第四章凸轮机构及其设计

§4-1凸轮机构的应用和分类§4-2从动件的运动规律§4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓曲线

——作图法第四章凸轮机构及其设计§4-4凸轮机构基本尺寸的确定§4-1凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的组成与应用◆组成凸轮机构的基本构件

凸轮、推杆（从动件）、机架◆凸轮机构的应用领域

凸轮机构广泛用于自动机械、自动控制装置和装配生产线中。◆凸轮机构的优点

结构简单、紧凑，通过适当设计凸轮廓线可以使推杆实现各种预期运动规律，同时还可以实现间歇运动。

◆凸轮机构的缺点

接触为高副，易于磨损，多用于传力不大的场合。§4-1凸轮机构的应用和分类二、凸轮机构的分类1.按凸轮的形状分类盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮盘形凸轮：最基本的形式，结构简单，应用最为广泛移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动圆柱凸轮：空间凸轮机构§4-1凸轮机构的应用和分类2.按从动件的形状分类凸轮与从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可用于传递较大的动力。从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力平稳，传动效率高，常用于高速场合。但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸。尖端从动件尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。滚子从动件滚子从动件3.按从动件的运动形式分类直动从动件摆动从动件直动从动件：从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线；摆动从动件：从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。§4-1凸轮机构的应用和分类4.按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类(1)力锁合─弹簧力、从动件重力或其它外力§4-1凸轮机构的应用和分类(2)型锁合─利用高副元素本身的几何形状凹槽凸轮槽两侧面的距离等于滚子直径。优点：锁合方式结构简单缺点：加大了凸轮的尺寸和重量等宽凸轮凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架内侧的宽度。缺点：从动件的运动规律的选择受到一定的限制，当180º范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确定后，其余180º内的凸轮廓线必须符合等宽原则§4-1凸轮机构的应用和分类等径凸轮两滚子中心间的距离保持不变。缺点：从动件运动规律的选择受到一定的限制主回凸轮(共轭凸轮)一个凸轮推动从动件完成正行程运动，另一个凸轮推动从动件完成反行程的运动优点：克服了等宽、等径凸轮的缺点缺点：结构复杂，制造精度要求高§4-1凸轮机构的应用和分类三、应用实例：§4-1凸轮机构的应用和分类§4-1凸轮机构的应用和分类§4-1凸轮机构的应用和分类§4-1凸轮机构的应用和分类§4-2从动件的运动规律§4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓曲线

——作图法第四章凸轮机构及其设计§4-4凸轮机构基本尺寸的确定运动规律：otδsrminhB’ωAδ01δ01δ0δ0δ’0δ’0δ02δ02DBC从动件的s、v、a随凸轮转角φ变化的规律，s=s(φ)，v=v(φ)，a=a(φ)基圆：

盘形凸轮机构理论廓线最小向径所在的圆。rmin360°从动件的四个运动过程：推程、远休、回程、近休行程h：从动件的最大位移●基本概念§4-2从动件的常用运动规律●

常用从动件运动规律指从动件在推程或回程时的运动规律。1.等速运动规律sδδ0vδaδh+∞－∞以推程为例：otδshB’ωADBC360°（从动件匀速上下移动）§4-2从动件的常用运动规律1.等速运动规律特点：速度有突变，加速度理论上由零至无穷大，从而使从动件产生巨大的惯性力，机构受到强烈冲击——刚性冲击适应场合：低速轻载§4-2从动件的常用运动规律sδδ0vδaδh+∞－∞以推程为例：2.等加等减速（二次多项式）运动规律（位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。）6123543以推程为例：h/2h/2δaδvδ0δsha0特点：加速度曲线有突变，加速度的变化率(即跃度j)在这些位置为无穷大——柔性冲击适应场合：中速轻载§4-2从动件的常用运动规律2.等加等减速（二次多项式）运动规律（位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。）分析若满足：

δ=0时，s=0，v=0，a=0

δ=δ0时，s=h，v=0，a=0

则无冲击。6123543以推程为例：h/2h/2δaδvδ0δsha0§4-2从动件的常用运动规律3.五次多项式运动规律δsvahδ0满足：

δ=0时，s=0，v=0，a=0

δ=δ0时，s=h，v=0，a=0特点：无冲击适用场合：高速、中载§4-2从动件的常用运动规律位移方程：求一阶导数得速度方程：

求二阶导数得加速度方程：等速运动规律、等加速等减速运动规律和五次多项式运动规律都是：多项式运动规律:§4-2从动件的常用运动规律二、三角函数运动规律1.余弦加速度(简谐)运动规律va

当质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上的投影所构成的运动规律—简谐运动特点：在起始和终止处理论上a为有限值———柔性冲击适用场合：中速轻载(当从动件作连续运动时，可用于高速)sh123456123456§4-2从动件的常用运动规律savh2.正弦加速度（摆线）运动规律

半径R=h/2π的滚圆沿纵座标作纯滚动，圆上最初位于座标原点的点其位移随时间变化的规律—摆线运动特点：无刚性、柔性冲击适用场合：适于高速§4-2从动件的常用运动规律正弦改进等速三、改进型运动规律

将几种运动规律组合，以改善运动特性。vsahooo+∞-∞vsahooo§4-2从动件的常用运动规律等速运动规律：有刚性冲击低速轻载等加速等减速运动：柔性冲击中速轻载余弦加速度运动规律：柔性冲击中低速重载正弦加速度运动规律：无冲击中高速轻载五次多项式运动规律：无冲击高速中载运动规律运动特性适用场合小结：§4-2从动件的常用运动规律§4-1凸轮机构的应用和分类§4-2从动件的运动规律§4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓曲线

——作图法第四章凸轮机构及其设计§4-4凸轮机构基本尺寸的确定§4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓——作图法一、基本原理(反转法）O-ωω3’1’2’112233

给整个凸轮机构施以-ω时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。反转原理：依据此原理可以用作图法设计凸轮的轮廓曲线。二、凸轮机构设计的基本任务:4.从动件运动规律;2.合理确定结构尺寸;3.凸轮转向;1.根据工作要求选定凸轮机构的形式;

设计凸轮轮廓曲线。§4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓——作图法120°-ω1’已知：凸轮的基圆半径rmin，角速度ω

和从动件的运动规律，试用反转法设计该凸轮轮廓曲线。设计步骤小结：①选比例尺μl作基圆rmin。②在位移线图上等分各运动角。原则是：陡密缓疏。③确定反转后，确定从动件尖底在各等份点的位置。④将各尖底点连接成一条光滑曲线：即凸轮轮廓曲线。1.对心直动尖底从动件盘形凸轮1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’sδ2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’60°90°90°rminωA1876543214131211109三、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制60°120°90°90°已知：凸轮的基圆半径rmin，角速度ω、

偏心距e和从动件的运动规律，试用反转法设计该凸轮轮廓曲线。2.偏置直动尖底从动件盘形凸轮60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’sδ-ω6’1’2’3’4’5’7’8’15’14’13’12’11’10’9’k9k10k11k12k13k14k15151413121110912345678k1k2k3k5k4k6k7k8ωeAormin120°90°60°90°注意：从动件导路方向与偏矩圆相切，不通过回转中心O。反转法画尖底凸轮§4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓——作图法rminA120°-ωω1’设计步骤小结：1.将滚子中心视为尖底，按尖底从动件盘形凸轮机构设计。得理论廓线；60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’sδ2’3’4’5’6’7’8’9’10’11’12’13’14’60°90°90°1876543214131211109理论轮廓实际轮廓2.作各位置滚子圆的内(外)包络线，得实际廓线。3.滚子直动从动件盘形凸轮已知凸轮的基圆半径rmin，滚子半径rt，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。反转法画滚子凸轮§4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓——作图法rmin已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。4.对心直动平底从动件盘形凸轮8’7’6’5’4’3’2’1’9’10’11’12’13’14’-ωωA60°120°90°90°1’3’5’7’8’1357891113159’11’13’12’14’sδ123456781514131211109设计步骤小结：1.将平底交叉点视为尖底，按尖底从动件盘形凸轮机构设计。得各平底位置；2.作平底直线族的内包络线，得实际廓线。120°60°90°90°§4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓——作图法

已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω，摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。三、摆动从动件盘形凸轮机构60°120°90°90°1’2’3’4’56785’6’7’8’ψδB1B2B3B4B5B6B7B8120°60°90°ω-ωdABlB’1ψ1rminB’2ψ2B’7ψ7B’6ψ6B’5ψ5B’4ψ4B’3ψ3A1A2A3A4A5A6A7A81234§4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓——作图法§4-1凸轮机构的应用和分类§4-2从动件的运动规律§4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓曲线

——作图法第四章凸轮机构及其设计§4-4凸轮机构基本尺寸的确定OBω定义：从动件上所受的正压力与力作用点B速度方向的夹角α若α大到一定程度，则：→机构发生自锁。αnnFF’F”F’一定时，α↑Ff>F’Ffα

<[α]一、压力角与许用值→Ff↑→F”↑§4-4凸轮机构基本尺寸的确定[α]=30˚---直动从动件；[α]=35°～45°---摆动从动件；[α]=70°～