机械设计基础第五章讲稿

第5章凸轮机构5-1

凸轮机构的应用及分类5-2

推杆的运动规律5-3

凸轮轮廓曲线的设计5-4

凸轮机构基本尺寸的确定基本要求:了解凸轮机构的类型及特点掌握从动件常用运动规律的特点掌握凸轮机构基本尺寸确定的原则熟练掌握反转法原理并进行凸轮机构设计机械设计基础——凸轮机构5-1

凸轮机构的组成及分类一、组成二、特点三、分类四、应用机械设计基础——凸轮机构一、组成由三个构件组成的一种高副机构凸轮：具有曲线轮廓或凹槽的构件推杆/从动件，运动规律由凸轮廓线和运动尺寸决定机架推杆凸轮机械设计基础——凸轮机构二、特点优点：实现各种复杂的运动要求结构简单、紧凑设计方便缺点：点、线接触，易磨损，不适合高速、重载推杆凸轮机械设计基础——凸轮机构三、分类1按凸轮的形状分2按从动件的形状分3按从动件的运动形式分4按从动件的布置形式分5凸轮机构的基本概念与参数推杆凸轮机械设计基础——凸轮机构1按凸轮的形状分盘形凸轮,实例凸轮呈向径变化的盘形结构简单,应用最广泛移动凸轮凸轮呈板型,直线移动圆柱凸轮,

实例空间凸轮机构凸轮轮廓做在圆柱体上空间运动推杆凸轮凸轮推杆推杆凸轮机械设计基础——凸轮机构2按从动件的形状分尖顶推杆

尖顶始终能够与凸轮轮廓保持接触，可实现复杂的运动规律易磨损，只宜用于轻载、低速滚子推杆耐磨、承载大，较常用平底推杆接触面易形成油膜，利于润滑，常用于高速运动配合的凸轮轮廓必须全部外凸尖顶推杆滚子推杆平底推杆平底推杆机械设计基础——凸轮机构3按从动件的运动形式分直动推杆往复移动轨迹为直线摆动推杆往复摆动轨迹为圆弧尖顶推杆滚子推杆平底推杆直动推杆摆动推杆机械设计基础——凸轮机构4按从动件的布置形式分对心直动推杆偏置直动推杆尖顶推杆滚子推杆机械设计基础——凸轮机构一般凸轮机构的命名原则:布置形式+运动形式+推杆形状+凸轮形状对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构摆动平底推杆盘形凸轮机构机械设计基础——凸轮机构1、基圆：凸轮理论轮廓上最小向径为半径所画的圆。6、凸轮机构的基本概念与参数2、偏距e：从动件导路偏离凸轮回转中心的距离。wOrminwrminOe机械设计基础——凸轮机构3、推程：

4、升程：

从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的运动规律由离回转中心最近位置A到达最远位置B的过程。从动件在推程中所走过的距离h。5、推程运动角：6、远休止角：δt

=∠AOB（升程角）与推程相应的凸轮转角δt。δS=

∠BOC从动件在最远位置停止不动所对应的凸轮转角δs。wAB'rminOBCDδtδsh机械设计基础——凸轮机构9、近休止角：8、回程运动角：δh=∠CODδs'=∠AOD7、回程：从动件在弹簧力或重力作用下，，以一定的运动规律回到起始位置的过程。与回程相应的凸轮转角δh。从动件在最近位置停止不动所对应的凸轮转角δs'。δhδs'wAB'rminOBCDδtδsh机械设计基础——凸轮机构以纵坐标代表从动件位移s2

，横坐标代表凸轮转角δ1或t，所画出的位移与转角之间的关系曲线。10、从动件位移线图：上升—停—降—停tδ1s2ABCDh2pδhδs'δtδsAδhδs'wAB'rminOBCDδtδsh从动件位移线图决定于凸轮轮廓曲线的形状。机械设计基础——凸轮机构1、推程：2、升程：3、推程运动角：4、运休止角：7、近休止角：6、回程运动角：5、回程：AB偏置尖顶直动从动件盘形凸轮δtδsδhδs'wAB'OBCDhCDhδtδsδhδs'

左图为自动机床中的横向进给机构，当凸轮等速回转一周时，凸轮的曲线外廓推动从动件带动刀架完成以下动作：车刀快速接近工件，等速进刀切削，切削结束刀具快速退回，停留一段时间再进行下一个运动循环。

四、应用5-2

推杆的运动规律一、凸轮机构的运动过程二、推杆常用运动规律三、选择运动规律应注意的问题机械设计基础——凸轮机构A一、凸轮机构的运动过程从动件的运动规律是指从动件的位移、速度、加速度等随时间t或凸轮转角j变化的规律基圆(以凸轮轮廓最小向径所组成的圆)，基圆半径r0推程，推程运动角0远休止，远休止角01

回程，回程运动角0′

近休止，近休止角02

行程（升程），h运动线图:

从动件的位移、速度、加速度等随时间t或凸轮转角j变化关系图0010’02r00推程01远休止0′回程02近休止ts0BCDhA’机械设计基础——凸轮机构二、推杆常用运动规律1等速运动2等加速等减速运动3摆线运动注意：为便于理解各种运动规律特性,本章将运动规律单独应用于推程或回程机械设计基础——凸轮机构1等速推程运动——一次多项式运动规律推程(00)运动方程：位移方程：速度方程：加速度方程：运动线图冲击特性：始点、末点刚性冲击适用场合：低速轻载hs00v0a0-+机械设计基础——凸轮机构等速回程运动（续）回程(0’0)运动方程：位移方程：速度方程：加速度方程：运动线图冲击特性：始点、末点刚性冲击适用场合：低速轻载s0v0a00’-++-0h

机械设计基础——凸轮机构2等加速等减速运动—二次多项式运动规律推程运动方程:运动线图冲击特性：起、中、末点柔性冲击适用场合：低速轻载s00v0a0h/2h/20/20/2h(00/2)(0/20)加速段减速段位移方程速度方程加速度方程机械设计基础——凸轮机构3摆线运动——正弦加速度运动推程运动方程：运动线图冲击特性：无冲击适用场合：高速轻载advd0

0012345678sdhA2ph0

机械设计基础——凸轮机构三、选择运动规律应注意的问题实际使用时,推程或回程的运动规律可采用单一运动规律,也可以将几种运动规律复合使用1.当机械的工作过程只要求推杆实现一定的工作行程，而对运动规律无特殊要求时，主要考虑动力特性和便于加工低速轻载时，便于加工优先；速度较高时，动力特性优先。2.当机械的工作过程对推杆运动规律有特殊要求时：转速较低时，首先满足运动规律，其次再考虑动力特性和加工转速较高时，兼顾运动规律和动力特性，采用组合运动机械设计基础——凸轮机构5-3凸轮轮廓曲线的设计一、凸轮廓线设计的基本原理二、作图法设计凸轮廓线机械设计基础——凸轮机构AAAAAAAAAAAAA一、凸轮廓线设计的基本原理解析法、作图法相对运动原理法:(也称反转法):对整个系统施加-w运动此时，凸轮保持不动推杆作复合运动=反转运动(-)+预期运动(s)AAr0-r0机械设计基础——凸轮机构二、作图法设计凸轮廓线作图步骤：1

根据从动件的运动规律：作出位移线图S2-δ1，并等分角度2定基圆3作出推杆在反转运动中依次占据的位置4据运动规律，求出从动件在预期运动中依次占据的位置5将两种运动复合，就求出了从动件尖端在复合运动中依次占据的位置点6将各位置点联接成光滑的曲线7在理论轮廓上再作出凸轮的实际轮廓1

对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构2

对心直动滚子推杆盘形凸轮机构机械设计基础——凸轮机构1

对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构已知：r0，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线解：

1.定比例尺l

2.初始位置及推杆位移曲线3.确定推杆反转运动占据的各位置4.确定推杆预期运动占据的各位置5.推杆高副元素族6.推杆高副元素的包络线s0h机械设计基础——凸轮机构2对心直动滚子推杆盘形凸轮机构已知：r0，推杆运动规律，滚子半径rr,凸轮逆时针方向转动设计：凸轮廓线解：

1.定比例尺l

2.初始位置及推杆位移曲线注：两条廓线，理论／实际廓线实际廓线基圆rmin理论廓线基圆r03.确定推杆反转运动占据的各位置4.确定推杆预期运动占据的各位置5.推杆高副元素族6.推杆高副元素的包络线s0h理论轮廓实际轮廓机械设计基础——凸轮机构3小结应用反转法时应注意：要能正确理解凸轮实际廓线和理论廓线的关系要正确确定推杆的反转方向正确确定推杆在反转运动中占据的位置直动推杆：推杆在反转前后两位置线的夹角应等于凸轮的转角摆动推杆：反转前后推杆摆动中心和凸轮轴心的两连线之间的夹角应等于凸轮的转角正确确定推杆的位移或摆角直动推杆：位移等于推杆所在位置与理论廓线的交点和与基圆交点之间的距离摆动推杆：角位移等于推杆所在位置与推杆起始位置之间的夹角机械设计基础——凸轮机构5-4

凸轮机构基本尺寸的确定一、压力角二、基圆半径的选择三、滚子半径的确定四、凸轮和滚子的材料五、凸轮的加工方法机械设计基础——凸轮机构一、压力角与许用值二、凸轮基圆半径的确定基圆半径越大，压力角越小，但结构尺寸较大(3)从动件偏置方向的选择凸轮逆时针回转，从动件右偏置凸轮顺时针回转，从动件左偏置三、凸轮轮廓形状与滚子半径的关系外凸凸轮廓线实际廓线出现尖点实际廓线出现交叉，从动件不能准确地实现预期的运动规律—运动失真内凹凸轮廓线

无论滚子半径多大，总能由理论轮廓求出实际轮廓。运动失真原因：避免方法：滚子半径的选择考虑结构、强度与运动规律等因素结论:内凹凸轮廓线：滚子半径无限制外凸凸轮廓线：理论轮廓的最小曲率半径大于滚子半径,即min>rr实际设计时，应保证amin

=min-rr

[a]=3~5mm机械设计基础——凸轮机构四、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、20Cr、40CrMnTi常用的滚子材料：20Cr或者滚动轴承五、凸轮轮