凸輪輪基本尺寸的設計

1、第四節(jié)凸輪機構(gòu)基本尺寸的設計在設計凸輪的輪廓曲線時，不僅要保證從動件能夠按給定要求實現(xiàn)預期的運動規(guī)律，還應該保證凸輪機構(gòu)具有合理的結(jié)構(gòu)尺寸和良好的運動、力學性能。對于基圓半徑、偏距和滾子半徑等基本尺寸，在進行凸輪輪廓曲線的設計之前都是事先給定的。如果這些基本參數(shù)選擇不當，就會存在凸輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)是否合理、運動是否失真以及受力狀況是否良好等問題。因此，本節(jié)主要討論有關(guān)凸輪機構(gòu)基本尺寸的設計問題,為正確、合理選擇這些基本參數(shù)提供一定的理論依據(jù)。一、凸輪機構(gòu)的壓力角凸輪機構(gòu)的壓力角是指不計摩擦時，凸輪與從動件在某瞬時接觸點處的公法線方向與從動件運動方向之間所夾的銳角，常用a表示。壓力角是衡量凸輪機構(gòu)受

2、力情況好壞的一個重要參數(shù)，是凸輪機構(gòu)設計的重要依據(jù)。1 .直動從動件凸輪機構(gòu)的壓力角如圖629所示為直動從動件盤形凸輪機構(gòu)的壓力角示意圖。其中，圖角示意圖，圖6-29b為平底從動件的壓力角示意圖?，F(xiàn)以滾子從動件凸輪機構(gòu)為例，來說明vdsds由二心定理，P點為瞬心，vP=v=OP6,OP=r（由從動件速度公式v=6=）d：d:式中，“不”號與從動件的偏置方向有關(guān)。圖630所示應該取“-”號，反之，如果從動件導路位于凸輪回轉(zhuǎn)中心O的左側(cè)，則應該取“+”號。顯然，這種情況屬于從動件的偏置方向選擇不合理，因為增大了凸輪機構(gòu)的壓力角，降低了機械效率，甚至可能會導致凸輪機構(gòu)發(fā)生自鎖。因此，正確選擇從動件的

3、偏置方向有利于減小機構(gòu)的壓力角。此外，壓力角還與凸輪的基圓半徑和偏距等有關(guān)。（當v、3、s一定時，若凸輪基圓半徑增大，則壓力角”將減小，但機構(gòu)尺寸隨之增大；若凸輪基圓半徑減小，壓力角a將增大,6-29a為尖底從動件的壓力直動從動件(6-34)壓力角的表達為盤形凸輪機構(gòu)壓力角的計算方法。根據(jù)圖630中的幾何關(guān)系，可得機構(gòu)的受力情況變差。）當偏距e=0時，代入式（634）,即可得到對心直動從動件盤形凸輪機構(gòu)的壓力角計算公式dsdsd:d:vtan=r02-e2sr。s(ros)對于直動平底從動彳盤形凸輪機構(gòu)（圖629所示），根據(jù)圖中的幾何關(guān)系，其壓力角為0=90-Y式中，丫為從動件的平底與導路中心

4、線的夾角，其值為一常數(shù)。顯然，平底直動從動件凸輪機構(gòu)的壓力角為常數(shù)，機構(gòu)的受力方向不變，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性好。如果從動件的平底與導路中心軸線之間的夾角子90。，則壓力角0=0。2.擺動從動件凸輪機構(gòu)的壓力角圖6-31所示為擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的壓力角示意圖。其中，圖631a為滾子從動件的壓力角本意圖，圖631b為平底從動件的壓力角示意圖。(6-35)（a）（b）圖6-31擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)的壓力角對于擺動滾子從動件凸輪機構(gòu)（圖631a）,設擺桿的長度AB=l,機架的長度OA=a。過瞬心P（三心定理）作擺桿AB的垂線，交AB的延長線于D點，則根據(jù)圖中的幾何關(guān)系，有BDAPcos（圾+收）-/tan

5、0f二尸。二刀凝Wo+山廠(6-36)根據(jù)瞬心的性質(zhì)可得(BD=AD-AB=AD-l)(31dt=d必32dt=ddtpAp叫d砂 OPOPadtpW|dtpAPOP+*帥M,所以,AP-OP+aaaa=d山d小1-而而將上式代入式（6-36）并整理，即可得到擺動滾子從動件凸輪機構(gòu)壓力角的計算公式由式(637)、式(638)可知，對于擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)，其壓力角受從動件的運動規(guī)律、擺桿長度、機架長度等因素的影響，在設計時要加以注意。3 .凸輪機構(gòu)的許用壓力角凸輪機構(gòu)的壓力角與基圓半徑、偏距和滾子半徑等基本尺寸有直接的關(guān)系，而且這些參數(shù)之間往往是互相制約的。以直動滾子從動件凸輪機構(gòu)為例，在其

6、他參數(shù)不變的情況下，增大凸輪的基圓半徑可以獲得較小的壓力角，從而可以改善機構(gòu)的受力狀況，但缺點是凸輪尺寸增大。反之，減小凸輪的基圓半徑雖然可以獲得較為緊湊的結(jié)構(gòu)，但同時又使凸輪機構(gòu)的壓力角增大。壓力角過大會導致凸輪機構(gòu)發(fā)生自鎖而無法運轉(zhuǎn)，而且當壓力角增大到接近某一極限值時，即使機構(gòu)尚未發(fā)生自鎖，也會導致驅(qū)動力急劇增大，發(fā)生輪廓嚴重磨損和效率迅速降低的情況。因此為了使凸輪機構(gòu)能夠正常工作并具有較高的傳動效率，設計時必須對凸輪機構(gòu)的最大壓力角加以限制，使其小于許用壓力角，即max0o由式(645)可知，增大偏距，有利于減小凸輪機構(gòu)的壓力角，但偏距的增加也有限度，其最大值應滿足以下條件：設計偏置式凸

7、輪機構(gòu)時，其從動件偏置方向的確定原則是：從動件應置于使該凸輪機構(gòu)的壓力角減小的位置。綜上所述，在進行凸輪機構(gòu)基本尺寸的設計時，由于各參數(shù)之間是互相制約的，設計時應該綜合考慮各種因素，使其綜合性能指標滿足設計要求。從強度要求考慮，滾子半徑應滿足以下條件：r聲(0.10.5)(基圓半徑)3.平底長度的設計如圖6-33所示，在平底從動件盤形凸輪機構(gòu)運動過程中，應能保證從動件的平底在任意時刻均與凸輪接觸，因此平底的長度件：l應滿足以下條式中，l為附加長度，由具體的結(jié)構(gòu)而定，一般取1=57mm。4.偏距的設計從動件的偏置方向可直接影響凸輪機構(gòu)壓力角的大小，因此在選擇從動件的偏置方向時需要遵循的原則是：盡可能域小凸輪機構(gòu)在推程階段的壓力角，其偏置的距離(即偏距e)可按下式計算:tana=dsd平平(6-4)(644)可改寫為7補例1一對心尖底推桿盤形凸輪機構(gòu)，凸輪為一偏心圓盤。已知圓盤半徑為r,偏心距OiO等于e。試確定該凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)和壓力角最大值。解由圖可見，當凸輪順時針轉(zhuǎn)動，凸輪上的A、B兩點與推桿接觸時，推桿位于推程的起點和終點，故行程h=(r+e)-(r-e)=2e推程運動角與回程運動角相等，。=。=180。，故無休止階段，。s=4s=0。基圓半徑rb=r-eOK與導路的夾角為壓力角”。當OiO垂直于導路時，ON=e,壓力角為最大值淅ax補例2