸轮逆时针转动,求:凸轮的基圆半径,转动90之后的压力角解：基圆速度方向？理论轮廓基圆1、图6-2示机构中，铰链四杆机构各杆的尺寸为：AB=15mm，BC=50mm，CD=15mm，DA=50mm，偏心轮中心为C点，其半径r=30mm，AB顺时针传动，试解答：（1）该机构由_________与_______________两个典型机构组成；轮1的基圆半径为___mm；从动件2在图示位置的压力角为___度；当AB杆转至BC杆共线时，从动件2的压力角为___度；

凸轮机构平行四边形机构3015

0

当主动件AB杆转动时，机构___（有、无）死点位置；当AB杆由图示位置转过90度时，从动件2的位移s=__________mm；（5）从动件2的升程h=____mm。

有30图示为绕线机，线轴转动带动蜗杆转动，蜗杆右旋，试回答下列问题：该绕线机由_____传动和_____凸轮机构组成。（2）图示线轴的转动方向为_____。蜗杆盘形向下（3）该凸轮机构从动件多用于传力__、速度___、传动灵敏的场合。为避免该机构发生自锁现象，凸轮机构推程压力角应小于等于_____度。凸轮机构的压力角越小，凸轮轮廓曲线越____（平直、弯曲）。δs=___

。（5）该机构属于____（高副、低副）机构。小低45平直00高副如左图所示滚子摆动从动件盘形凸轮机构，凸轮1为主动件，以角速度顺时针等速转动，图中示意画出了凸轮的部分廓线KK，廓线上的MN段为圆心在A点的一段圆弧，其半径为廓线上的最小向径，2为摆动从动件，3为机架。（1）在原图上画出凸轮的基圆，并标注出基圆半径r0；（2）在图示位置，从动件上的滚子与凸轮廓线在C点接触，请在原图上标出在该位置时的压力角；（3）若本题中的从动件选用如右图所示的运动规律，推程角120°，在右图中补全从动件运动的位移曲线和加速度曲线。右图中的运动线图所表示的运动规律是

运动规律，该运动规律有柔性冲击，一般适用于

（低、中、高）速，

（轻、重）载。等加速等减速中

轻如图所示为组合机构，四杆机构各杆长度为lAB=104mm，lAD=132mm，lBC=78mm，lCD=96mm，凸轮1绕O点作等速转动，其外轮廓MN是以O为圆心的一段圆弧，它的回转半径r最小。分析该机构，解答下列问题：（1）构件1、2和5组成的机构中，构件2的摆动角度一般应尽可能

（大、小）；（2）为了保证构件2有较好的传动性能，一般规定，该机构在推程时，压力角应满足

要求；小≤45º

（3）凸轮

半径的取值与压力角有关;（4）图示情况下，该组合机构

（能、不能）将构件4作主动件;（5）构件1、2、5组成的机构中，若从动件的运动规律为等加速等减速运动，则机构存在

冲击，故该运动规律只适用于

（高速重载、中速轻载、高速轻载）的场合;基圆

柔性

不能中速轻载（6）在图中作出凸轮机构的基圆;（7）在图中作出凸轮运动到图示位置时，构件2的压力角。1、补齐图6-5中尖顶对心移动从动件盘形凸轮机构的部分运动线图，并回答：（1）指出有刚性冲击位置的点：____，柔性冲击位置的点：____________。（2）若改为滚子式从动件，则运动规律_____（改变，不改变）；（3）在推程运动过程中，若不发生自锁，则必须有______条件。123456760012001800240030003600

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