凸輪機構解說

1、關于凸輪機構解說第一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）教學要求1、了解凸輪機構的特點、類型及應用。2、掌握凸輪機構的從動件的常用運動規(guī)律3、掌握凸輪輪廓曲線的設計。4、熟悉凸輪機構基本尺寸的確定。（二）教學的重點與難點凸輪機構的從動件的常用運動規(guī)律及凸輪輪廓曲線的設計。第二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1.1 凸輪機構的應用 凸輪機構由凸輪1、從動件2、機架3三個基本構件組成，是一種高副機構。其中凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件，通常作連續(xù)等速轉動，從動件則在凸輪輪廓的控制下按預定的運動規(guī)律作往復移動或擺動。 4.1 概述1. 組成第三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作

2、于2022年6月2. 特點：優(yōu)點:只要正確地設計和制造出凸輪的輪廓曲線，就能實現(xiàn)從動件所預期的復雜運動規(guī)律的運動；凸輪機構結構簡單、緊湊、運動可靠。缺點:凸輪與從動件之間為點或線接觸，故難以保持良好的潤滑，容易磨損。 凸輪機構通常適用于傳遞動力不大的機械中。尤其廣泛應用于自動機械、儀表和自動控制系統(tǒng)中。 3. 應用：第四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月內(nèi)燃機配氣凸輪機構內(nèi)燃機的配氣凸輪機構，凸輪1作等速回轉，其輪廓將迫使推桿2作往復擺動，從而使氣門3開啟和關閉（關閉時借助于彈簧4的作用來實現(xiàn)的），以控制可燃物質(zhì)進入氣缸或廢氣的排出。第五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 靠模

3、車削機構234第六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 自動機床上的走刀機構12刀具一個進給運動循環(huán)包括：1）刀具以較快的速度接近工件；2）刀具等速前進來切削工件；3）完成切削動作后，刀具快速退回；4）刀具復位后停留一段時間等待更換工件等動作。這樣一個復雜的運動規(guī)律是由一個作等速回轉運動的圓柱凸輪通過擺動從動件來控制實現(xiàn)的。其運動規(guī)律完全取決于凸輪凹槽曲線形狀。 弧面凸輪式間歇運動機構第七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.1.2 凸輪機構的分類（1）盤形凸輪 1 、2、3盤形凸輪機構簡單，應用廣泛，但限于凸輪徑向尺寸不能變化太大，故從動件的行程較短。（2）移動凸輪 其凸輪是具

4、有曲線輪廓、作往復直線移動的構件，可看成是轉動軸線位于無窮遠處的盤形凸輪。（3）圓柱凸輪 其凸輪是圓柱面上開有凹槽的圓柱體，可看成是繞卷在圓柱體上的移動凸輪，利用它可使從動件得到較大的行程。 1.按凸輪的形狀分第八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）尖頂從動件凸輪機構 實現(xiàn)預期的運動規(guī)律。但從動件尖頂易磨損，故只能用于輕載低速場合。（2）滾子從動件凸輪機構 其磨損顯著減少，能承受較大載荷，應用較廣。但端部重量較大，又不易潤滑，故仍不宜用于高速，只能用于中低速。（3）平底從動件凸輪機構 若不計摩擦，凸輪對從動件的作用力始終垂直于平底，傳力性能良好，且凸輪與平底接觸面間易形成潤滑油膜，

5、摩擦磨損小、效率高，故可用于高速，缺點是不能用于凸輪輪廓有內(nèi)凹的情況。 2.按從動件末端形狀分第九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）力鎖合凸輪機構 依靠重力、彈簧力或其他外力來保證鎖合，如內(nèi)燃機配氣凸輪機構。（1）移動從動件凸輪機構 按其從動件導路是否通過凸輪回轉中心分為對心移動從動件和偏置移動從動件凸輪機構。3.按鎖合方式分4.按從動件相對機架的運動方式分（2）擺動從動件凸輪機構（2）形鎖合凸輪機構 依靠凸輪和從動件幾何形狀來鎖合。第十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月移動從動件擺動從動件第十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 一對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構

6、，凸輪上有一最小向徑，以最小向徑r。為半徑所作的圓稱凸輪基圓，r。稱基圓半徑，凸輪以等角速度1逆時針轉動。凸輪機構運動過程如下：4.2 凸輪機構的運動特性4.2.1 平面凸輪機構的基本尺寸及運動參數(shù)第十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1推程、2遠休止、3回程、4近休止當凸輪連續(xù)轉動時，從動件將重復上述運動過程。 一、凸輪機構的工作過程第十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 從動件的運動規(guī)律：是指其位移s、速度v和加速度a等隨凸輪轉角 而變化的規(guī)律。常用的從動件運動規(guī)律有等速運動規(guī)律、等加速-等減速運動規(guī)律、余弦加速度運動規(guī)律、正弦加速度運動規(guī)律等。 凸輪機構中，凸輪的輪廓

7、形狀決定了從動件的運動規(guī)律，反之，從動件的不同運動規(guī)律要求凸輪具有不同形狀的輪廓。因此，設計凸輪機構時，應首先根據(jù)工作要求確定從動件的運動規(guī)律，再據(jù)此來設計凸輪的輪廓曲線。 4.2.2 常用的從動件運動規(guī)律 第十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 從動件在推程始末兩處，速度有突變，瞬時加速度理論上為無窮大，因而產(chǎn)生理論上無窮大的慣性力，對機構造成強烈的沖擊，這種沖擊稱為“剛性沖擊”。因此，等速運動規(guī)律只能用于低速輕載的場合。 從動件在推程或回程過程中的運動速度為常數(shù)的運動規(guī)律。1.等速運動規(guī)律：第十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 在推程的始末點和前、后半程的交接處，產(chǎn)生

8、“柔性沖擊”或“軟沖”。因此這種運動規(guī)律只適用于中速、中載的場合。 從動件在一個行程中，前半行程作等加速運動，后半行程作等減速運動的運動規(guī)律。2.等加速等減速運動規(guī)律第十六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 在推程始末點處仍存在“軟沖”，因此只適用于中、低速。 但若從動件作無停歇的升降升型連續(xù)運動，則加速度曲線為光滑連續(xù)的余弦曲線，消除了“軟沖”，故可用于高速。 從動件加速度按余弦規(guī)律變化的運動規(guī)律。3.余弦加速度運動規(guī)律第十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4、正弦加速度運動規(guī)律運動特征：沒有沖擊，故可用于高速。從動件加速度按正弦規(guī)律變化的運動規(guī)律。第十八張，PPT共四十一

9、頁，創(chuàng)作于2022年6月三、從動件運動規(guī)律的選擇1、在選擇從動件的運動規(guī)律時，應根據(jù)機器工作時的運動要求來確定。2、對無一定運動要求，只需要從動件有一定位移量的凸輪機構。3、對于高速機構，應減小慣性力、改善動力性能，可選用正弦加速度運動規(guī)律或其他改進型的運動規(guī)律。1-2 從動件常用運動規(guī)律第十九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3 盤形凸輪輪廓的設計 設計一般精度凸輪時常被采用圖解法。而設計高精度凸輪，則必須用解析法，但計算復雜。本節(jié)主要討論圖解法。 設計方法：1.圖解法 2.解析法基本原理：反轉法原理 第二十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3.1圖解法設計盤形凸輪輪

10、廓圖解法繪制凸輪輪廓曲線是利用反轉法原理完成的。加角速度-w(與凸輪角速度大小相等、方向相反)從動件與導路繞角速度-w以凸輪轉動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第二十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3.2 作圖法設計凸輪輪廓曲線已知基圓半徑、凸輪轉向、從動件位移曲線1.對心尖頂移動從動件盤形凸輪輪廓曲線的設計設計凸輪的輪廓曲線第二十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.光滑連接各點即為所求的凸輪輪廓。作圖步驟如下1.選與位移線圖一致的比例作凸輪的基圓 ；2.將基圓分成與位移線圖中相對應的等份；3.自基圓圓周向外量取位移線圖中相應位移量

11、 ； 第二十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月實際輪廓曲線 理論輪廓曲線 2.滾子從動件盤形凸輪輪廓曲線的設計第二十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月e3.偏置尖頂移動從動件盤形凸輪輪廓曲線設計已知偏距e、基圓半徑、凸輪轉向、從動件位移曲線第二十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月偏置直動滾子從動件盤形凸輪輪廓的設計建立凸輪轉軸中心的坐標系xOy根據(jù)反轉法原理，凸輪以w轉過j角；B點坐標為上式即為凸輪理論廓線方程 實際廓線與理論廓線在法線上相距滾子半徑rT，則推出式中取“”號時為內(nèi)等距曲線，取“”號時為外等距曲線4.3.3 用解析法設計凸輪機構第二十六張，PPT共四

12、十一頁，創(chuàng)作于2022年6月凸輪輪廓的加工凸輪輪廓的加工方法通常有兩種1.銑、銼削加工 對用于低速、輕載場合的凸輪，可以應用反轉法原理在未淬火凸輪輪坯上通過作圖法繪制輪廓曲線，采用銑床或用手工銼削辦法加工而成。必要時可進行淬火處理，但用這種方法則凸輪的變形難以得到修正。2.數(shù)控加工 采用數(shù)控線切割機床對淬火凸輪進行加工，這是目前最常用的一種凸輪加工方法。加工時應用解析法，求出凸輪輪廓曲線的x,y坐標，并將xOy坐標系的原點換算成切割時的起點，而滾子半徑相當于鉬絲半徑再加上放電間隙。第二十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 凸輪機構的主要失效形式是磨損和疲勞點蝕，因此要求凸輪和滾子的工

13、作表面硬度高，具有良好的耐磨性，心部有良好的韌性。4.4 凸輪和滾子的材料 、結構 低速、輕載時，可以選用鑄鐵。中速、中載時可以選用優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼、合金鋼，并經(jīng)表面淬火或滲碳淬火，達到一定硬度。高速、重載時可用優(yōu)質(zhì)合金鋼，并經(jīng)表面淬火或滲氮處理。 滾子材料用合金鋼材料，經(jīng)滲碳淬火，達到較大表面硬度。 1.凸輪的材料2.滾子的材料第二十八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月低速、輕載：凸輪材料可選HT250、QT800-2、QT9002等，用球墨鑄鐵時，輪廓表面可進行淬火處理，以提高其耐磨性。從動件受彎曲應力大，不用脆性材料，可選中碳結構鋼，高副端表面淬火至4050HRC。為減小沖擊，也可

14、選用質(zhì)量小的尼龍作為從動件材料。中速、中載：凸輪常用45、45Cr、20Cr、20CrMn等材料，從動件可用20CR等低碳合金鋼，并經(jīng)表面淬火，低碳合金鋼應滲碳淬火，滲碳層深0.8-1.5mm，使硬度達5662HRC。高速、重載：凸輪可用40CR等中碳合金鋼。表面高頻淬火至5660HRC，或用38CrMoAl，經(jīng)滲氮處理至6067HRC，但滲氮表層脆而不宜受沖擊。從動件則可用T8、T10等碳素工具鋼，經(jīng)表面淬火處理。第二十九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月凸輪常用材料和結構二、凸輪的結構 整體式凸輪與輪轂可調(diào)整組成凸輪的部分可調(diào)整第三十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月凸輪常

15、用材料和結構三、滾子從動件結構 專門制造的圓柱體滾動軸承銷軸聯(lián)接第三十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.5 凸輪機構設計應注意的問題 設計凸輪機構，不僅要保證從動件能實現(xiàn)預定的運動規(guī)律，還須使設計的機構傳力性能良好，結構緊湊，滿足強度和安裝等要求。為此，設計時應注意處理好下述問題。 1.滾子半徑的選擇 2.凸輪機構的壓力角 3.凸輪基圓半徑的確定 第三十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.5.1 凸輪機構的壓力角 壓力角：不計摩擦時，凸輪對從動件的作用力（法向力）與從動件上受力點速度方向所夾的銳角。 將從動件所受力F分解為兩個力 ：第三十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于

16、2022年6月 凸輪機構設計中的幾個問題壓力角：不計摩擦時，凸輪對從動件的作用力（法向力）與從動件上受力點速度方向所夾的銳角。該力可分解為兩個分力 ： 有效分力有害分力壓力角越小，有效分力越大，機構傳力越好。=aasincosnxnyFFFF壓力角及校核第三十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 F1是推動從動件移動的有效分力，隨著的增大而減??；F2是引起導路中摩擦阻力的有害分力，隨著的增大而增大。當 增大到一定值時，有引起的摩擦阻力超過有效分力，此時凸輪無法推動從動件運動，機構發(fā)生自鎖?？梢姡瑥膫髁侠?、提高傳動效率來看，壓力角越小越好。在設計凸輪機構時, 應使最大壓力角max(許用

17、壓力角)。凸輪機構的許用壓力角可取如下數(shù)值: 推程時，移動從動件 =3040, 擺動從動件 =4550；回程時，通常取 =7080。 第三十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 4.5.2 凸輪基圓半徑的確定 基圓半徑愈小，壓力角愈大；反之，壓力角則愈小。因此，在選取基圓半徑時應注意： 2.在結構空間允許條件下，可適當將基圓半徑取大些，以利于改善機構的傳力性能，減少磨損和減少凸輪廓線的制造誤差。 1.合理設計偏心距e可減小壓力角。在保證max前提下，為了結構緊湊，盡可能小的基園半徑。第三十六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 凸輪機構設計中的幾個問題3.5.3滾子半徑的確定 凸

18、輪輪廓曲線形狀與滾子半徑的關系r = r + rr當理論廓線內(nèi)凹時此時，無論滾子半徑大小，凸輪工作輪廓總是光滑曲線(如圖a)當理論廓線外凸時(可分為三種情況)r = r - rr1) r rr時 r 0這時所得的凸輪實際輪廓為光滑的曲線(如圖b)2) r = rr 時r = 0，實際輪廓線變尖，極易磨損，不能使用(如圖c)。3) r rr 時r 0， ，即實際曲線出現(xiàn)交叉會出現(xiàn)失真(如圖d)。第三十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1、凸輪機構的特點和類型及應用。2、凸輪機構的從動件的常用運動規(guī)律。3、凸輪輪廓曲線的設計。4、凸輪機構基本尺寸的確定?？?結第三十八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1.從動件運動規(guī)律相同，基圓半徑越大，壓力角（ ）。2、凸輪機構在從動件運動規(guī)律不變的情況下，如果（ ）基圓半徑，最大壓力角減小。 3、為改善凸輪機構的傳力性能，應減小凸輪輪廓的壓力角，為此設計凸輪時應（ ）基圓半徑。4、滾子從動件盤形凸輪的理論廓