第4章 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計 

第4章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計

目的：掌握凸輪機構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)知識，并能根據(jù)生產(chǎn)實際需要的運動規(guī)律設(shè)計凸輪機構(gòu)。要求：

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

4.掌握在確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸時應(yīng)考慮的主要問題。重點：

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

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

齒輪變速器自動機床進刀機構(gòu)

凸輪機構(gòu)1.由凸輪、從動件（推桿）和機架三個基本構(gòu)件所組成的高副機構(gòu)。2.凸輪是一個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；3.當凸輪運動時，通過其曲線輪廓與從動件的高副接觸，使從動件獲得任意預(yù)期的運動規(guī)律。優(yōu)點：

1.結(jié)構(gòu)簡單，緊湊；2.可精確實現(xiàn)從動件復(fù)雜的運動規(guī)律；3.設(shè)計方法簡單。

缺點：1.高副接觸易磨損；2.制造比連桿機構(gòu)困難。用途：載荷不大、行程較小的有特殊運動規(guī)律要求的場合。

盤形凸輪：最基本的形式，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用最為廣泛移動凸輪：凸輪相對機架做直線運動圓柱凸輪：空間凸輪機構(gòu)4.1.2凸輪機構(gòu)的分類1.按凸輪的形狀分盤形凸輪移動凸輪圓柱凸輪尖端能以任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動件實現(xiàn)任意的運動規(guī)律。但尖端處極易磨損，只適用于低速場合。2.按推桿（從動件）端部的形狀分

1）尖頂從動件

凸輪與從動件之間為滾動摩擦，因此摩擦磨損較小，可用于傳遞較大的動力。

從動件與凸輪之間易形成油膜，潤滑狀況好，受力平穩(wěn)，傳動效率高，常用于高速場合。但與之相配合的凸輪輪廓須全部外凸。2）滾子從動件3.）平底從動件直動推桿：從動件作往復(fù)移動，其運動軌跡為一段直線；擺動推桿：從動件作往復(fù)擺動，其運動軌跡為一段圓弧。3.按推桿的運動形式分擺動推桿直動推桿4.按推桿軸線與凸輪回轉(zhuǎn)軸心的相對位置分對心：在直動推桿中，若推桿軸線通過凸輪的回轉(zhuǎn)軸線稱為對心直動推桿。偏置：在直動推桿中，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構(gòu)槽兩側(cè)面的距離等于滾子直徑。優(yōu)點：鎖合方式結(jié)構(gòu)簡單缺點：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：從動件的運動規(guī)律的選擇受到一定的限制，當180o范圍內(nèi)的凸輪廓線根據(jù)從動件運動規(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構(gòu)兩滾子中心間的距離始終保持不變。缺點：從動件運動規(guī)律的選擇受到一定的限制。等徑凸輪機構(gòu)主回凸輪機構(gòu)(共軛凸輪機構(gòu))優(yōu)點：克服了等寬、等徑凸輪的缺點缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高一個凸輪推動從動件完成正行程運動，另一個凸輪推動從動件完成反行程的運動基圓r0對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)推程AB及推程運動角

04.2從動件的常用運動規(guī)律4.2.1名詞術(shù)語遠休BC及遠休止角

01回程CD及回程運動角

0近休DA及近休止角

02行程h推桿的運動規(guī)律

偏距e、偏距圓B

1.等速運動規(guī)律4.2.2從動件的運動規(guī)律特點：推桿行程始末速度有突變，加速度

，產(chǎn)生巨大的慣性力，機構(gòu)受到強烈沖擊——剛性沖擊適應(yīng)場合：低速輕載2.等加速等減速運動規(guī)律特點：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)場合：中速輕載3.余弦加速度運動規(guī)律（簡諧運動規(guī)律）特點：始、末兩點加速度有突變，有柔性沖擊。適用場合：中速輕載(當從動件作連續(xù)運動時，可用于高速)特點：加速度曲線連續(xù)變化，無剛性、柔性沖擊適用場合：適于高速4.正弦加速度運動規(guī)律（擺線加速度運動規(guī)律）4.3.1凸輪廓線設(shè)計的基本原理（反轉(zhuǎn)法）δ2Sδ1123s1s2hOr0-

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

=s（

）、r0、ω1（逆時針）

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

為了保證在所有位置從動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.對心直動平底從動件凸輪廓線繪制已知：s=s（δ），r0，

4.偏置直動尖頂從動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。

理論廓線實際廓線

ρa=ρ+rr4.4凸輪機構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題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：實際廓線為一光滑曲線。變尖現(xiàn)象：工作廓線將出現(xiàn)尖點，極易磨損，會引起運動失真。

理論廓線實際廓線

理論廓線實際廓線

失真現(xiàn)象：工作廓線出現(xiàn)交叉,會引起運動失真?；蛴懻摚?.對于外凸的凸輪廓線，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）修改推桿的運動規(guī)律。4.4.2壓力角凸輪機構(gòu)在圖示位置的壓力角：推桿在與凸輪的接觸點B處所受正壓力的方向與推桿上點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α

αC，F(xiàn)∞，機構(gòu)自鎖；

推程時：對直動推桿：[α]=30~35

對擺動推桿：