第4章 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 

第4章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

目的：掌握凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，并能根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)。要求：

1.了解凸輪機(jī)構(gòu)的分類及應(yīng)用；2.了解推桿常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇原則；3.能根據(jù)選定的凸輪類型和推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線；

4.掌握在確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸時(shí)應(yīng)考慮的主要問題。重點(diǎn)：

1.推桿常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn)及其選擇原則；2.盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)；3.凸輪基圓半徑與壓力角的關(guān)系。難點(diǎn)：

本章的難點(diǎn)是反轉(zhuǎn)法。反轉(zhuǎn)法不僅是凸輪設(shè)計(jì)的基本方法，而且是凸輪機(jī)構(gòu)分析常用的方法。4.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類4.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)繞線機(jī)構(gòu)

齒輪變速器自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)

凸輪機(jī)構(gòu)1.由凸輪、從動(dòng)件（推桿）和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件所組成的高副機(jī)構(gòu)。2.凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通常作連續(xù)的等速轉(zhuǎn)動(dòng)；3.當(dāng)凸輪運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過其曲線輪廓與從動(dòng)件的高副接觸，使從動(dòng)件獲得任意預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。優(yōu)點(diǎn)：

1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊；2.可精確實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；3.設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：1.高副接觸易磨損；2.制造比連桿機(jī)構(gòu)困難。用途：載荷不大、行程較小的有特殊運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求的場(chǎng)合。

盤形凸輪：最基本的形式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用最為廣泛移動(dòng)凸輪：凸輪相對(duì)機(jī)架做直線運(yùn)動(dòng)圓柱凸輪：空間凸輪機(jī)構(gòu)4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類1.按凸輪的形狀分盤形凸輪移動(dòng)凸輪圓柱凸輪尖端能以任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但尖端處極易磨損，只適用于低速場(chǎng)合。2.按推桿（從動(dòng)件）端部的形狀分

1）尖頂從動(dòng)件

凸輪與從動(dòng)件之間為滾動(dòng)摩擦，因此摩擦磨損較小，可用于傳遞較大的動(dòng)力。

從動(dòng)件與凸輪之間易形成油膜，潤(rùn)滑狀況好，受力平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，常用于高速場(chǎng)合。但與之相配合的凸輪輪廓須全部外凸。2）滾子從動(dòng)件3.）平底從動(dòng)件直動(dòng)推桿：從動(dòng)件作往復(fù)移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一段直線；擺動(dòng)推桿：從動(dòng)件作往復(fù)擺動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一段圓弧。3.按推桿的運(yùn)動(dòng)形式分?jǐn)[動(dòng)推桿直動(dòng)推桿4.按推桿軸線與凸輪回轉(zhuǎn)軸心的相對(duì)位置分對(duì)心：在直動(dòng)推桿中，若推桿軸線通過凸輪的回轉(zhuǎn)軸線稱為對(duì)心直動(dòng)推桿。偏置：在直動(dòng)推桿中，若推桿軸線不通過凸輪的回轉(zhuǎn)軸線稱為偏置直動(dòng)推桿。5.按凸輪與推桿的接觸形式分1.力封閉（力鎖合）─彈簧力、從動(dòng)件重力或其它外力2.型封閉（型鎖合）─利用高副元素本身的幾何形狀槽凸輪機(jī)構(gòu)槽兩側(cè)面的距離等于滾子直徑。優(yōu)點(diǎn)：鎖合方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：加大了凸輪的尺寸和重量凸輪廓線上任意兩條平行切線間的距離都等于框架內(nèi)側(cè)的寬度。缺點(diǎn)：從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇受到一定的限制，當(dāng)180o范圍內(nèi)的凸輪廓線根據(jù)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定后，其余180o內(nèi)的凸輪廓線必須符合等寬原則等寬凸輪機(jī)構(gòu)兩滾子中心間的距離始終保持不變。缺點(diǎn)：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇受到一定的限制。等徑凸輪機(jī)構(gòu)主回凸輪機(jī)構(gòu)(共軛凸輪機(jī)構(gòu))優(yōu)點(diǎn)：克服了等寬、等徑凸輪的缺點(diǎn)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高一個(gè)凸輪推動(dòng)從動(dòng)件完成正行程運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)凸輪推動(dòng)從動(dòng)件完成反行程的運(yùn)動(dòng)基圓r0對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)推程AB及推程運(yùn)動(dòng)角

04.2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律4.2.1名詞術(shù)語遠(yuǎn)休BC及遠(yuǎn)休止角

01回程CD及回程運(yùn)動(dòng)角

0近休DA及近休止角

02行程h推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

偏距e、偏距圓B

1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律4.2.2從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律特點(diǎn)：推桿行程始末速度有突變，加速度

，產(chǎn)生巨大的慣性力，機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖擊——?jiǎng)傂詻_擊適應(yīng)場(chǎng)合：低速輕載2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律特點(diǎn)：加速度曲線在A、B、C處有突變，加速度的變化率(即躍度j)在這些位置為無窮大——柔性沖擊適應(yīng)場(chǎng)合：中速輕載3.余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律）特點(diǎn)：始、末兩點(diǎn)加速度有突變，有柔性沖擊。適用場(chǎng)合：中速輕載(當(dāng)從動(dòng)件作連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可用于高速)特點(diǎn)：加速度曲線連續(xù)變化，無剛性、柔性沖擊適用場(chǎng)合：適于高速4.正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律（擺線加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律）4.3.1凸輪廓線設(shè)計(jì)的基本原理（反轉(zhuǎn)法）δ2Sδ1123s1s2hOr0-

1δ1s122's23'3h1'δ1s1假設(shè)凸輪靜止不動(dòng)，推桿相對(duì)于凸輪作反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)又在其導(dǎo)軌內(nèi)作預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，作出推桿在復(fù)合運(yùn)動(dòng)中的一系列位置，其尖頂?shù)能壽E即為所求凸輪廓線。4.3按已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律繪制凸輪輪廓已知：s

=s（

）、r0、ω1（逆時(shí)針）

4.3.2直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪廓線的繪制1.對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的繪制2.對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件凸輪廓線繪制理論廓線滾子中心在凸輪運(yùn)動(dòng)平面上的軌跡。尖頂從動(dòng)件：理論廓線=實(shí)際廓線實(shí)際廓線（工作廓線）滾子從動(dòng)件：理論廓線與實(shí)際廓線是法向等距曲線基圓半徑滾子從動(dòng)件：基圓半徑在理論廓線上度量基圓半徑是凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心到理論廓線的最短距離

為了保證在所有位置從動(dòng)件平底都能與凸輪輪廓曲線相切，凸輪廓線必須是外凸的。3.對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件凸輪廓線繪制已知：s=s（δ），r0，

4.偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪廓線繪制δ2sδ1123s1s2h-δ11δ11's1Or0

es22s3(h)3s1δ1已知：s=s（δ），r0，e，

切射線從基圓開始向外量取各相應(yīng)位置的位移量。

理論廓線實(shí)際廓線

ρa(bǔ)=ρ+rr4.4凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題4.4.1滾子半徑的選擇內(nèi)凹的凸輪廓線不存在失真。外凸的凸輪廓線：實(shí)際廓線為一光滑曲線。變尖現(xiàn)象：工作廓線將出現(xiàn)尖點(diǎn)，極易磨損，會(huì)引起運(yùn)動(dòng)失真。

理論廓線實(shí)際廓線

理論廓線實(shí)際廓線

失真現(xiàn)象：工作廓線出現(xiàn)交叉,會(huì)引起運(yùn)動(dòng)失真。或討論：1.對(duì)于外凸的凸輪廓線，應(yīng)使?jié)L子半徑小于理論廓線的最小曲率半徑。2.從結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度考慮，滾子半徑不宜太小，取rr=(0.1~0.5)r0；3.避免凸輪廓線失真的措施：1）減小滾子半徑；2）增大基圓半徑；3）修改推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。4.4.2壓力角凸輪機(jī)構(gòu)在圖示位置的壓力角：推桿在與凸輪的接觸點(diǎn)B處所受正壓力的方向與推桿上點(diǎn)B的速度方向之間所夾的銳角。不同位置壓力角不同討論：當(dāng)α

αC，F(xiàn)∞，機(jī)構(gòu)自鎖；

推程時(shí)：對(duì)直動(dòng)推桿：[α]=30~35

對(duì)擺動(dòng)推桿：