第四章凸輪機(jī)構(gòu)48

目錄概述從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖解法設(shè)計(jì)平面凸輪輪廓解析法設(shè)計(jì)平面凸輪輪廓凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成§4—1概述凸輪、從動(dòng)件、機(jī)架機(jī)架從動(dòng)件滾子凸輪

凸輪：具有特定曲線輪廓或溝槽的構(gòu)件，通常在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中作主動(dòng)件。從動(dòng)件：與凸輪接觸并被直接推動(dòng)的構(gòu)件。機(jī)架：支撐凸輪和從動(dòng)件的構(gòu)件。二、凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.從動(dòng)件可以實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；

2.結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作可靠。缺點(diǎn)：1.凸輪輪廓曲線加工困難；

2.從動(dòng)件壓強(qiáng)大、易磨損。應(yīng)用于傳力不大的控制機(jī)構(gòu)中三、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用凸輪作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)從動(dòng)件按預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律間歇（連續(xù)）直線往復(fù)或擺動(dòng)四、凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪機(jī)構(gòu)分類1.按兩活動(dòng)構(gòu)件之間相對運(yùn)動(dòng)特性分類2.按從動(dòng)件的形狀分類4.按凸輪高副的鎖合方式分類平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪移動(dòng)凸輪

尖頂從動(dòng)件滾子從動(dòng)件平底從動(dòng)件力鎖合形鎖合3.按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類直動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)1.按兩活動(dòng)構(gòu)件之間的相對運(yùn)動(dòng)特性分類（1）平面凸輪機(jī)構(gòu)

1）盤形凸輪

2）移動(dòng)凸輪

（2）空間凸輪機(jī)構(gòu)2.按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副元素形狀分類（1）尖頂從動(dòng)件對心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件（2）滾子從動(dòng)件（3）平底從動(dòng)件擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件3.按從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式分類（1）直動(dòng)從動(dòng)件（2）擺動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)平底從動(dòng)件擺動(dòng)滾子從動(dòng)件4.按凸輪高副的鎖合方式分類力鎖合：利用從動(dòng)件自身重力、回復(fù)彈簧力或其它外力，使從動(dòng)件與凸輪廓線始終保持接觸(2)型鎖合：利用構(gòu)成高副元素本身的幾何形狀，使從動(dòng)件與凸輪始終接觸。

從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

在凸輪廓線的推動(dòng)下，從動(dòng)件的位移、速度、加速度、躍度（加速度對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)）隨時(shí)間變化的規(guī)律，常以圖線表示，又稱為從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)曲線。一、凸輪機(jī)構(gòu)的基本名詞術(shù)語§4—2從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

一般假定凸輪軸作等速運(yùn)轉(zhuǎn)，故凸輪轉(zhuǎn)角與時(shí)間成正比，因此凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律通常又可以表示為凸輪轉(zhuǎn)角的函數(shù)?；鶊A：凸輪上具有最小半徑rb的圓推程與推程角：當(dāng)凸輪廓線上的曲線段與從動(dòng)件接觸時(shí)，推動(dòng)從動(dòng)件沿導(dǎo)路由起始位置運(yùn)動(dòng)到離凸輪軸心最遠(yuǎn)的位置。從動(dòng)件的這一運(yùn)動(dòng)行程稱為推程。此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為推程角Φ，從動(dòng)件沿導(dǎo)路移動(dòng)的最大位移稱為升距h。

ΦSΦ′Φ′SΦrbhω對心式尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)基圓基圓

近休止與近休止角:

當(dāng)凸輪廓線上對應(yīng)的圓弧段與從動(dòng)件接觸時(shí)，從動(dòng)件處于位移的起始位置，靜止不動(dòng)，這一過程稱為近休止。此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為近休止角Φ/s

。

回程與回程角:當(dāng)凸輪廓線上的曲線段與從動(dòng)件接觸時(shí)，引導(dǎo)從動(dòng)件由最遠(yuǎn)位置返回到位移的起始位置。從動(dòng)件的這一運(yùn)動(dòng)行程稱回程，此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為回程角Φ/。

遠(yuǎn)休止與遠(yuǎn)休止角：

當(dāng)凸輪廓線上對應(yīng)的圓弧段與從動(dòng)件接觸時(shí)，從動(dòng)件在距凸輪軸心的最遠(yuǎn)處靜止不動(dòng)。這一過程稱為遠(yuǎn)休止，此過程對應(yīng)凸輪所轉(zhuǎn)過的角度稱為遠(yuǎn)休止角Φs

。從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)線圖：從動(dòng)件位移h、速度v、加速度a與凸輪轉(zhuǎn)角Φ（或時(shí)間t）之間的對應(yīng)關(guān)系曲線。

hΦ，tΦ，tΦ，tΦSΦ′Φ′SΦΦSΦ′Φ′SΦrbhω二、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律-∞∞v0vΦ，taΦ，thsΦ，tΦ特點(diǎn)：存在剛性沖擊位置：發(fā)生在運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)推程運(yùn)動(dòng)方程a0ABCvΦ，thΦ，tΦs-a0aΦ，t2.等加等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律特點(diǎn)：存在柔性沖擊位置：發(fā)生在運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)、中間點(diǎn)和終止點(diǎn)上升前h/2：上升后h/2：3.余弦加速度（簡諧）運(yùn)動(dòng)規(guī)律特點(diǎn)：有柔性沖擊1'2'3'4'5'6'hvmaxa123456amax-amaxv123456s0s1234564.正弦加速度（擺線）運(yùn)動(dòng)規(guī)律特點(diǎn)：既無柔性沖擊又無剛性沖擊三、從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇

在選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應(yīng)該考慮各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度幅值vmax

、加速度幅值amax及其影響加以分析和比較。從動(dòng)件動(dòng)量mvmax從動(dòng)件慣性力mamax對于重載凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)選擇vmax值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；對于高速凸輪機(jī)構(gòu)，宜選擇amax值較小的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。vmaxamax一、直動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)凸輪廓線的設(shè)計(jì)1.尖頂從動(dòng)件1)凸輪機(jī)構(gòu)相對運(yùn)動(dòng)分析凸輪上的觀察的結(jié)果機(jī)架上的觀察結(jié)果2)反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)原理§4—3圖解法設(shè)計(jì)平面凸輪輪廓rbωrbωA1A2A3A4S2rbωA2A3A1A4S3S4rbωA2A3A1A4rbωA1A2A3A4rbωA1A2A3A4-ωrbωA1A2A3A4-ω-ω-ωA1A2A3A43)設(shè)計(jì)步驟rbω12345678910-ω1′2′10′3′4′5′6′7′8′9′475813269101′2′3′δ0δS4′7′8′9′6′5′10′δS0δSδ0′δS′δ0h已知條件：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、凸輪轉(zhuǎn)向、基圓半徑設(shè)計(jì)步驟：a.標(biāo)出－ω方向，并按此方向分割出、、δ0′δS′δ0δS

和；c.過位移線圖中等分點(diǎn)作y軸平行線交位移線圖于i點(diǎn)，過基圓上等分點(diǎn)作射線；′反轉(zhuǎn)中導(dǎo)路線d.在射線上度量出相應(yīng)推桿的位移，得尖頂軌跡點(diǎn)i；′f.光滑連接i得凸輪廓線?！鋌.在基圓與位移線圖共同將和進(jìn)行n等分，并標(biāo)注等分點(diǎn)；δoδo′ωωω2.滾子從動(dòng)件1)分析rb-ωωδ0794581326101′2′3′4′7′8′9′5′10′6′rb-ωωδ0794581326101′2′3′4′7′8′9′5′10′6′實(shí)際廓線理論廓線2)設(shè)計(jì)注意：1.基圓半徑為理論廓線最小向徑；

2.先求理論廓線，后作包絡(luò)線，得實(shí)際廓線。包絡(luò)線3.平底從動(dòng)件1)分析ωω尖頂軌跡線1′2′3′4′7′8′9′5′10′6′2)設(shè)計(jì)理論廓線79458132610rb-ωωδ0δ0′δ0a.將基圓沿-ω方向?qū)⒑团c位移線圖進(jìn)行對應(yīng)等分；c.光滑連接i得凸輪理論廓線；′′b.過等分點(diǎn)作射線；在射線上度量出相應(yīng)推桿的位移，得尖頂軌跡點(diǎn)i；設(shè)計(jì)步驟：d.作平底線的其包絡(luò)線——實(shí)際廓線?！?123′3′2ωrb-ω結(jié)論：a.偏置式凸輪機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件導(dǎo)路線始終切于偏置圓；b.導(dǎo)路線與基圓交點(diǎn)為推桿尖頂最低點(diǎn)——起始點(diǎn)。e4.偏置式凸輪廓線的設(shè)計(jì)1.尖頂從動(dòng)件1)相對運(yùn)動(dòng)分析偏置圓′22)設(shè)計(jì)已知條件：凸輪轉(zhuǎn)向、基圓半徑偏置圓半徑。ωrbe-ω1o23導(dǎo)路線′3δ0′δ0a.連接回轉(zhuǎn)中心與推桿其始點(diǎn)，將基圓沿-ω方向?qū)⒑团c位移線圖進(jìn)行對應(yīng)等分；c.光滑連接i得凸輪廓線?！洹鋌.過等分點(diǎn)作偏置圓切線；并在其上度量出相應(yīng)推桿的位移，得尖頂軌跡點(diǎn)i；設(shè)計(jì)步驟：1'2'3'二擺動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓線設(shè)計(jì)180o120o60oo12345678910B1LB0OA0arb

0

AB

max

已知：凸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，基圓半徑從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖所示，，從動(dòng)件順時(shí)針擺動(dòng)，凸輪軸心與從動(dòng)件轉(zhuǎn)軸之間的中心距，。180o120o60oo12345678910（1）按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律作出角位移線圖；（2）作出凸輪機(jī)構(gòu)的初始位置，作圓R；A1A2A3A6A7A8A9A10A4

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0rb

B0L180°60°120°B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10

1C1

2C2

3C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-（3）按-

方向劃分圓R得A0、

A1、A2

等點(diǎn)；即得機(jī)架反轉(zhuǎn)的一系列位置；（4）從從動(dòng)件各反轉(zhuǎn)位置線上量取與角位移圖相應(yīng)的角位移，得C1、C2、

等點(diǎn)，將C1

、C2…

等各點(diǎn)連成光滑曲線即得到凸輪輪廓曲線。A5作圖法的特點(diǎn)概念清晰，簡便易行；誤差大、效率低。解析法的特點(diǎn)計(jì)算精度高、速度快，適合凸輪在數(shù)控機(jī)床上加工。解析法設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題

將凸輪廓線表示為數(shù)學(xué)方程，這一過程稱為建立數(shù)學(xué)模型?！?—4解析法設(shè)計(jì)平面凸輪輪廓一、尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓極坐標(biāo)表示已知：凸輪以等角速度逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪基園半徑，導(dǎo)路和凸輪軸心間的相對位置及偏距

，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。A0

ACC0sOE若為對心：二、擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓建立極坐標(biāo)系已知：凸輪以等角速度逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪基園半徑，中心矩、擺桿長度，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?；境叽纾和馆啓C(jī)構(gòu)的壓力角、凸輪基園半徑的確定、滾子半徑的選擇§4—5凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定1.壓力角：從動(dòng)件與凸輪在接觸點(diǎn)處的正壓力方向與其在該點(diǎn)絕對速度方向之間所夾的銳角

一、凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的確定lblaFQωttBnnjF

FNAFNBfFNAfFNB改善受力：1.2.結(jié)構(gòu)允許下，2、壓力角對凸輪機(jī)構(gòu)受力的影響

其他條件相同時(shí)，壓力角越大，推動(dòng)從動(dòng)件所需的作用力越大；當(dāng)壓力角非常大時(shí)，理論上作用力為無窮大時(shí)才能推動(dòng)從動(dòng)件，此時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)將發(fā)生自鎖。我們將此時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角稱為臨界壓力角

3、許用壓力角

許用壓力角：為改善凸輪機(jī)構(gòu)的受力情況、提高機(jī)械效率，規(guī)定了允許采用的最大壓力角。

推程（工作行程）推薦的許用壓力角為：直動(dòng)從動(dòng)件擺動(dòng)從動(dòng)件

回程（空回行程）二、凸輪基圓半徑的確定1、基圓半徑對壓力角的影響增大基圓半徑，可使凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角減?。辉龃蠡鶊A半徑會(huì)使凸輪機(jī)構(gòu)的整體尺寸增大

2、基圓半徑的確定方法經(jīng)驗(yàn)值：凸輪安裝處的軸頸直徑

必要時(shí)對實(shí)際壓力角進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)壓力角的最大值超過需用壓力角，則適當(dāng)增大基圓半徑。三、滾子半徑的選擇1、滾子半徑對實(shí)際廓線的影響（１）凸輪理論廓線外凸的情況

實(shí)際輪廓曲線的曲率半徑=