机械设计基础第三章凸轮机构

机械设计基础第三章凸轮机构第1页，共30页，2023年，2月20日，星期一3-1凸轮机构的组成及分类机械设计基础——凸轮机构一、组成1、凸轮:

具有曲线轮廓或凹槽的构件,是主动件,通常等速转动。1232、从动件:

由凸轮控制按其运动规律作移动或摆动运动的构件。3、机架:支承活动构件的构件。动画第2页，共30页，2023年，2月20日，星期一二、应用1实现无特定运动规律要求的工作行程例：车床床头箱中利用凸轮机构实现变速操纵2实现无特定运动规律要求的工作行程例：自动机床中利用凸轮机构实现进刀、退刀3实现对运动和动力特性有特殊要求的工作行程例：内燃机配气凸轮机构4实现复杂的运动轨迹例：印刷机中利用凸轮机构适当组合实现吸纸吸头的复杂运动轨迹机械设计基础——凸轮机构第3页，共30页，2023年，2月20日，星期一三、特点作用：将连续回转=>从动件直线移动或摆动。优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。机械设计基础——凸轮机构第4页，共30页，2023年，2月20日，星期一四、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

小结机械设计基础——凸轮机构第5页，共30页，2023年，2月20日，星期一1按凸轮的形状分盘形凸轮

凸轮呈向径变化的盘形结构简单,应用最广泛移动凸轮

实例凸轮呈板型,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机械设计基础——凸轮机构第6页，共30页，2023年，2月20日，星期一2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——凸轮机构第7页，共30页，2023年，2月20日，星期一3

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直动推杆摆动推杆机械设计基础——凸轮机构第8页，共30页，2023年，2月20日，星期一4按从动件的布置形式分对心直动推杆偏置直动推杆机械设计基础——凸轮机构第9页，共30页，2023年，2月20日，星期一5小结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——凸轮机构第10页，共30页，2023年，2月20日，星期一3-2从动件常用运动规律一

凸轮机构的运动过程二从动件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——凸轮机构第11页，共30页，2023年，2月20日，星期一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rb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0010’02rb0推程01远休止0’回程02近休止ts0BCDhA’机械设计基础——凸轮机构第12页，共30页，2023年，2月20日，星期一1等速运动——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——凸轮机构二、推杆常用运动规律第13页，共30页，2023年，2月20日，星期一等速运动（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——凸轮机构第14页，共30页，2023年，2月20日，星期一2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——凸轮机构第15页，共30页，2023年，2月20日，星期一三、从动件运动规律的选择实际使用时,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——凸轮机构第16页，共30页，2023年，2月20日，星期一3-3盘形凸轮轮廓曲线的设计一

反转法原理二作图法设计凸轮廓线机械设计基础——凸轮机构第17页，共30页，2023年，2月20日，星期一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(-w)+预期运动(s)AAr0-r0机械设计基础——凸轮机构第18页，共30页，2023年，2月20日，星期一二、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机械设计基础——凸轮机构第19页，共30页，2023年，2月20日，星期一1对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构已知：rb，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ul2.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——凸轮机构第20页，共30页，2023年，2月20日，星期一2对心直动滚子推杆盘形凸轮机构已知：rb，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ul

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rb3.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——凸轮机构第21页，共30页，2023年，2月20日，星期一s0h3偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构已知：rb，偏置圆半径e，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机械设计基础——凸轮机构了解动画第22页，共30页，2023年，2月20日，星期一4用作图法设计凸轮轮廓应注意的事项应用反转法时应注意：一定要沿着（-w）方向在基园圆周上按位移线图的顺序截取分点，否则将不符合给定的运动规律。凡绘制同一轮廓的有关长度尺寸，如从动件的位移、基园半径、偏距、滚子半径等，必须用同一长度比例尺画出。取分点越多所得得凸轮轮廓越准确，实际作图时取分点的多少可根据对凸轮工作准确度的要求适当决定。连接各分点的曲线必须是光滑连续的曲线。为了提高作图法设计凸轮轮廓曲线的精度，可以借助CAD等作图软件来绘制。机械设计基础——凸轮机构第23页，共30页，2023年，2月20日，星期一3-4凸轮机构基本尺寸的确定一

凸轮机构的压力角及其许用值二基圆半径的确定三滚子半径的确定机械设计基础——凸轮机构第24页，共30页，2023年，2月20日，星期一OBω1α定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角（锐角）→

F”↑，若α大到一定程度时，会有：→机构发生自锁。αnn压力角与作用力的关系不考虑摩擦时，作用力沿法线方向。FF’F”F’----有用分力,沿导路方向F”----有害分力，垂直于导路F”=F’tgαF’

一定时，

α↑Ff>F’Ff为了保证凸轮机构正常工作，要求：

α

<[α]一、凸轮机构的压力角及其许用值[α]=30˚

----直动从动件；[α]=35°～45°----摆动从动件；[α]=70°～80°----回程。机械设计基础——凸轮机构第25页，共30页，2023年，2月20日，星期一二、凸轮基圆半径的确定（尖顶、滚子直动从动件）eO1A

凸轮基圆的尺寸和压力角有直接关系，如左图所示，从动件与凸轮在任意一点Ａ接触。nnttPS0S注:e前符号的确定.机械设计基础——凸轮机构第26页，共30页，2023年，2月20日，星期一eO1Ass0PeO1Ass0P此式中e前的符号判定：当瞬心点P与导路线在转轴同侧时取“-”号当瞬心点P与导路线在转轴异侧时取“+”号第27页，共30页，2023年，2月20日，星期一第28页，共30页，2023年，2月20日，星期一ρa－工作轮廓的曲率半径，ρ－理论轮廓的曲率半径，rT－滚子半径ρ<rT

ρa＝ρ－rT<0对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：ρmin>rT轮廓失真三、滚子半径的确定ρa＝ρ＋rT

ρ＝rT

ρa＝ρ－rT＝0轮廓正常轮廓变尖ρ内凹ρarTr