第03章-凸轮机构设计(新)

第三章凸轮机构设计以圣人之道奋始易以圣人之道克终难一.凸轮机构的组成及其特点凸轮1从动件2机架3O1

1当凸轮作等速转动时，迫使从动件完成某种预期的运动。V2凸轮〔cam〕1从动件〔follower〕2〔或称推杆〕机架(frame、fixedlinkage)3一）凸轮机构的组成由组成

优点：结构紧凑设计便，复杂运动能实现。二〕凸轮机构的特点二.本章的主要内容1.凸轮机构的类型选择2.从动件常用运动规律设计3.用作图法设计凸轮轮廓曲线

缺点：传力不大较易磨，行程较小自控件。4.凸轮机构根本尺寸确实定。凸轮机构根本尺寸确实定。平面凸轮轮廓曲线的设计；重点

难点---用反转法设计平面凸轮轮廓曲线

多用在传递动力不大的各种自动机械、仪表及自动控制装置中。如：§3-1凸轮机构的应用和分类一.凸轮机构的应用内燃机的配气凸轮机构缝纫机的凸轮拉线机构粉料压片机机构系统图4O1123567810911O212型腔（上冲头）（下冲头）〔1〕移动料斗4，装入粉料。〔2〕下冲头5下沉，防止粉料抖出。〔3〕上、下冲头对粉料加压，〔4〕上冲头退出，下冲头顶出药片。（料斗）粉料压片机机构二.凸轮机构的分类〔一〕按凸轮的形状分：盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮〔二〕按从动件上高副元素的几何形状分：尖顶从动件滚子从动件平底从动件

〔三〕按从动件的运动分：摆动从动件移动从动件偏置移动从动件对心移动从动件摆动从动件移动从动件偏置移动从动件对心移动从动件（四）按凸轮与从动件维持接触（锁合）的方式分：力锁合——内燃机凸轮与挺杆依靠弹簧力保持接触等宽凸轮等径凸轮等宽凸轮等径凸轮形锁合（四）按凸轮与从动件维持接触（锁合）的方式分：力锁合形锁合尖顶从动件滚子从动件平底从动件二）按从动件上高副元素的几何形状分：摆动从动件移动从动件偏置移动从动件对心移动从动件三）按从动件的运动分盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮一）按凸轮的形状分：凸轮机构的分类分类小结：为满足凸轮机构的输出件提出的运动要求、动力力要求等，凸轮机构的设计包括以下四方面内容：〔1〕从动件运动规律的设计〔2〕凸轮机构根本尺寸的设计〔3〕凸轮机构轮廓曲线的设计〔4〕绘制凸轮机构工作图三.凸轮机构的设计任务一.凸轮机构工作时的运动情况及根本术语§3-2从动件常用的运动规律CBDr0A

oδδδt凸轮的基圆初始位置CDB凸轮的基圆——以凸轮的最小向径r0所作的圆称为基圆。行程Shδt推程运动角δs远休止角δh回程运动角δs'

近休止角推程运动角δt——从动件推程过程，对应凸轮转角称为推程运动角近休止角δs

'

—推杆在最低位置静止不动，凸轮相应的转角远休止角δs——推杆在最高位置静止不动，凸轮相应的转角回程—从动件从距离凸轮回转中心最远位置到起始位置，从动件移向凸轮轴线的行程，称为回程。对应凸轮转角δh称为回程运动角。推程——从动件从距离凸轮回转中心最近位置到距离凸轮回转中心最远位置的过程，称为推程。相应移动的距离h称为行程Oatv0从动件在运动起始和终止两瞬时的加速度在理论上由零值突变为无穷大，惯性力也为无穷大。由此的冲击称为刚性冲击。适用于低速场合。二.基本运动规律.（一）等速运动规律常数a=0hO

tOv

t凸轮开始或停止转动时：二.根本运动规律二〕等加速等减速运动规律适用于中、低速场合。在运动规律推程的始末点和前后半程的交接处，加速度变化为有限值，由此引起的冲击称为柔性冲击。常数h142356o

tδ10vmaxδt/2t0amax-amaxδt/2t149410’h142356o

tδt等加速等减速运动规律从动件位移曲线绘制方法因为当t=1,2,3时,则若已知h1〞2〞3〞1’2’3’3.余弦加速度(简谐)运动规律102345s612345qhsδδ0aδvδδdadt-∞∞特点：存在柔冲击。位置：发生在运动的起始点和终止点。a=p2hw2cos(pd/d0)/(2d20)4.正弦加速度〔摆线〕运动规律2741653h/π8特点：既无柔性更无刚性冲击。摆线a=2phw2sin(2pd/d0)/d20)δδsh3457O1268vδδa低速轻负荷中速轻负荷中低速中负荷中高速轻负荷高速中负荷低速重负荷中高速重负荷高速轻负荷从动件运动规律选择运动规律d)/(0maxwhvd)/(202maxwha冲

击应用场合等速等加速等减速余弦加速度正弦加速度3-4-5多项式改进型等速改进型正弦加速度改进型梯形加速度刚性柔性柔性∞4.004.936.285.778.385.534.891.002.001.572.001.881.331.762.00§3-3凸轮轮廓曲线的设计一、对心式凸轮机构凸轮廓线的设计1.尖顶从动件1)凸轮机构相对运动分析凸轮上的观察结果机架上的观察结果δosδ2〕.反转法原理假想给正在运动着的整个凸轮机构加上一个与凸轮角速度

大小相等、方向相反的公共角速度（-），这样，各构件的相对运动关系并不改变，但原来以角速度转动的凸轮将处于静止状态；机架（从动件的导路）则以（-）的角速度围绕凸轮原来的转动轴线转动；而从动件一方面随机架转动，另一方面又按照给定的位移规律S相对机架作往复运动。反转前反转后机架凸轮从动件不动不动转动-

转动S移动S移动-

转动-o

1r0BB0δS-δSoS90º120º123567h150º4δ8-二.移动从动件盘型凸轮机构设计——作图法〔一〕尖顶移动从动件盘型凸轮机构〔1〕按已设计好的运动规律作出位移线图；〔2〕按根本尺寸作出凸轮机构的初始位置；〔3〕按-方向划分基圆周得c0、c1、c2……等点；并过这些点作射线，即为反转后的导路线；〔4〕在各反转导路线上量取与位移图相应的位移，得B1、B2、……等点，即为凸轮轮廓上的点。rbB0B1B2B4B8

B5c1c2c4c5120ºc8B6B7c6c7c0c3150º90ºB3二)滚子从动件盘型凸轮机构理论轮廓曲线实际轮廓曲线滚子从动件盘型凸轮机构轮廓曲线的设计步骤：〔1〕画出滚子中心的轨迹〔称为理论轮廓〕〔2〕以理论轮廓为圆心，滚子半径rS为半径画圆，再画滚子圆族的包络线，那么为从动件凸轮的工作轮廓曲线〔称为实际轮廓曲线〕。注意：〔1〕理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；〔2〕凸轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的最小向径。nnBCr0rS实际轮廓曲线β

理论轮廓曲线β′B1B2从动件摆角最大摆角摆角ψ

最大摆角三.摆动(oscillating)从动件盘形凸轮轮廓设计CDoBδδs'

近休止角δtB0δOA

一）摆动从动件凸轮机构特点1.从动件的运动为绕某一固定点的摆动2.从动件的位移为角位移ψ，而不是直线位移推程运动角δt远休止角δs回程运动角δh

0B1B

-δ--δA'

0

反转前反转后机架凸轮从动件不动不动转动（）-

反转-δ

转动

转动-

反转-δLB0OA

ar0

0对于摆动从动件二〕尖顶摆动从动件盘形凸轮机构设计δ尖顶摆动从动件盘形凸轮机构设计方法及步骤180º120º60ºo12345678910〔1〕作出角位移线图；〔2〕作初始位置；〔4〕找从动件反转后的一系列位置AiBi，再按角位移规律得C1、C2、……等点，即为凸轮轮廓上的点。A1A2A3A5A6A7A8A9A10A4

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0〔3〕按-方向划分圆R得A0、A1、A2等点；即得机架反转的一系列位置；

0rb

B0L180°60°120°B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10

1C1

2C2

3C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-δFQo3r0

113ttnnBFyFxFn

2v2§3-4设计凸轮机构根本尺寸确实定一、压力角与凸轮基圆半径1.压力角——法向力Fn与从动件运动方向之间所夹的锐角

↑那么FY↓FX↑，设计时应使max≤[]许用压力角的推荐值：工作行程对于移动从动件，[]=30º~38º对于摆动从动件，[]=40º~45º非工作行程：可在70º~80º之间选取S2r2.基圆半径确实定假设结构尺寸无严格限制,为减少压力角，可适当取较大的基圆半径。FQo3r0

113ttnnBFyFxFn

2v2S2rr0≥1.8r+(4~10)mm二、滚子半径确实定

´

min

Smin

min

´rr

min>rS

min=rS

minrS

min<rS为避免运动失真，

Smin=min-rS3mm建议：rS0.8min，或rS

0.4r0rS<ρmin

rS=ρminρmin

r