《机械设计基础》课件 凸轮机构

§5.1概述§5.2常用从动件的运动规律§5.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法§5.4

凸轮机构基本尺寸的确定第5章凸轮机构5.1概述凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，他通过与从动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不连续的任意预期运动。凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传递动力不大的场合。5.1概述示例一5.1.1

凸轮机构的应用内燃机配气机构示例二5.1概述靠模车削机构5.1概述示例三分度转位机构5.1概述5.1.2凸轮机构的分类按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以下几种：盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮曲面凸轮按照凸轮的锁合方式可把凸轮分为以下几种：力锁合形锁合5.1概述5.1.3凸轮和滚子的材料凸轮的主要失效形式为磨损和疲劳点蚀。对凸轮和滚子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足够的表面接触强度凸轮芯部有较强的韧性常用的凸轮材料：40Cr、20Cr、40CrMnTi常用的滚子材料：20Cr或者滚动轴承5.2常用的从动件运动规律5.2.1平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数5.2常用的从动件运动规律5.2.2常用的从动件运动规律等速运动运动开始，v由0突变为加速度a为同理，运动结束由于存在刚性冲击，如果单独使用这种运动规律，只适用于低速场合a=-∞等加速—等减速运动5.2常用的从动件运动规律5.2常用的从动件运动规律余弦加速度运动5.2常用的从动件运动规律正弦加速度运动由运动图可见，其速度和加速度曲线都是连续的，因此没有柔性冲击，故常用于高速凸轮机构。5.2.3从动件运动规律的选择5.2常用的从动件运动规律在选择从动件的运动规律时，应根据机器工作时的运动要求来确定。对无一定运动要求，只需要从动件有一定位移量的凸轮机构。对于高速机构，应减小惯性力、改善动力性能，可选用正弦加速度运动规律或其他改进型的运动规律。5.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法5.3.1反转法原理加角速度-w(与凸轮角速度大小相等、方向相反)从动件与导路绕角速度-w以凸轮转动凸轮静止不动从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线从动件相对导路移动对于滚子从动件，则滚子中心可看作是从动件的尖顶，其运动轨迹就是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线是与理论轮廓曲线相距滚子半径rT的一条等距曲线。5.3.2解析法设计凸轮轮廓曲线偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计5.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法建立凸轮转轴中心的坐标系xOy根据反转法原理，凸轮以w转过j角；B点坐标为上式即为凸轮理论廓线方程实际廓线与理论廓线在法线上相距滚子半径rT，则推出式中取“—”号时为内等距曲线，取“＋”号时为外等距曲线摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计5.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法取摆杆的轴心A0与凸轮轴心O之连线为坐标系的y轴，Bo点是摆动杆的推程起始位置，摆动杆与y轴的夹角为初始角。根据反转法原理，得出B点坐标其中5.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法5.3.3作图法设计凸轮轮廓曲线偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计5.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计5.3盘形凸轮轮廓的设计方法与加工方法5.3.4凸轮轮廓的加工凸轮轮廓的加工方法通常有两种1.铣、锉削加工对用于低速、轻载场合的凸轮，可以应用反转法原理在未淬火凸轮轮坯上通过作图法绘制轮廓曲线，采用铣床或用手工锉削办法加工而成。必要时可进行淬火处理，但用这种方法则凸轮的变形难以得到修正。2.数控加工采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工，这是目前最常用的一种凸轮加工方法。加工时应用解析法，求出凸轮轮廓曲线的x,y坐标，并将xOy坐标系的原点换算成切割时的起点，而滚子半径相当于钼丝半径再加上放电间隙。5.4凸轮机构基本尺寸的确定5.4.1凸轮机构的压力角从动件的运动方向和凸轮作用于它的法向力Fn方向之间所夹的角a称为压力角。由上述关系式知，压力角a愈大，有效分力Ｆy愈小，有害分力Ｆx愈大。当a角大到某一数值时，必将会出现Fy<Fx的情况。这时，不论施加多大的Fn力，都不能使从动件运动，这种现象称为自锁。因此，为了保证凸轮机构的正常工作，必须对凸轮机构的压力角进行限制。推荐压力角数值移动从动件[a]=30摆动从动件[a]=45回程中，一般不会有自锁现象，压力角取值为[a]=70～805.4凸轮机构基本尺寸的确定5.4.2基圆半径的确定从传动效率来看，压力角越小越好，但压力角减小将导致凸轮尺寸增加，因此在设计凸轮时要权衡两者的关系，使设计达到合理。A点:在∆ABD中即(式A)在∆ABD中导路在凸轮轴的左边时，式中分子部分取“＋”，凸轮顺时针转动时，符号取法与上述相反5.4凸轮机构基本尺寸的确定在给定运动规律时，合理设计偏距可减小压力角，增大基圆半径也可以减小压力角。获取较小的基圆半径的同时，必须要保证a≤[a]在设计凸轮时，先根据条件确定基圆半径r0。制作凸轮轴时，r0略大于轴的半径；单独制造凸轮时，r0=(1.6~2)r。5.4凸轮机构基本尺寸的确定5.4.3滚子半径的确定凸轮轮廓曲线形状与滚子半径的关系r'

=r+rr当理论廓线内凹时此时，无论滚子半径大小，凸轮工作轮廓总是光滑曲线(如图a)当理论廓线外凸时(可分为三种情况)r'

=r-rr1)

r>rr时

r

'

>0这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线(如图b)2)

r=rr

时r

'=0，实际轮廓线变尖，极易磨损，不能使用(如图c)。3)r<rr