机械设计基础04

第四章凸轮(tūlún)机构凸轮机构常用于将主动件的连续转动转变为从动件的往复移动或摆动，能使从动件获得任意预先给定的运动规律，因而广泛用于各种机械、仪表和操作(cāozuò)装置中。精品资料第四章凸轮(tūlún)机构4－1凸轮机构的组成、应用和分类4－2从动件常用运动规律4－3图解法设计(shèjì)凸轮轮廓4－4凸轮机构设计(shèjì)中的几个问题精品资料一、组成(zǔchénɡ)由三个构件组成的一种高副机构凸轮：具有曲线轮廓(lúnkuò)或凹槽的构件推杆/从动件，运动规律由凸轮廓(lúnkuò)线和运动尺寸决定机架推杆凸轮内燃机配气机构机架§4－1凸轮机构的组成、应用和分类精品资料二、特点(tèdiǎn)优点：实现各种(ɡèzhǒnɡ)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、重载推杆凸轮机架精品资料三、分类(fēnlèi)及应用按凸轮(tūlún)的形状分按从动件的形状分按从动件的运动形式分按从动件的布置形式分按凸轮(tūlún)与从动件维持高副接触的方法分小结推杆凸轮机架精品资料1.按凸轮(tūlún)的形状分盘形凸轮(tūlún)凸轮(tūlún)呈向径变化的盘形结构简单,应用最广泛移动凸轮(tūlún)凸轮(tūlún)呈板型,直线移动圆柱凸轮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精品资料2.按从动件的形状(xíngzhuàn)分尖顶推杆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(chéngzài)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精品资料3.按从动件的运动(yùndòng)形式分直动推杆往复移动轨迹(guǐjì)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精品资料4.按从动件的布置(bùzhì)形式分对心直动推杆偏置(piānzhì)直动推杆尖顶推杆滚子推杆精品资料5.按凸轮(tūlún)与从动件维持高副接触的方法分力封闭型（力锁合）形封闭型（形锁合）精品资料6.小结(xiǎojié)一般(yībān)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精品资料§4－2从动件的常用运动(yùndòng)规律凸轮与从动件的运动关系从动件常用(chánɡyònɡ)运动规律精品资料1.基圆、基圆半径(bànjìng)rb2.向径r3.推程、推程角4.上停程(远休)上停程角(远休止(xiūzhǐ)角)s5.回程、回程角

'6.下停程(近休)

下停程角(近休止角)s'7.转角、位移S8.行程(升程)hrrbShs's'w一.凸轮与从动件的运动关系精品资料可见(kějiàn):从动件的运动规律是与凸轮轮廓曲线的形状相对应的。从动件位移s、速度(sùdù)ν、加速度(sùdù)a随凸轮转角（时间t）的变化规律，称为从动件运动规律。一.凸轮与从动件的运动关系精品资料1.等速运动(děnɡsùyùndònɡ)规律(直线位移运动规律、一次多项式运动规律)HV2a2∞∞特点：设计简单、匀速进给、amax最大。始点、末点有刚性(ɡānɡxìnɡ)冲击。

二.从动件常用运动规律S2ψ1ψ1ψ1V0ψ0ψ0ψ0精品资料2.等加速等减速运动规律(guīlǜ)(抛物线位移运动规律(guīlǜ)、二次多项式运动规律(guīlǜ))S2HV2ψ1a2VmaxH特点(tèdiǎn):amax最小→惯性力小。

起、中、末点有软性(柔性）冲击.amaxψ1ψ1S2CBAψ1ψ0ψ0ψ0精品资料ad3.余弦(yúxián)加速度运动规律CosineAcceleration(简谐SimpleHarmonic运动位移运动规律)d0H01234567812345678SdVd012345678d0pHw2d0012345678p2Hw22d020123456特点:加速度变化(biànhuà)连续平缓.始、末点有软性冲击.01234

5678d078精品资料add0pHw2d02012467801234

567834.正弦加速度运动(yùndòng)规律Vd2Hwd00123468d001234

5678557Hp特点：加速度变化(biànhuà)连续.amax最大.

(摆线投影位移运动规律)d012345678dH123456S700精品资料AAAAAAAAAAAAA解析(jiěxī)法、作图法相对运动原理法(也称反转法)对整个(zhěnggè)系统施加-ω运动此时，凸轮保持不动推杆作复合运动=反转运动(-ω)+预期运动(s)AAr0-r0§4－3图解法设计凸轮轮廓一、凸轮廓线设计的基本原理精品资料二、作图法设计(shèjì)凸轮廓线作图步骤(bùzhòu)：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3

对心直动平底推杆盘形凸轮机构4

偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构5

摆动推杆盘形凸轮机构6小结精品资料1对心直动尖顶(jiāndǐng)推杆盘形凸轮机构已知：r0，推杆运动规律，凸轮(tūlún)逆时针方向转动设计：凸轮(tūlún)廓线解：

1.定比例尺μl

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精品资料2对心直动滚子(ɡǔnzǐ)推杆盘形凸轮机构已知：r0，推杆运动(yùndòng)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理论轮廓实际轮廓精品资料s0h3对心直动平底推杆盘形凸轮(tūlún)机构已知：r0，推杆运动规律，凸轮逆时针方向转动(zhuàndòng)设计：凸轮廓线解：

1.定比例尺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了解实际轮廓精品资料s0h4偏置(piānzhì)直动尖顶推杆盘形凸轮机构已知：r0，偏置圆半径e，推杆运动规律，凸轮(tūlún)逆时针方向转动设计：凸轮(tūlún)廓线解：

1.定比例尺2.初始位置及推杆位移曲线偏距圆、基圆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精品资料5摆动推杆盘形凸轮(tūlún)机构r0r0分析(fēnxī)：-w了解精品资料摆动推杆盘形凸轮(tūlún)机构设计已知：r0，机架长度，推杆运动规律，凸轮(tūlún)逆时针方向转动设计：凸轮(tūlún)廓线解：

1.定比例尺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f210Ff21f22f23f24f25f26f27f28f29f210f211f212了解精品资料6小结(xiǎojié)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(zhōngxīn)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精品资料实际廓线曲率半径(bànjìng)：a理论廓线曲率半径(bànjìng)：滚子半径(bànjìng)：rr1内凹凸轮廓线a=+rr理论廓线最小结论：无论滚子半径(bànjìng)多大，总能由理论廓线得到实际廓线一、滚子半径(bànjìng)的选择2

外凸凸轮廓线a=-rr>rr，a>0，实际廓线平滑=rr，a=0，实际廓线变尖<rr，a<0，实际廓线出现交叉，切割，运动失真a=-rr＝0arr理论实际aa=+rrrr>rrrra=-rr<0rr=rra=-rr>0<rr§4－4凸轮机构设计中的几个问题精品资料结论(jiélùn):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(shèjì)时，应保证amin=min-rr[a]=3~5mm精品资料1.压力(yālì)角a与驱动力Faa↑→F2↑F1↓→效率η↓当a大于一定值,将自锁.一般(yībān),推程[a]=30(移动)35—45(摆动)回程[a']=70—80

a'过大将造成滑脱QQ二.凸轮机构的压力角ｎｎｔｔνF2F1FF1＝Fｃｏｓα

（有效分力）F2＝Fｓｉｎα（有害分力）精品资料2.压力(yālì)角与基圆半径ss基圆r0越小结构紧凑压力(yālì)角效率原则max[]基圆越大凸轮推程廓线越平缓压力角越小；基圆越小凸轮推程廓线越陡峭压力角越大（导致磨损加剧，甚至引起机构自锁）