第四章：凸轮机构.pptx

3-1 凸轮机构的应用和类型低副机构一般只能近似地实现给定运动规律。当从动件的位移、速度和加速度必须严格地按照预定规律变化，尤其当原动件作连续运动而从动件必须作间歇运动时，则以采用凸轮机构最为简便。凸轮机构是一种高副机构，理论上可以实现从动件任意复杂运动，包括位移要求、速度要求和加速度要求。一、凸轮机构的应用 利用分度凸轮机构实现转位盘形凸轮机构在印刷机上的应用凸轮机构在自动机床、内燃机、纺织机械、印刷机械、农业机械、矿山机械及电气开关中，作为自动控制而获得广泛的应用。送料机构（P39，图3-4）内燃机配气凸轮机构凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。凸轮机构一般由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成凸轮从动件机架优点：1)只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所 需的运动规律；2)机构简单（三个基本构件）、紧凑、设计方便。缺点：1)凸轮与从动件之间为点或线接触，易磨损，通常 用于传力不大的控制机构；2)凸轮轮廓精度要求较高，需使用数控机床进行加工；3)从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。二、凸轮机构的类型 1.按凸轮的形状分(1)盘形凸轮(2)移动凸轮(3)圆柱凸轮回转轴心在无穷远处卷成圆柱体2.按从动件的型式分(1)尖顶从动件(2)滚子从动件(3)平底从动件对心直动尖顶从动件对心直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件3.按从动件的运动型式分(1)移动或直动从动件(2)摆动从动件4.按凸轮与从动件维持高副接触的方式分1)力锁合（力封闭）:利用从动件的重力、弹簧力或其他 外力使从动件与凸轮保持接触。2)形锁合（形封闭）:利用凸轮和从动件的特殊形状而始终 维持接触。凸轮机构命名法则：从动件命名+凸轮命名盘形、移动、圆柱凸轮对心、偏置 尖顶、滚子、平底 直动、摆动从动件结构型式运动型式对心尖顶直动从动件盘形凸轮尖顶摆动从动件盘形凸轮注意注意：设法使凸轮与从动件始终保持接触重力、弹簧力、凸轮上的凹槽。重力、弹簧力、凸轮上的凹槽。凸轮的轮廓线是按照从动件的运动规律来设计的 (二二 )从动件的运动规律从动件的运动规律32 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律(一一)凸轮运动常用术语：凸轮运动常用术语：基圆：基圆：推程：推程：升程：升程：推程运动角推程运动角t t：回程；回程运动角回程；回程运动角 ：远休止角远休止角S S:近休止角近休止角SS:位移位移2 2:以轮廓的最小向径所作的圆以轮廓的最小向径所作的圆r rminmin基圆半径基圆半径 从动件在最远不动转角。从动件在最远不动转角。最近位置不动的转角。最近位置不动的转角。推程所移动的距离。推程所移动的距离。与推程对应的凸轮转角。与推程对应的凸轮转角。从动件移动的距离从动件移动的距离2 2 是时间的函数是时间的函数从动件从离回转中心最近从动件从离回转中心最近最远的这一过程。最远的这一过程。与回程对应的凸轮转角。与回程对应的凸轮转角。重点重点：如何根据从动件的运动规律（：如何根据从动件的运动规律（2 2 与与1 1 函数函数 关系）作运动线图关系）作运动线图有几种？特点？有几种？特点？Va Sh等速运动、等加速等减速、简谐运动等速运动、等加速等减速、简谐运动一一.等速运动等速运动 1.分析分析:凸轮作等速运动从动件也作等速运动V2=C启动瞬间:终止瞬间:刚性冲击刚性冲击a 由0 速度由V20,a 由0速度由0 V2,(二二)从动件的运动规律从动件的运动规律用运动线图来表示用运动线图来表示凸轮的外型10mmS212040120802.作运动线图作运动线图:推程运动时间在启动与终止段用其它运动规律过渡 适于低速、轻载、从动杆质量不大，有匀速要求。h例：例：已知从动件作等速运动,20mm，t120,S40,120,s80,作运动线图。取作图比例l二、正弦加速度运动二、正弦加速度运动 每一行程（推程或回程）的前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动SVaa有有限值的突变无速度突变，无刚性冲击柔性冲击柔性冲击中低速凸轮机构中低速凸轮机构推程推程:前半行程等加速等加速 后半行程等减速等减速回程回程:前半行程等加速等加速 后半行程等减速等减速从动件位移函数关系：函数关系：(V0=0,等加速等减速等加速等减速)位移位移1:4:9推程前半行程取=3149推程后半段等减速推程后半段等减速(取=3)对应的对应的2X2X为为9:4:19:4:1S0h/2h当时间为 1:2:3:4位移为 1:4:9:16 V0=0,等加速等减速等加速等减速 作图作图:(推程推程)前半前半行程(h/2)等加速等加速后半后半行程(h/2)等减速等减速将将每半行程每半行程时时 间分为间分为(4)份份位位 1:4:9:16 移移 16:9:4:1三三.简谐运动简谐运动注意注意:实际上,从动件在推、回程的运动规律并非相同。分析分析:作图作图:P.43点在圆周上作匀速运动,它在这个圆的直径上的投影所构成的运动。凸轮作匀速运动,S2按余弦规律变化余弦加 速度运动始点与终点有柔性冲击。二.直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制三.摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制四.设计凸轮注意事项3-4 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 p.44相对运动原理相对运动原理 （解析法、作图法）反转法：反转法：给整个机构加给整个机构加 -运动运动凸轮不动，机架反转，推杆作复合运动一.设计方法的原理按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓一一.直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制:1.1.尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮:1234567891011122.2.滚子滚子(对心直动对心直动)从动件从动件3.3.平底平底(对心直动对心直动)从动件从动件1.1.尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮:已知:r rminmin、h h、1、从动杆运动规律凸轮转角从动杆运动 0 180 等速上升 h180 210 上停程210 300 等速下降 300 360 下停程解:1.作位移曲线(取比例l)S2103600180021003000h1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 122.等份S2-1图10123456789103.作基圆(注意比例一致)4.-等份基圆得导轨5.量取相应位移6.作轮廓线注意比例一致注意比例一致11h2.滚子(对心直动)从动件:按尖顶从动件作凸轮轮廓线0(理论轮廓)nn理论廓线0实际廓线以0各点为圆心作圆(滚子半径为径)作这些圆的包络线(实际轮廓)3.平底(对心直动)从动件按尖顶从动件作理论轮廓线一系列点A0,A1,A2,.过各点作作各位置的平底A0B0,A1B1,A2B2.作这些平底的包络线 实际轮廓实际廓线A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B101三.摆动从动件盘形凸轮 轮廓的绘制:1rminLoAA0A1A2A3OAO21已知:rmin、LOA、1、从动件长LAB、从动杆运动规律A0A1A2A3A4A51212223LAB 解:1.作位移曲线2.等份S-图3.作基圆4.-等份基圆得从动杆的回转中心5.量取相应转角6.作轮廓线210 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10B0B1B2OB3四四.设计凸轮注意事项设计凸轮注意事项r r 0 0要求要求 r r 15 mm r 过大过大凸轮工作廓线变尖或失真变尖或失真1.合理选择滚子的半径2.2.凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角 压力角：压力角：不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力（法向力）与从动件上受力点速度方向所夹的锐角。该力可分解为两个分力：压力角越小，压力角越小，传力越好。传力越好。自锁自锁：如果凸轮机构运动到某一位置的压力角大到使有效分力不足以克服摩擦阻力，不论推力多大，都不能使从动件运动。这种现象称为凸轮机构的自锁自锁。机构开始出现自锁时的压力角称为临界压力角临界压力角 。许用压力角许用压力角：凸轮机构在运转中的压力角是变化的，为避免机构发生自锁并具有较高的传动效率，必须对最大压力角加以限制，其许用值应远低于临界压力角，即：2.2.凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角 对移动从动件的推程，取=30对摆动从动件的推程，取=3545回程时，可取=70 和压力角的校核：和压力角的校核：3.3.凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定 基圆半径愈小，压力角愈大；反之，压力角则愈小。因此，在选取基圆半径时应注意：滚子从动件凸轮机构，在保证和从动件运动不失真的前提下，可将基圆半径取小些，满足对机构结构紧凑的要求。在结构空间允许条件下，可适当将基圆半径取大些，以利于改善机构的传力性能，减少磨损和减少凸轮廓线的制造误差。凸轮机构工作时，往往承受动载荷的作用，同时凸轮表面承受强烈磨损。因此，要求凸轮和滚子的工作表面硬度高，具有良好的耐磨性，心部有良好的韧性。当低速、轻载时，可以选用铸铁作为凸轮的材料。中速、中载时可以选用优质碳素结构钢、合金钢作为凸轮的材料,并经表面淬火或滲碳淬火，使硬度达到。高速、重载凸轮可以用优质合金钢材料，并经表面淬火或滲氮处理。滚子材料用合金钢材料，经滲碳淬火，达到较大表面硬度。4.4.凸轮机构的材料凸轮机构的材料 主要内容：主要内容：按给定位移曲线绘制滚按给定位移曲线绘制滚子从动件盘形凸轮轮廓子从动件盘形凸轮轮廓作业：作业：P52 3-6,3-7