《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課件 凸輪機(jī)構(gòu)

§5.1概述§5.2常用從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律§5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法§5.4

凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定第5章凸輪機(jī)構(gòu)5.1概述凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三部分組成。凸輪是一種具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，他通過(guò)與從動(dòng)件的高副接觸，在運(yùn)動(dòng)時(shí)可以使從動(dòng)件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期運(yùn)動(dòng)。凸輪機(jī)構(gòu)是高副機(jī)構(gòu)，易于磨損，因此只適用于傳遞動(dòng)力不大的場(chǎng)合。5.1概述示例一5.1.1

凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)示例二5.1概述靠模車削機(jī)構(gòu)5.1概述示例三分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)5.1概述5.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類按照凸輪的形狀不同可把凸輪分為以下幾種：盤形凸輪移動(dòng)凸輪圓柱凸輪曲面凸輪按照凸輪的鎖合方式可把凸輪分為以下幾種：力鎖合形鎖合5.1概述5.1.3凸輪和滾子的材料凸輪的主要失效形式為磨損和疲勞點(diǎn)蝕。對(duì)凸輪和滾子的材料要求：工作表面硬度高耐磨有足夠的表面接觸強(qiáng)度凸輪芯部有較強(qiáng)的韌性常用的凸輪材料：40Cr、20Cr、40CrMnTi常用的滾子材料：20Cr或者滾動(dòng)軸承5.2常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律5.2.1平面凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸和運(yùn)動(dòng)參數(shù)5.2常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律5.2.2常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)開始，v由0突變?yōu)榧铀俣萢為同理，運(yùn)動(dòng)結(jié)束由于存在剛性沖擊，如果單獨(dú)使用這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只適用于低速場(chǎng)合a=-∞等加速—等減速運(yùn)動(dòng)5.2常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律5.2常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)5.2常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度運(yùn)動(dòng)由運(yùn)動(dòng)圖可見，其速度和加速度曲線都是連續(xù)的，因此沒(méi)有柔性沖擊，故常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。5.2.3從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇5.2常用的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律在選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)器工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)要求來(lái)確定。對(duì)無(wú)一定運(yùn)動(dòng)要求，只需要從動(dòng)件有一定位移量的凸輪機(jī)構(gòu)。對(duì)于高速機(jī)構(gòu)，應(yīng)減小慣性力、改善動(dòng)力性能，可選用正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律或其他改進(jìn)型的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法5.3.1反轉(zhuǎn)法原理加角速度-w(與凸輪角速度大小相等、方向相反)從動(dòng)件與導(dǎo)路繞角速度-w以凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪靜止不動(dòng)從動(dòng)件尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪輪廓曲線從動(dòng)件相對(duì)導(dǎo)路移動(dòng)對(duì)于滾子從動(dòng)件，則滾子中心可看作是從動(dòng)件的尖頂，其運(yùn)動(dòng)軌跡就是凸輪的理論輪廓曲線，凸輪的實(shí)際輪廓曲線是與理論輪廓曲線相距滾子半徑rT的一條等距曲線。5.3.2解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法建立凸輪轉(zhuǎn)軸中心的坐標(biāo)系xOy根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，凸輪以w轉(zhuǎn)過(guò)j角；B點(diǎn)坐標(biāo)為上式即為凸輪理論廓線方程實(shí)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(hào)時(shí)為內(nèi)等距曲線，取“＋”號(hào)時(shí)為外等距曲線擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法取擺桿的軸心A0與凸輪軸心O之連線為坐標(biāo)系的y軸，Bo點(diǎn)是擺動(dòng)桿的推程起始位置，擺動(dòng)桿與y軸的夾角為初始角。根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，得出B點(diǎn)坐標(biāo)其中5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法5.3.3作圖法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線偏置直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)5.3盤形凸輪輪廓的設(shè)計(jì)方法與加工方法5.3.4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(duì)用于低速、輕載場(chǎng)合的凸輪，可以應(yīng)用反轉(zhuǎn)法原理在未淬火凸輪輪坯上通過(guò)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(shí)可進(jìn)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(jī)床對(duì)淬火凸輪進(jìn)行加工，這是目前最常用的一種凸輪加工方法。加工時(shí)應(yīng)用解析法，求出凸輪輪廓曲線的x,y坐標(biāo)，并將xOy坐標(biāo)系的原點(diǎn)換算成切割時(shí)的起點(diǎn)，而滾子半徑相當(dāng)于鉬絲半徑再加上放電間隙。5.4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定5.4.1凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向和凸輪作用于它的法向力Fn方向之間所夾的角a稱為壓力角。由上述關(guān)系式知，壓力角a愈大，有效分力Ｆy愈小，有害分力Ｆx愈大。當(dāng)a角大到某一數(shù)值時(shí)，必將會(huì)出現(xiàn)Fy<Fx的情況。這時(shí)，不論施加多大的Fn力，都不能使從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為自鎖。因此，為了保證凸輪機(jī)構(gòu)的正常工作，必須對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角進(jìn)行限制。推薦壓力角數(shù)值移動(dòng)從動(dòng)件[a]=30擺動(dòng)從動(dòng)件[a]=45回程中，一般不會(huì)有自鎖現(xiàn)象，壓力角取值為[a]=70～805.4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定5.4.2基圓半徑的確定從傳動(dòng)效率來(lái)看，壓力角越小越好，但壓力角減小將導(dǎo)致凸輪尺寸增加，因此在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)要權(quán)衡兩者的關(guān)系，使設(shè)計(jì)達(dá)到合理。A點(diǎn):在?ABD中即(式A)在?ABD中導(dǎo)路在凸輪軸的左邊時(shí)，式中分子部分取“＋”，凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，符號(hào)取法與上述相反5.4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定在給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，合理設(shè)計(jì)偏距可減小壓力角，增大基圓半徑也可以減小壓力角。獲取較小的基圓半徑的同時(shí)，必須要保證a≤[a]在設(shè)計(jì)凸輪時(shí)，先根據(jù)條件確定基圓半徑r0。制作凸輪軸時(shí)，r0略大于軸的半徑；單獨(dú)制造凸輪時(shí)，r0=(1.6~2)r。5.4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定5.4.3滾子半徑的確定凸輪輪廓曲線形狀與滾子半徑的關(guān)系r'

=r+rr當(dāng)理論廓線內(nèi)凹時(shí)此時(shí)，無(wú)論滾子半徑大小，凸輪工作輪廓總是光滑曲線(如圖a)當(dāng)理論廓線外凸時(shí)(可分為三種情況)r'

=r-rr1)

r>rr時(shí)

r

'

>0這時(shí)所得的凸輪實(shí)際輪廓為光滑的曲線(如圖b)2)

r=rr

時(shí)r

'=0，實(shí)際輪廓線變尖，極易磨損，不能使用(如圖c)。3)r<rr