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1、,凸轮机构设计,任务一 从动件位移曲线的绘制,任务二 凸轮轮廓曲线的设计,任务三 凸轮机构压力角和基圆半径的确定,凸轮机构设计,任务一 从动件位移曲线的绘制,【任务描述】 已知某凸轮机构的运动规律为：凸轮从起始位置转过120时，从动件以等速运动规律上升30mm，再转过150时，从动件以等加速等减速运动规律回到最低位置，凸轮转过其余90时，从动件在最低位置静止不动。绘制该凸轮机构的位移曲线。,【相关知识】,组成：凸轮、从动件、机架三部分,特点：结构简单、紧凑，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意的运动规律。但由于凸轮机构是高副机构，易于磨损；磨损后会影响运动规律的准确性，因此只适
2、用于传递动力不大的场合,一、凸轮机构的应用,1、内燃机配气机构,2、靠模车削机构,3、自动送料机构,4、分度转位机构,二、凸轮机构的分类,1按凸轮的形状分类,（1）盘形凸轮 （2）移动凸轮（3）圆柱凸轮 （4）曲面凸轮,2按从动件的形状分类,（1）尖顶从动件 （2）滚子从动件（3）平底从动件 （4）曲面从动件,3按从动件的运动形式分类,（1）移（直）动从动件 （2）摆动从动件,4、按从动件与凸轮维持高副接触（锁合）的方式分类,（1）力锁合 （2）形锁合,5、按从动件导路中心线是否通过凸轮回转中心分类,（1）对心从动件 （2）偏置从动件,三、凸轮和滚子的材料,主要失效形式：磨损和疲劳点蚀,基本要
3、求：表面硬度高、耐磨并且有足够的表面接触强度；经常受 到冲击的凸轮机构还要求凸轮芯部有较强的韧性。,凸轮材料：40Cr钢（经表面淬火，硬度为4045HRC）； 20Cr、20CrMnTi（渗碳淬火，表面硬度为5662HRC）,滚子材料：20Cr（渗碳淬火，表面硬度为5662HRC），滚动轴承,四、从动件的常用运动规律,1、平面凸轮机构的工作过程和基本参数,基圆：以凸轮轮廓的最小向径rb为半径所作的圆称为基圆 。,推程：从动件从最低位置上升到最高位置的过程。 推程运动角：0,升程：从动件在推程阶段上升的距离,远程休止： 远程休止角s,回程 回程运动角0,近程休止 近程休止角s,注意：0s 0s=
4、2 并不是所有的凸轮机构都包含四个工作过程,位移曲线：以从动件的位移s为纵坐标，对应的凸轮转角为横坐 标，将凸轮转角或时间与对应的从动件位移之间的函数 关系用曲线表达出来的图形称为从动件的位移曲线 。,运动规律：位移s、速度v、加速度a随时间t（或凸轮转角）的变 化规律，称为从动件的运动规律,2、从动件常用的运动规律,（1）等速运动规律,从动件在推程（或回程）开始和终止的瞬间，速度有突变，其加速度和惯性力在理论上为无穷大，致使凸轮机构产生强烈的冲击、噪声和磨损，这种冲击为刚性冲击。因此，等速运动规律只适用于低速、轻载的场合。,（2）、等加速等减速运动规律,这种运动规律的加速度在A、B、C三处存
5、在有限的突变，因而会在机构中产生有限的冲击，这种冲击称为柔性冲击。等加速等减速运动规律适用于中速、中载的场合。,此运动规律在行程的始末两点加速度存在有限突变，故也存在柔性冲击，只适用于中速场合。但当从动件作无停歇的升降升连续往复运动时，则得到连续的余弦曲线，柔性冲击被消除，这种情况下可用于高速场合。,（4）、正弦加速度运动规律,从动件按正弦加速度规律运动时，在全行程中无速度和加速度的突变，因此不产生冲击，适用于高速场合。,【任务实施】1、绘制直角坐标系，横轴代表凸轮转角，纵轴代表从动件位移s。2、选取长度比例尺l=1:1，角度比例尺=6/mm。在横轴上按照0=120 （20mm）， 0=150
6、（25mm），s=90（15mm），作出0、0、s。在纵轴上按照升 程 =30mm做出h。3、由于推程阶段为等速运动规律，所以按照=0时从动件位移s=0和=0时从动件位 位移s=30mm，就可以作出推程阶段的位移曲线。4、由于回程阶段为等加速等减速运动规律，其位移曲线作图步骤为：（1）将0等分为两等份找到0/2点；从动件回程阶段的位移也等分为两等份，找到h/2点。将（0-0/2）段和（hh/2）段进行相同等分（图示为4等分），得到等分点5、6、7、8和5、6、7、8。（2）过6、7、8、9作横轴的垂线，与O5、O6、O7、O8相交得到四个交点，光滑连接O和这四个交点就得到回程阶段的等加速位移曲
7、线（3）将（0/20）段和（h/20）段进行相同等分（图示为4等分），得到9、10、11、12和9、10、11、12（4）过9、10、11、12作横轴的垂线，与O9、O10、O11、O12相交得到四个交点，光滑连接这些交点得到回程阶段的等减速位移曲线。5、远程休止阶段的位移曲线为与横轴重合的直线。,任务二 凸轮轮廓曲线的设计,【任务描述】,【相关知识】,一、解法设计凸轮轮廓曲线,1、图解法的原理 反转法,给整个凸轮机构（凸轮、从动件、机架）上加一个与凸轮角速度大小相等、方向相反的角速度（），于是凸轮静止不动，而从动件则与机架（导路）一起以角速度（）绕凸轮转动，且从动件仍按原来的运动规律相对导路
8、移动（或摆动） 。,2、对心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓的设计,【任务实施】（a）取适当比例尺作位移线图选取长度比例尺和角度比例尺为L=0.002（m/mm）, =6（度/mm）按角度比例尺在横轴上由原点向右量取 30mm、20mm、10mm分别代表推程角180、回程角120、近停程角60。每30取一等分点等分推程和回程，得分点1、2、10，停程不必取分点，在纵轴上按长度比例尺向上截取15mm代表推程位移30mm。按已知运动规律作位移线图。（b）作基圆取分点任取一点O为圆心，以点B为从动件尖顶的最低点，由长度比例尺取rb=15mm作基圆。从B点始，按（）方向取推程角、回程角和近停程角，并分成与位
9、移线图对应的相同等分，得分点B1、B2、B11与B点重合。（c）画轮廓曲线连接OB1并在延长线上取B1B1=11得点B1，同样在OB2延长线上取B2B2=22，直到B9点，点B10与基圆上点B10重合。将B1、 B2、 B10联接为光滑曲线，即得所求的凸轮轮廓曲线,3、滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计（1）把尖顶从动件位移曲线上的点看作是滚子中心，其运动轨迹 就是凸轮的理论轮廓曲线。（2）以理论廓线上的点为圆心，滚子半径为半径画一系列滚子 圆，然后作滚子圆的包络线即得滚子从动件盘形凸轮轮廓的 实际廓线。,二、 解析法设计凸轮轮廓曲线,凸轮理论廓线方程： x=（s0+s）sin+ecos y=（s0
10、+s）cosesin凸轮实际廓线方程： x= xrT cos y= yrT sin,三、凸轮的加工,（1） 划线加工法 （2） 展成加工法 （3）仿形加工法 （4） 数控加工法,任务三 凸轮机构压力角和基圆半径的确定,【任务描述】 在如图2-3-15所示的偏心圆凸轮机构中，已知圆的直径d=40mm，偏心距e=10mm，试求该凸轮机构的基圆半径，从动件的最大位移并作出凸轮顺时针转过90时机构的压力角。,【相关知识】,一、凸轮机构的压力角,压力角：从动件运动方向与其受力F方向之间所夹的锐角称为压力角。,有效分力Ft和有害分力Fn之间的关系：Fn=Fttan,自锁 ：当增大到一定程度，以致Fn所引起
11、的摩擦阻力大于有用分 力Ft时，无论凸轮加给从动件的作用力多大，从动件都不能 运动，这种现象称为自锁,从改善受力情况，提高效率，避免自锁的角度考虑，压力角越小越好 。,设计凸轮机构时规定最大压力角max要小于许用压力角。 推程（工作行程）：移动从动件 =30； 摆动从动件 =45。 回程：因受力较小且无自锁问题，通常=80,二、基圆半径的确定,基圆半径r0越小，压力角越大,凸轮基圆半径的确定方法 ：,1、根据凸轮的结构确定r0,凸轮轴：r0=r+rT+25mm 凸轮装在轴上：r0= (1.51.7)r +rT+25mm,2、根据 max 确定基圆最小半径r0min,诺模图,三、滚子半径的选择,设理论轮廓上最小曲率半径为min，滚子半径为rT及对应的实际轮廓曲线半径a,1凸轮理论轮廓的内凹部分,2凸轮理论轮廓的外凸部分,a=min-rT,（1）当min rT时，a 0，实际轮廓为一平滑曲线。（2）当min =rT时，a= 0，在凸轮实际轮廓曲线上产生了尖点，这种尖点极易磨损，磨损后就会改变从动件预定的运动规律。（3）当min rT时，a 0，这时实际轮廓曲线发生相交，图中阴影部分的轮廓曲线在实际加工时被切去，使这一部分运动规律无法实现，造成运动失真现象。,a=min+rT,
