机械设计基础 第五版 课件 CH03 凸轮机构

第三章凸轮机构——机械设计基础第三章凸轮机构§3-1凸轮机构的应用与分类§3-2从动件的运动规律§3-3用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线§3-4凸轮机构的压力角和基本尺寸

重点学习内容1.用反转法绘制盘状凸轮轮廓曲线。2.了解凸轮机构的压力角和自锁的关系，压力角和基圆半径的关系，以及滚子半径与凸轮轮廓曲线形状的关系。§3-1凸轮机构的应用与分类一、凸轮机构的应用

凸轮机构—高副机构，可方便实现各种复杂的预期的运动规律内燃机配气凸轮机构1.按凸轮形状分

1）盘形凸轮(DiskCam)

二、凸轮机构的分类(ClassificationofCams）2）移动凸轮(TranslatingCam)3）空间凸轮(SpatialCam)2.按从动件形状分1）尖顶从动件(TipFollower)2）滚子从动件(RollerFollower)

3）平底从动件(Flat-facedFollower)3.按从动件运动形式分2）摆动从动件(Oscillating)1）移动从动件(TranslatingFollower)滚子摆动从动件尖顶摆动从动件升程:

在推程或回程中从动件的最大位移,用

h

表示；§3-2从动件的运动规律一、基本术语基圆：以凸轮轴心为圆心,以其理论轮廓最小向径r0为半径的圆；推程运动角

0：与从动件推程相对应的凸轮转角

远休止角

s

：与从动件远休程相对应的凸轮转角

回程运动角

h

：与从动件回程相对应的凸轮转角近休止角

s’：与从动件近休程相对应的凸轮转角二、从动件运动规律(LawofMotionofFollower)

以推程为例进行分析1.等速运动规律(LawofConstantVelocityMotion)

从动件的运动速度为常数时，称为等速运动规律，有：

v2=C1=常数s2=C1t+C2a2=dv2/dt=0开始时，停止时，开始、停止时加速度无穷大，惯性力也无穷大，我们把加速度无穷大引起的冲击称为刚性冲击。只适用于低速和从动件质量较小的凸轮机构。

代入初始条件，得：2.等加速等减速运动规律(LawofConstantAccelerationandDecelerationMotion)从动件在前半推程（回程）作等加速运动，在后半推程（回程）作等减速运动，通常等加速度和等减速度的绝对值相等。在起始点及等加等减的交结点加速度发生突变，产生柔性冲击，适宜于中、低速，轻载场合。前半推程：后半推程：3.简谐(余弦加速度)运动规律(LawofCosineAccelerationMotion)质点在圆周上作匀速运动，它在该圆直径上的投影所构成的运动称为简谐运动从动件的位移方程为：代入初始条件，得运动方程为：行程始末会引起柔性冲击，只适于中速场合，此外，还有其它的加速度运动规律。为了获得更好的运动特性，可以把各种运动规律组合起来应用，组合时应保证加速度线图始终保持连续。三、从动件运动规律的选择考虑因素：刚性冲击和柔性冲击，和，见表3-1。§3-3用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线反转法原理

凸轮机构的相对运动情况：从动件始终与凸轮保持接触，从动件尖顶的一系列位置—凸轮轮廓反转法演示一、对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制(LineTranslatingTipFollowerCams)1.已知条件：基圆半径r0,凸轮的转动方向，从动件的位移线图s2=f()2.设计步骤（1）按同一比例尺绘制从动件位移线图和基圆。（2）等分从动件位移线图和基圆。（4）量取11’=B1B1，,22’=B2B2，,…，得点B1，B2，…（5）以光滑曲线连点B0，B1，B2，…得凸轮轮廓曲线（3）连接OB1，、OB2，、OB3，，…，并延长各径向线。把滚子中心看成是尖顶从动件的尖顶，绘理论轮廓曲线β0，然后以理论轮廓曲线上各点为圆心画一系列滚子圆，作这些滚子圆的内包络线即为实际轮廓曲线β

。（注意基圆半径r0的定义）二、对心移动滚子从动件盘形凸轮(TranslatingRollerFollwerDiskCams)轮廓曲线的绘制演示三、对心移动平底从动件盘形凸轮(Translatingplain-facedfollower

DiskCams)轮廓曲线的绘制将从动件的导路中心线与平底的交点B0看成是尖顶从动件的尖顶，按照尖顶从动件凸轮轮廓曲线的画法，求出导路中心线与平底的各交点B1、B2、B3，…，过B1、B2、B3，…作一系列表示平底的直线，再作此直线族的包络线，即为实际轮廓曲线

。平底的左侧长度应大于m，右侧长度应大于L五、摆动从动件盘形凸轮(pivotedfollower

DiskCams)轮廓曲线的绘制1.已知条件：基圆半径r0,凸轮的转动方向，从动件的位移线图，凸轮转动中心与从动件摆动轴心间的距离2.设计步骤（1）取比例尺绘制从动件位移线图、基圆和轴心距圆。（4）分别取，…,得B1，，B2，，B3，，…各点，将这些点连成光滑曲线，即为凸轮轮廓曲线。（2）等分位移线图。任取一点A0作为摆动从动件的转轴位置，沿方向等分轴心距圆。（3）分别以A0，A1，A2，…各点为圆心，为半径作圆弧交基圆于B。，Bl，B2，…各点。连线A0B0，A1B1，A2B2，…。一、滚子半径的选择(SelectionofRollerRadius)1.凸轮理论轮廓为内凹2.凸轮理论轮廓为外凸时§3-4凸轮机构的压力角和基本尺寸设计中要求受力良好，结构紧凑。当时,,实际轮廓为一光滑曲线。当时,,实际轮廓上出现尖点,极易磨损，会引起运动失真。

当ρmin<rT

时,ρa<0，实际轮廓将出现交叉现象，也会引起运动失真。演示故：对于外凸的凸轮轮廓曲线，应使滚子半径rT小于理论轮廓曲线的最小曲率半径。常取rT≤0.8ρmin二、压力角的选择和检验（PressureAngleandtest）驱动力F与从动件绝对速度所夹锐角

称为压力角。

沿导路方向(有用)压力角越小越好，当Fnf＞Ft时发生自锁。为避免自锁，应使。推荐的许用压力角[

]为：推程时：移动从动件[

]=30°摆动从动件[

]=45°回程时：[

]=80°力F可分解为：对导路的压力(有害)1.压力角与自锁2.压力角与机构尺寸的关系复习：点的合成运动动点相对于定参考系的运动，称为绝对运动。动点相对于动参考系的运动，称为相对运动。动参考系相对于定参考系的运动，称为牵连运动。点的速度合成定理：动点在某瞬时的绝对速度等于瞬时牵连速度与相对速度的矢量和。其中VB1=rω1=(r0+s2)ω1

V2=VB2=VB1tg

=(r0+s