《机械设计基础》课件-第10章

第10章凸轮机构10.1凸轮机构的应用与分类10.2从动件常用的运动规律10.3移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的图解设计

10.1凸轮机构的应用与分类

10.1.1凸轮机构的组成、应用和特点

图10-1所示为一内燃机的配气机构。当凸轮1回转时，其轮廓迫使从动件2(即气阀)上下移动，从而使阀门开启和关闭。阀门的启闭运动规律取决于凸轮轮廓曲线的形状。图10-1内燃机配气机构图10-2所示为一自动机床的进刀机构。当圆柱凸轮1回转时，其凹槽的侧面迫使从动件2绕Ｏ点作往复摆动，通过从动件2上的扇形齿轮与固定在刀架3上的齿条的啮合，控制刀架作进刀和退刀运动。刀架进退刀的运动规律取决于圆柱凸轮凹槽曲线的形状。图10-2自动机床进刀机构10.1.2凸轮机构的分类

1.按凸轮的形状分类

(1)盘形凸轮。

(2)移动凸轮。

(3)圆柱凸轮。图10-3移动凸轮机构

2.按从动件的形状分类

(1)尖顶从动件。

(2)滚子从动件。

(3)平底从动件。图10-4从动件的结构形式

3.按从动件的运动形式分类

(1)移动从动件。

(2)摆动从动件。

4.按凸轮与从动件保持接触的方法分类

(1)力封闭凸轮机构。

(2)形封闭凸轮机构。

10.2从动件常用的运动规律

10.2.1凸轮轮廓曲线与从动件运动规律的关系

图10-5(a)所示为一尖顶对心移动从动件盘形凸轮机构。

所谓从动件的运动规律，是指从动件在运动时，其位移s、速度v、加速度a随时间t或凸轮转角δ的变化规律。从动件的运动规律可以用运动方程或运动线图表示，例如图

10-5(b)所示即为从动件的位移随凸轮转角δ变化的运动线图。图10-5尖顶对心移动从动件盘形凸轮机构10.2.2从动件常用的运动规律

1.等速运动规律

当凸轮以等角速度ω转动时，从动件在推程或回程中作等速运动，称之为等速运动规律。图10-6所示为从动件在推程中作等速移动时，其位移、速度和加速度随时间变化的曲线。图10-6等速运动

2.等加速等减速运动规律

当凸轮以等角速度ω转动时，从动件在推程或回程的前半行程中作等加速运动，在后半行程中作等减速运动，称之为等加速等减速运动规律。通常两加速度的绝对值相等。

图10-7所示为从动件在推程中作等加速等减速移动时，其位移、速度和加速度随时间变化的曲线。图10-7等加速等减速运动

3.简谐运动规律

图10-8所示为从动件在推程中作简谐运动时，其位移、速度和加速度随时间变化的曲线。图10-8简谐运动

10.3移动从动件盘形凸轮

轮廓曲线的图解设计

10.3.1尖顶对心移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计

图10-9为一尖顶对心移动从动件盘形凸轮机构。已知凸轮的基圆半径rb=15mm，当凸轮逆时针等速转动时，从动件的运动规律如下表所示，试设计该凸轮的轮廓曲线。图10-9尖顶对心移动从动件盘形凸轮轮廓线设计10.3.2滚子对心移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计

若将图10-9中的尖顶改为滚子，滚子半径rt=4mm，其他条件保持不变，如图10-10所示。图10-10滚子对心移动从动件盘形凸轮轮廓线设计10.3.3凸轮机构设计中应注意的几个问题

1.滚子半径的选择

采用滚子从动件时，滚子半径的选择要考虑凸轮实际廓线的形状、滚子的结构和强度等因素。凸轮理论廓线形状一定时，滚子半径对实际廓线形状的影响，通常用实际廓线的最小曲率半径来反映。图10-11滚子半径对实际廓线形状的影响

2.凸轮机构的压力角

在图10-12所示的尖顶对心移动从动件盘形凸轮机构中，凸轮与从动件在图示A点接触。当凸轮逆时针等速转动时，凸轮对从动件的法向作用力Fn与从动件上A点的速度

vB方向之间所夹的锐角α称为凸轮机构在图示位置的压力角。图10-12凸轮机构的压力角

3.凸轮的基圆半径

选择较小的基圆半径，可以减小凸轮机构的尺寸；选择较大的基圆半径，可以增大凸轮轮廓线的曲率半径，避免其变尖、交叉而引起运动失真，并减小磨损。选择较大的基圆半径，还可以减小凸轮机构的压力角，改善传力性能。在图10-12所示的凸轮机构中，机构的压力角α与基圆半径rb的关系为

4.凸轮机构的材料

凸轮机构是一种高副机构，其主要失效形式是凸轮与从动件接触表面的疲劳点蚀和磨损，前者是由变化的接触应力引起的，后者是由摩擦引起的。因此，凸轮副材料应具有足够的接触强度和良好的耐磨性，特别是其接触表面应具有较高的硬度。凸轮及滚子的常用材料如表10-1所示。

5.凸轮与滚子的结构

1)凸轮结构

基圆小的凸轮常与轴做成一体，称为凸轮轴，如图

10-13(a)所示。基圆较大的凸轮，为了制造方便，则与轴分开制造。凸轮与轴的固定方式有键联接(图10-13(b))、销联接(图10-13(c))和弹性开口锥套螺母联接(图10-13(d))等。在图10-13(d)中，装配时拧紧螺母，则开口锥套向右移动，锥套收缩抱紧轴，同时楔紧凸轮轴孔，靠结合面的摩擦力实现固定；松开螺母，转动凸轮，可以任意调整凸轮的起始位置。图10-13凸轮结构

2)滚子结构

滚子从动件的滚子可以是专用零