第4章凸輪機構

1、 第 4 章 凸 輪 機 構4.1 凸輪機構的類型及應用4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律4.3 反轉法繪制盤形凸輪輪廓曲線實訓5 設計對心移動滾子從動件盤形凸輪機構4.4 凸輪機構基本尺寸的確定第4章 凸輪機構 基本要求1、了解凸輪機構的類型和應用：2、掌握從動件常用運動規(guī)律及其選擇時應考慮的因素：3、能應用反轉法對凸輪機構的運動過程進行分析；4、能根據(jù)給定的運動規(guī)律，應用反轉法繪制出各種從 動件盤形凸輪的輪廓曲線；5、了解凸輪廓線方程的建立過程，會進行盤形凸輪輪 廓的設計計算；6、掌握壓力角與自鎖的關系、基圓半徑對壓力角的影 響以及滾子半徑選擇的原則；第4章 凸輪機構重點 1、從動件常用

2、運動規(guī)律及其選擇原則； 2、凸輪機構運動過程的分析； 3、凸輪輪廓曲線的設計； 4、凸輪機構壓力角與機構基本尺寸的關系。難點 1、相對運動原理 2、凸輪機構壓力角與機構基本尺寸的關系。第4章 凸輪機構思考題1、試比較尖頂、滾子和平底從動件的優(yōu)缺點，并說明 它們的適用場合。2、在用反轉法設計盤型凸輪輪廓曲線的各個步驟中， 應注意哪些問題?各類凸輪設計方法有何特點？3、凸輪理論輪廓線與實際輪廓線有何區(qū)別與聯(lián)系?當 已知盤型凸輪的理論輪廓線，欲求實際輪廓線時， 能否直接由理論輪廓線上各點的向徑減去滾子半徑 來求得，為什么?4、凸輪機構的壓力角是如何定義的?為什么要規(guī)定許 用壓力角?5、你所學過的三種

3、基本運動規(guī)律各有何特點，適用于 何種場合?什么是剛性沖擊和柔性沖擊，如何避免?第4章 凸輪機構6、盤形凸輪基圓半徑的選擇與哪些因素有關?7、通常采用什么方法使凸輪與從動件之間保持接觸?8、如果兩個凸輪的實際輪廓線相同，則從動件的運 動規(guī)律是否一定相同，為什么?9、如果兩個凸輪的理論輪廓線相同，則從動件的運 動規(guī)律是否一定相同，為什么?10、滾子從動件凸輪機構的滾子損壞后用一半徑不 同的滾子替換是否可行，為什么?11、在什么情況下凸輪實際輪廓線會出現(xiàn)尖點或過 切現(xiàn)象，如何避免?第4章 凸輪機構4.1 凸輪機構的類型及應用 凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構件，他通過與從動件的高副接觸，在運動時可以

4、使從動件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預期運動。凸輪機構由凸輪、從動件和機架三部分組成。凸輪機構是高副機構，易于磨損，因此只適用于傳遞動力不大的場合。4.1.1 凸輪機構的組成與類型凸輪機構的分類方法分類方法（1）按凸輪的形狀分類盤形凸輪移動凸輪4.1 凸輪機構的類型及應用 圓柱凸輪（2）按從動件的端部結構形式分類尖頂從動件滾子從動件4.1 凸輪機構的類型及應用平底從動件（3）按從動件的運動形式分類移動從動件擺動從動件4.1 凸輪機構的類型及應用（4）按鎖合形式分類： 力鎖合形鎖合4.1 凸輪機構的類型及應用示例一內(nèi)燃機配氣機構4.1 凸輪機構的類型及應用4.1.2 凸輪機構的應用應用示例一內(nèi)燃機配氣

5、機構4.1 凸輪機構的類型及應用4.1.2 凸輪機構的應用應用示例二靠模車削機構4.1 凸輪機構的類型及應用示例三分度轉位機構4.1 凸輪機構的類型及應用示例四機床自動進給凸輪機構4.1 凸輪機構的類型及應用4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律基圓：以凸輪最小半徑ro所作的圓，ro稱為凸輪的基圓半徑。推程、推程運動角：遠休、遠休止角：近休、近休止角：行程：hs位移：從動件的運動規(guī)律：是指推桿在運動過程中，其位移、速度和加速度隨時間變化（凸輪轉角變化）的規(guī)律。o回程、回程運動角：4.2.1 凸輪機構的運動分析jh0rrs4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律 從

6、動件的位移s與凸輪轉角的關系可以用從動件的位移線圖來表示，如圖所示。圖為對心尖頂從動件盤形凸輪機構，凸輪回轉時，從動件重復 升升停停降降停停的運動循環(huán)。4.1 凸輪機構的類型及應用從動件的運動取決于凸輪輪廓曲線的形狀,即凸輪輪廓決定了從動件的運動規(guī)律。4.2.2 從動件的常用運動規(guī)律1.等速運動規(guī)律等速運動規(guī)律從動件在運動過程中，運動速度為定值。運動開始，由0突變?yōu)榧铀俣韧恚\動結束在運動的起點和終點，從動件的速度的突變，加速度將達到無窮大，將產(chǎn)生極大的慣性力，引起剛性沖擊剛性沖擊。a= -10h0010hdtda4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律從動件推程運動方程式4.2 凸輪機構的從動

7、件常用運動規(guī)律從動件回程運動方程式0hs 10h0)1 (0 hs1hh04.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律2.等加速等加速等減速運動規(guī)律等減速運動規(guī)律4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律從動件在運動過程的前半程作等加速運動，后半程作等減速運動，兩部分加速度的絕對值相等。從動件在運動的開始點、中間點和終止點，加速度的突變?yōu)橛邢拗?，將引起有限的慣性力，從而引起柔性沖擊柔性沖擊。從動件推程前半程運動方程式4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律從動件推程后半程運動方程式2202hs 2014h20214h020 2020)(2hhs)(40201h20214h20 0等加速等減速運動規(guī)律的位移線圖作

8、法4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律作法4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律3.簡諧運動規(guī)律簡諧運動規(guī)律4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律質點在圓周上作等速運動時，它在這個圓的直徑上的投影所構成的運動。在運動起始和終止位置，加速度曲線不連續(xù)，存在柔性沖擊柔性沖擊。從動件位移方程0cos12hs從動件推程運動方程式4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律從動件回程運動方程式0022000cos2sin2cos12hahhs0022000cos2sin2cos12hahhs簡諧運動規(guī)律作法4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律常用從動件運動規(guī)律

9、的比較常用從動件運動規(guī)律的比較4.2 凸輪機構的從動件常用運動規(guī)律 運動規(guī)律 最大速度 最大加速 沖擊性質 適用范圍 （推薦） 等 速 剛性沖擊低速、輕載等加速等減速 柔性沖擊中速、輕載 簡 諧 運 動 柔性沖擊中低速、中載或重載1000. 1h1000. 2h1057. 1h212000. 4h12093. 4h4.3 反轉法繪制盤形凸輪輪廓曲線1. 反轉法原理加角速度-(與凸輪角速度大小相等、方向相反)凸輪靜止不動從動件尖頂?shù)倪\動軌跡就是凸輪輪廓曲線從動件相對導路移動對于滾子從動件，則滾子中心可看作是從動件的尖頂，其運動軌跡就是凸輪的理論輪廓曲線理論輪廓曲線，凸輪的實際輪廓曲線實際輪廓曲線

10、是與理論輪廓曲線相距滾子半徑rT的一條等距曲線。反轉法反轉法從動件與導路以-角速度繞凸輪轉動4.3 反轉法繪制盤形凸輪輪廓曲線反轉法原理求位移線圖4.3 反轉法繪制盤形凸輪輪廓曲線2.對心尖頂直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的畫法設計要求：已知凸輪的基圓半徑為r0,凸輪沿逆時針方向等速回轉。而推桿的運動規(guī)律如圖所示。試設計該對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構的凸輪廓線。4.3 反轉法繪制盤形凸輪輪廓曲線4.3 反轉法繪制盤形凸輪輪廓曲線4.3 反轉法繪制盤形凸輪輪廓曲線3.對心滾子直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的畫法已知條件: 凸輪的基圓半徑為r0,滾子半徑rT,凸輪沿逆時針方向等速回轉。推桿的運動規(guī)律如圖

11、所示。試設計對心直動滾子從動件盤形凸輪機構的凸輪廓線。4.3 反轉法繪制盤形凸輪輪廓曲線4.3 反轉法繪制盤形凸輪輪廓曲線4.3 反轉法繪制盤形凸輪輪廓曲線4.對心直動平底從動件盤形凸輪輪廓的畫法已知條件: 凸輪的基圓半徑為r0,凸輪沿逆時針方向等速回轉。推桿的運動規(guī)律如圖所示。試設計對心直動平底從動件盤形凸輪機構的凸輪廓線。4.3 反轉法繪制盤形凸輪輪廓曲線4.3 反轉法繪制盤形凸輪輪廓曲線5、偏置直動尖頂從動件盤形凸輪機構 已知條件:已知凸輪的基圓半徑為r0,凸輪沿逆時針方向等速回轉。而推桿的運動規(guī)律已知，已知偏距e。試設計。4.3 反轉法繪制盤形凸輪輪廓曲線試設計一對心移動滾子從動件盤形

12、凸輪。已知凸輪按順時針方向轉動，其基圓半徑 mm。滾子半徑 =5mm。從動件的行程 mm，運動規(guī)律如下：實訓5設計對心移動滾子從動件盤形凸輪機構100orTr50h凸輪轉角 從動件運動規(guī)律等加速等減速上升50mm停止不動等加速等減速下降至原來位置停止不動001200 00180120 00270180 00360270 （1）選取適合的比例尺L、 ，作從動件位移曲線取長度比例尺L=2mm/mm 、角度比例尺 =6/mm。將已知的從動件的位移曲線的推程、回程和從動件的位移曲線分成相同等份，作出從動件位移曲線，如圖（a）所示。實訓5設計對心移動滾子從動件盤形凸輪機構實訓5設計對心移動滾子從動件盤形

13、凸輪機構（2）用反轉法繪制凸輪理論輪廓曲線1）以為圓心以為半徑作出基圓，確定滾子從動件上滾子中心的最低位置。過作滾子中心的運動導路。2）利用反轉法將基圓圓周分成與從動件位移曲線圖中橫坐標軸對應的等份，代表機構反轉時各相應位置的導路線。3）自基圓圓周沿以上導路線截取對應位移量，它們便是機構反轉時從動件滾子中心的一系列位置。最后連成平滑曲線，即為凸輪理論輪廓曲線。（3）繪制凸輪實際輪廓曲線以凸輪理論輪廓曲線上各點為圓心，以滾子半徑為半徑畫一系列滾子圓，作該系列滾子圓的內(nèi)包絡線，即為滾子從動件凸輪的實際輪廓曲線，如圖（b）所示。4.4.1 滾子半徑的確定凸輪輪廓曲線形狀與滾子半徑的關系當理論廓線內(nèi)凹

14、時a= min+rT此時，無論滾子半徑大小，凸輪工作輪廓總是光滑曲線(如圖a)4.4 凸輪機構基本尺寸的確定當理論廓線外凸時(可分為三種情況)1) min rT時 a 0,這時所得的凸輪實際輪廓為光滑的曲線2) min = rT 時a = 0,實際輪廓線變尖，極易磨損，不能使用3) min rT時a 0,即實際曲線出現(xiàn)交叉會出現(xiàn)失真失真a= minrT4.4 凸輪機構基本尺寸的確定結論結論：外凸的凸輪輪廓曲線, 應使rT min，通常取rT0.8 min同時a35mm,另外滾子半徑還受強度、結構等的限制，因而也不能做得太小，通常取滾子半徑rT=(0.1 0.15)r0。 4.4 凸輪機構基本尺

15、寸的確定4.4.2 壓力角的確定 從動件的運動方向和凸輪作用于它的法向力Fn方向之間所夾的角稱為壓力角壓力角。凸輪輪廓曲線上各點的壓力角是變化的，最大壓力角的位置一般存在于運動過程的起始點、速度最大的點以及凸輪輪廓向徑急劇變化的地方。4.4 凸輪機構基本尺寸的確定 由上述關系式知，壓力角愈大，有效分力1愈小，有害分力2愈大。當角大到某一數(shù)值時，必將會出現(xiàn)F1F2的情況。這時，不論施加多大的Fn力，都不能使從動件運動，這種現(xiàn)象稱為自鎖自鎖。因此，為了保證凸輪機構的正常工作，必須對凸輪機構的壓力角進行限制。推薦壓力角數(shù)值移動從動件30擺動從動件 45回程中，一般不會有自鎖現(xiàn)象，壓力角取值為a=7080cos1FF sin2FF 有害分力有效分力4.4 凸輪機構基本尺寸的確定凸輪壓力角的測量方法4.4 凸輪機構基本尺寸的確定4.4.3 基圓半徑的確定 當從動件的運動規(guī)律確定后，凸輪基圓半徑r0的大小將直接影響到壓力角的大