第四章-凸轮机构及其设计-2课件

第四章-凸轮机构及其设计-22.凸轮机构的分类

(1).按凸轮的形状分类盘形凸轮：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：空间凸轮机构盘形凸轮

移动凸轮圆柱凸轮(2).

按从动件的形状分类尖底从动件尖底能与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。但尖底处极易磨损，只适用于低速场合。

滚子从动件

平底从动件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。(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).按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类(a)力锁合─弹簧力、从动件重力或其它外力(b)几何锁合─利用高副元素本身的几何形状凹槽凸轮机构槽两侧面的距离等于滚子直径。优点：锁和方式结构简单缺点：加大了凸轮的尺寸和重量等宽凸轮机构凸轮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等径凸轮机构

两滚子中心间的距离始终保持不变。缺点：从动件运动规律的选择受到一定的限制一般凸轮机构的命名原则:布置形式+从动件运动形式+从动件形状+凸轮形状对心直动尖底从动件盘形凸轮机构偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构摆动尖底从动件盘形凸轮机构3.1.3凸轮机构的应用例1：凸轮机构在对开印刷机中的应用例2：凸轮机构在胶印机中的应用例3：凸轮机构在内燃机中的应用

例4：凸轮机构在其它机器中的应用凸轮机构的特点优点：对于任意要求的从动件运动规律，都可以毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。缺点：由于是高副接触，易磨损。因此多用于传力不大的场合。4-2从动件运动规律回程运动角近休止角从动件运动规律（从动件位移线图）基圆─以凸轮轮廓的最小向径rb所作的圆升程─从动件上升的最大距离h推程运动角Φ0远休止角Φs

从动件在推程或回程时，其（角）位移、（角）速度和（角）加速度随时间或凸轮转角变化的规律，统称为从动件的运动规律。一、等速运动1、运动方程的推导运动方程的通式为：推程时的端点条件：推程时的运动方程回程时的端点条件：回程时的运动方程（2）运动线图表示（角）位移、（角）速度和（角）加速度随时间或凸轮转角变化的规律的曲线图。在两端点处速度有突变，加速度为无穷大。出现刚性冲击。所以只适合于低速。二、等加速等减速运动按此运动规律，在一个行程ｈ中，从动件先作等加速运动，后作等减速运动，且通常加速度与减速度的绝对值相等。此时，从动件在等加速和等减速两个运动阶段的位移也相等，各为ｈ／２。推程时的前半个行程：推程时的后半个行程：回程时的前半个行程：回程时的后半个行程：（1）运动方程的推导运动方程的通式为：推程时加速段端点条件运动方程:(b)推程时减速段端点条件运动方程:(c)回程时减速段端点条件：运动方程:(d)回程时加速段端点条件：运动方程:（2）运动线图速度曲线是连续的，不会出现刚性冲击。但在运动的起点、中点和终点处，加速度有限值的突变，会引起惯性力的相应变化，在机构中引起柔性冲击。这种运动规律可适用于中速的场合。由图可见，加速度曲线是水平直线，速度曲线是斜直线，而位移曲线是两段在行程中点处光滑相连的抛物线。三、简谐运动(余弦加速度运动)

按这种运动规律，在一个行程中的加速度曲线为半个波的余弦曲线。（1）运动方程的推导运动方程的通式为：推程时的端点条件：推程时的运动方程:回程时的端点条件：回程时的运动方程:（2）运动线图速度线图为正弦曲线。位移线图按简谐运动规律，故余弦加速度运动又称为简谐运动规律。加速度线图在全程范围内光滑连续，但在始、末两处具有突变，故对停——升——停型运动，引起柔性冲击，只适用于中、低速。但对升——降——升型运动来说，远、近休止角均为零，加速度曲线为连续曲线，无冲击存在，这时可应用于高速。四、正弦加速度运动按这种运动规律，这种运动规律的加速度曲线是整周期的正弦曲线。（1）运动方程的推导运动方程的通式为：推程时的端点条件：推程时的运动方程:回程时的端点条件：回程时的运动方程:摆线运动(简介)

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（2）运动线图五.运动规律的选择：1.高速凸轮应选用无冲击的运动规律，2.小的好，减小惯性力的危害。3.小的好，安全。4.操纵系统的凸轮：有行程的要求，运动规律无要求。5.进给机构的凸轮：进刀等速，以保证粗糙度和精度。退刀等加速等减速。常用运动规律性能比较4-3按给定运动规律设计凸轮轮廓的曲线

——作图法为使凸轮相对固定，将整个系统绕凸轮转轴反转的方法称为反转法。反转后，从动件尖端的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。1.直动从动件盘形凸轮

(1)对心尖底直动从动件已知：位移曲线S（φ），基圆半径r0，凸轮转向：顺时针设计方法与步骤：①选定基圆半径r0，画出基圆；②等分位移曲线，确定设计点；③应用反转法逐点作图确定各接触点位置B0，B1，B2，……；④光滑连接B0，B1，B2，……点，就得所要设计的凸轮廓线。（2）偏置直动尖底从动件盘形凸轮设凸轮以等角速度ω顺时针回转，凸轮的基圆半径r0和从动件导路的偏距ｅ均为已知，要求设计此凸轮的轮廓。1.作基圆，作偏距圆，作从动件尖端的初始位置。2.将位移线图上的推程运动角和回程运动角分别分成若干等份。3.自OC0开始，沿ω的相反方向将推程运动角和回程运动角分成与运动线图相应的等分。得C1、C2、C3、和C6、C7、C8诸点。4.过C1、C2、C3…作偏距圆的一系列切线，得反转后从动件导路一系列位置。5.沿以上各切线，自基圆开始量取从动件相应的位移量，即取线段C1B1=1’1、C2B2=2’2、…。得反转后尖端的一系列位置B1、B2、B3…6.将上述各点连成光滑曲线，便得到所求的凸轮轮廓。（2）滚子从动件滚子中心将描绘一条与凸轮廓线法向等距的曲线—理论轮廓线。rb(r0)指的是理论廓线的基圆。

作内包络线，得到凸轮的实际廓线；若同时作外包络线，可形成槽凸轮廓线。（3）平底从动件

取平底从动件表面上的点B0作为假想的从动件的尖端。设计方法与步骤：

①按比例画出并等分位移曲线，确定设计点；

②选定基圆半径r0，画出基圆；

③应用反转法作图确定对应每一个fi

和si的平底位置；

④作一系列平底位置的包络线，就得所要设计的凸轮的廓线。

为了保证在所有位置从动件平底都能与凸轮轮廓曲线相切，凸轮廓线必须是外凸的。2.尖底摆动从动件盘形凸轮已知：运动规律，基圆半径r0，凸轮转向：顺时针，机架尺寸AO，从动件长度AB。给定摆动从动件角位移曲线y=y(j)(如图)，中心距lOA，摆杆长lAB。设计尖端摆动从动件盘形凸轮廓线。设计方法与步骤：

①按比例画出并等分角位移曲线y=y(j)，确定设计点；

②选定基圆半径r0，画出基圆；

③由rO,lOA和lAB确定从动件的初位角y0；

④应用反转法，将从动件转动中心O反转，画出对应每一位置fi，si的从动件位置A1B1，A2B2，A3B3，……；

⑤光滑连接从动件尖端一系列Bi点位置，就得所要设计的凸轮廓线。

4-4

凸轮机构基本尺寸的确定一、压力角:

凸轮对从动件作用力的方向与从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角。

FVF´F´´（有用）（无用），甚至自锁。所以自锁：无论驱动力多大机构都不能运动。直动从动件摆动从动件回程推程一般不校核二、按许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸式中：在点（升程）式中：在点（回程）压力角计算的统一表达式：—凸轮运动规律—凸轮基本尺寸

即：

在设计凸轮时，如何保证凸轮机构的最大压力角小于或等于许用压力角。影响凸轮压力角变化的因素：按确定导路的偏置方向和基圆半径的大小：

以偏置直动从动件盘状凸轮为例：S——从动件位移——凸轮转角——凸轮转向系数顺时针反时针——从动件偏置方向系数导路偏于回转中心左侧导路偏于回转中心右侧为使压力角减小，改善受力情况，当其他条件不变，使偏置与推程时凸轮和推杆的相对速度瞬心位于同侧。讨论：受力有利，凸轮尺寸（有矛盾）。2.的确定原则：在满足的前提下，尽量减小值。1.有偏置情况下如有利当凸轮顺时针转动时，导路应偏在回转中心的左侧当凸轮逆时针转动时，导路应偏在回转中心的右侧三.滚子半径的确定原则：——理论廓线最小曲率半径——实际廓线最小曲率半径滚子半径

的