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1、31 凸轮机构的应用和类型,第三章 凸轮机构,32 从动件常用的运动规律,本章要点,33 凸轮机构压力角,34 图解法设计凸轮轮廓,3-1 凸轮机构的应用和分类,一、凸轮机构的应用,二、凸轮机构的分类,1、凸轮机构的组成 定义：机械的回转或滑动件(如轮或轮的突出部分),它把运动传递给紧靠其边缘移动的滚轮或在槽面上自由运动的针杆。这种具有曲面工作轮廓轮廓或边缘的构件称为凸轮。含有凸轮的机构称为凸轮机构。,一、凸轮机构的应用,1、凸轮机构的组成 凸轮 从动件 机架,一、凸轮机构的应用,2、凸轮机构的应用,凸轮机构是机械中的一种常用机构，在自动化和半自动化机械中应用十分广泛。主要用于：受力不大的控制
2、机构或调节机构。,2、凸轮机构的应用,内燃机配气凸轮机构,自动车床上的走刀机构,缝纫机绕线机构,靠模车削机构,分度转位机构,凸轮机构的优点：,只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实现从动件复杂的运动规律；结构简单，运动可靠。,缺点：,从动件与凸轮轮廓为点接触或线接触，接触应力大，易磨损,用途：,常用于传力不大的控制机构。,靠模车削机构,二、凸轮机构的分类,1、按凸轮的形状分,（1）盘形凸轮,（2）移动凸轮,（3）圆柱凸轮,绕固定轴线转动并具有半径变化的盘形零件。绕线机构p40,图3-2,回转中心趋于无穷远，凸轮沿机架作直线运动。卷带机构p41,图3-3,将移动凸轮卷成圆柱。送料机构p41,图3-4
3、（空间凸轮机构）,二、凸轮机构的分类,锥面凸轮,圆柱凸轮,空间凸轮机构,弧面凸轮,2、按从动件的结构型式分,1、尖顶从动件 2、滚子从动件 3、平底从动件,能与复杂凸轮轮廓保持接触，能实现任意预期的运动规律，但点接触，磨损快。,尖顶处安装一滚子，接触处为滚动摩擦，耐磨损。,接触处为一平面，但不能与凹陷的凸轮轮廓接触。传动效率高，利于润滑，故常用于高速凸轮机构。,二、凸轮机构的分类,3、按从动件的运动型式分,二、凸轮机构的分类,移动从动件 摆动从动件,移动从动件：从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线。摆动从动件：从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。,(1)力锁合弹簧力、从动件重力或其它外力
4、(2)型锁合利用高副元素本身的几何形状,二、凸轮机构的分类,4.按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类,槽凸轮机构 槽两侧面的距离等于滚子直径。优点：锁和方式结构简单缺点：加大了凸轮的尺寸和重量,型锁合方式,等宽凸轮机构 凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架内侧的宽度。,缺点：从动件的运动规律的选择受到一定的限制，当180范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确定后，其余180内的凸轮廓线必须符合等宽原则。,型锁合方式,等径凸轮机构 两滚子中心间的距离始终保持不变。,缺点：从动件运动规律的选择受到一定的限制。,型锁合方式,3-2 从动件常用运动规律,一、基本概念二、从动件常用运动规律三、组合
5、运动规律简介,1、基圆：,凸轮理论轮廓上最小向径为半径所画的圆。,一、基本概念,w,O,w,rmin,O,一、基本概念,2、偏距e：,从动件导路偏离凸轮回转中心的距离。,w,rmin,O,3、推程：,4、升程：,从动件尖顶被凸轮轮廓推动，以一定的运动规律由离回转中心最近位置A到达最远位置B的过程。,从动件在推程中所走过的距离h。,5、推程运动角：,6、远休止角：,t=AOB（升程角）,与推程相应的凸轮转角t。,S=BOC,从动件在最远位置停止不动所对应的凸轮转角s。,9、近休止角：,8、回程运动角：,h=COD,s=AOD,7、回程：,从动件在弹簧力或重力作用下，以一定的运动规律回到起始位置的
6、过程。,与回程相应的凸轮转角h。,从动件在最近位置停止不动所对应的凸轮转角s。,以纵坐标代表从动件位移s2，横坐标代表凸轮转角1或t，所画出的位移与转角之间的关系曲线。,10、从动件位移线图：,上升停降停,从动件位移线图决定于凸轮轮廓曲线的形状。,二、从动件常用运动规律,1、匀速运动规律（推程段）,刚性冲击：由于加速度发生无穷大突变而引起的冲击称为刚性冲击。,位移线图,加速度线图,速度线图,2、简谐运动,简谐运动规律是当动点在一圆周上作匀速运动时，由该点在此圆的直径上的投影所构成的运动。,柔性冲击：加速度发生有限值的突变（适用于中速场合）,3、正弦加速度运动（摆线运动）,这种运动规律既无速度突
7、变，也无加速度突变，没有任何冲击，故可用于高速凸轮。,5、组合运动,为了获得更好的运动特征，可以把上述几种运动规律组合起来应用。组合时，两条曲线在拼接处必须保持连续。,3-3 凸轮机构压力角,一、压力角与作用力的关系二、压力角与凸轮机构尺寸的关系,一、压力角与作用力的关系,压力角:,从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角。,凸轮机构的压力角：,接触点法线与从动件上作用点速度方向所夹的锐角。,F,P,力 F 分解为沿从动件运动方向的有用分力 F 和使从动件紧压导路的有害分力 F。,F F tg,1、F一定时，压力角越大，有害分力 F越大，机构的效率越低。,上式表明：,2、自锁：当增大
8、到一定程度，使有害分力F在导路中所引起的摩擦阻力大于F时，无论凸轮加给从动件的作用力有多大，从动件都不能运动，这种现象称为自锁。,3-4 图解法设计凸轮轮廓曲线,一、直动从动件盘形凸轮轮廓设计二、摆动从动件盘形凸轮轮廓设计,凸轮设计的基本原理采用的是“反转法”，即凸轮轮廓设计中，是认为凸轮静止不动，从动件相对于凸轮轴心做反方向（反转）运动，并令从动件相对其导路按给定的运动规律运动。,一、直动从动件盘形凸轮轮廓设计,“反转法”设计凸轮的基本原理,二、用作图法设计凸轮廓线 1.对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计,已知凸轮的基圆半径rb，凸轮角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,选比例尺
9、l，作位移曲线和基圆rb。,等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。,确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置。,设计步骤,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,2.对心滚子移动从动件盘形凸轮廓线的设计,已知凸轮的基圆半径rb，滚子半径rr、凸轮角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,选比例尺l，作位移曲线和基圆rb。,设计步骤,等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。,理论轮廓曲线,实际轮廓曲线,确定反转后从动件滚子中心在各等分点占据的位置。,将各点连接成一条光滑曲线。,作滚子圆族及滚子圆族的内(外)包络线。,3.对心平底移动
10、从动件盘形凸轮廓线的设计,已知凸轮的基圆半径rb，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,选比例尺l，作位移曲线和基圆rb。,设计步骤,等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。,确定反转后平底与导路中心线的交点A在各等分点占据的位置及,作平底直线族及平底直线族的内包络线。,4.偏置尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计,已知凸轮的基圆半径rb，角速度和从动件的运动规律及偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。,选比例尺l，作位移曲线、基圆rb和偏距圆e。,设计步骤,等分位移曲线及反向等分各运动角，确定反转后对应于各等分点的从动件的位置。,确定反转后从动件尖顶在各等分点占据的位置。,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,1、尖顶直动从动件盘状凸轮设计,2、滚子直动从动件盘状凸轮设计,3、平底直动从动件盘状凸轮设计,4、摆动尖顶从动件盘状凸轮设计,5、摆动滚子从动件盘状凸轮设计,6、摆动平底从动件盘状凸轮设计,7、直动从动件圆柱凸轮设计,2、再按空间尺寸要求决定凸轮的基圆半径。,1、根据工作要求先确定从动件运动规律。,设计步骤小结：,3、用反转法，分段绘制从动件“尖顶”的运动轨迹。,4、根据从动件型式绘制出凸轮轮廓。,
