第三章-凸轮机构

第三章凸轮机构3-1凸轮机构的应用和分类一．凸轮机构的应用及特点1.组成：——高副机构

凸轮(Cam)——具有曲线轮廓或凹槽的构件推杆(Follower)——被凸轮直接推动的构件机架(Frame)——相对参照系锁合装置——保证高副始终可靠接触的装置内燃机配气机构凸轮1、从动件2、机架、锁合装置4从动件凸轮滚子机架2.应用：凸轮机构具有结构简单，可以准确实现要求的运动规律等优点，因而在工业生产中得到广泛的应用。凸轮机构在机床中的应用凸轮机构印刷机中的应用等径凸轮的应用分度凸轮的应用3.特点：优点：1）可使从动件得到各种预期的运动规律。3）从动件行程不宜过大，否则会使凸轮变得笨重。2）加工比较困难。缺点：1）高副接触，易于磨损，多用于传递力不太大的场合。3）实现停歇运动2）结构紧凑。升停降停自动机走刀机构自动送料机构1按凸轮的形状分盘形凸轮,实例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,实例空间凸轮机构凸轮轮廓做在圆柱体上空间运动从动件凸轮凸轮从动件从动件凸轮二、凸轮机构的分类2按从动件的形状分尖顶从动件

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、低速滚子从动件耐磨、承载大，较常用平底从动件接触面易形成油膜，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从动件滚子从动件平底从动件平底从动件3按从动件的运动形式分直动从动件往复移动轨迹为直线摆动从动件往复摆动轨迹为圆弧尖顶从动件滚子从动件平底从动件摆动从动件直动从动件4按从动件的布置形式分对心直动从动件偏置直动从动件尖顶从动件滚子从动件1）

力锁合的凸轮机构2）形锁合的凸轮机构a沟槽凸轮机构b等宽凸轮机构5按凸轮与从动件的锁合方式分6

小结一般凸轮机构的命名原则:布置形式+运动形式+从动件形状+凸轮形状对心直动尖顶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平底从动件盘形凸轮机构3-2

从动件的运动规律与选择一、凸轮轮廓曲线与从动杆运动规律的关系二、从动件常用运动规律三、选择运动规律应注意的问题A一、凸轮轮廓曲线与从动杆运动规律的关系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

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r0推程，推程运动角

1远休止，远休止角

2

回程，回程运动角

3

近休止，近休止角

4

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

变化关系图

1

2

3

4r0

1推程

2远休止

3回程

4近休止t

s0BCD

hA’二、从动件常用运动规律1等速运动2等加速等减速运动3简谐运动注意：为便于理解各种运动规律特性,本章将运动规律单独应用于推程或回程1等速运动——一次多项式运动规律推程(0

1)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hs

0

1v

0a

0-

Displacement

VelocityAcceleration

+

等速运动（续）回程(0

3)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s

0v

0a

0

3-

++

-

1hDisplacement

VelocityAcceleration

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s

0

1v

0a

0h/2h/2

1/2

1/2h(0

1/2)(

1/21)加速段减速段位移方程速度方程加速度方程add1H01234567812345678SdVd012345678d1pHw2d1012345678p2Hw22d12012345601234

5678d178推程运动方程：运动线图冲击特性：始、末点有柔性冲击适用场合：中低速、中轻载3简谐运动—余弦加速度运动三、选择运动规律应注意的问题实际使用时,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从动件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从动件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，采用组合运动一．凸轮廓线设计的方法及基本原理设计方法图解法解析法基本原理——反转法假想给整个机构加一公共角速度-

，各构件的相对运动关系并不改变原机构转化机构

-

=0凸轮从动件机架00

-

=-

凸轮：转动相对静止不动从动件：沿导轨作预期运动规律的往复移动沿导轨作预期运动规律的往复移动随导轨以-

绕凸轮轴心转动3-3

用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线

s1s2s2s1假想给整个机构加一公共角速度-

，则凸轮相对静止不动，而从动件一方面随导轨以-

绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期运动规律的往复移动。从动件尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。二．图解法设计凸轮轮廓曲线1.对心直动尖端从动件盘形凸轮机构已知：推杆的运动规律、升程h；凸轮的

及其方向、基圆半径r0设计：凸轮轮廓曲线hs

O

/2h/225

/47

/4

从动件位移——凸轮在从动件导路方向上，基圆以外的尺寸9101113121234567

取长度比例尺

l绘图hs

O

/2h/225

/47

/4

123456781491011131214将位移曲线若干等分；沿-

方向将基圆作相应等分；沿导路方向解曲相应的位移，得到一系列点；光滑联接。取长度比例尺

l绘图

hs

O

/2h/225

/47

/412345678149101113129101113121234567

142.对心直动滚子从动件盘形凸轮机构理论廓线实际廓线取长度比例尺

l绘图hs

O

/2h/225

/47

/412345678149101113129101113121234567

143.对心直动平底从动件盘形凸轮机构理论廓线实际廓线取长度比例尺

l绘图hs

O

/2h/225

/47

/4123456781491011131214将位移曲线若干等分；沿-

方向将偏置圆作相应等分；沿导路方向解曲相应的位移，得到一系列点；光滑联接。234758

161011131294.偏置直动尖端从动件盘形凸轮机构一、凸轮机构的压力角

在设计中一般规定适当的许用压力角数值:

移动从动件：推程许用压力角[α]取30°~40°。

摆动从动件：推程许用压力角[α]取40°~50°。

回程运动时从动件一般是在弹簧力等外力作用下，而不是在凸轮作用下运动，所以一般不会发生自锁，[α]值可取70°～80°。压力角

ttOnnBr123S3-4凸轮机构基本尺寸的确定

二、基圆半径的确定为使凸轮机构结构紧凑，基圆半径应尽可能取小些3.设计原则：1.加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力2.在满足的前提下，选择小的基圆半径

a=+rr理论廓线最小结论：无论滚子半径多大，总能由理论廓线得到实际廓线三、滚子半径的选择2外凸凸轮廓线

a=-rr＝0

arr理论实际

a

a=+rrrr

>rrrr

a=-rr<0rr

=rr

a=-rr>0

<rr实际廓线曲率半径：a理论廓线曲率半径：滚子半径：rr1内凹凸轮廓线

a=-rr

=rr，a=0，实际廓线变尖

>rr，a>0，实际廓线平滑

<rr，a<0，实际廓线出现交叉，切割，运动失真结论:内凹凸轮廓线：滚子半径无限制外凸凸轮廓线：理论轮廓的最小曲率半径大于滚子半径,即

min>rr实际设计时，应保证

amin=min-rr[a]=3~5mm三、材料和热处理

凸轮通常用45钢或40Cr来制造，一般要淬硬到52～58HRC。用15钢