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1、4-1 概述4-2 从动件常用运动规律4-3 图解法设计盘形凸轮轮廓4-5 凸轮机构设计中的几个问题4-6 凸轮常用材料和结构,第四章 凸轮机构,第一节 概述,一、组成、应用及特点：,2.应用：,从动件的位移、速度、加速度严格按预定规律变化的场合,1.组成：,3.特点：,主要用于转换运动形式,可实现从动件任意预定的运动规律，且机构简单、紧凑,比压较大，易于磨损。一般仅用于传递功率不大的场合,凸轮的加工制造较复杂,另外：由于受凸轮尺寸的限制，凸轮也不适合用于从 动件工作行程较大的地方,圆柱凸轮：a.在圆柱面上开有曲线凹槽 b.圆柱体端面上做出曲线轮廓,1.按凸轮形状分类：,盘状凸轮：（简单，广泛
2、，行程较小）,二、分类：,滚子：滚动摩擦，磨损小，传力大，复杂。有噪音。,平底：润滑好，磨损小，受力平稳，效率高。,另外：a.有移动、摆动从动件之分 b.有对心、偏置凸轮之分,凸轮不可有凹形状，否则，运动规律将被破坏。,2.按从动件类型分,尖顶：简单、能实现复杂运动。易磨损，受力小低速,第二节 从动件常用运动规律,一、凸轮机构的工作过程,2.位移线图（反映从动件运动规律),位移：s=f1(t);速度：v=f2(t);加速度：a=f3(t),当 v、a 与从动件在推程时的运动方向相同时为正,1.工作过程：,推程运动方程,方程：,二、从动件的运动规律,1.等速运动规律,A、B两点 a=，有刚性冲击
3、。,特点：,(4)适用于低速、轻载，不易单独使用。,曲线：,推程：,推程前半段：a+走h/2,运动方程：,注意：,抛物线运动规律,h等分、0等分，且等分数相同,曲线：,2.等加速、等减速运动规律,推程后半段：a-走h/2。,应用：中、低速、轻载场合。,特点：V 连续变化；a 在起始、中间、终了有变化。但为有限值。为柔性冲击。,=tS=R(cot),注意：,1.以行程h为直径在S坐标上做半圆。,2.0等分，半圆周等分(角度等分)，且等分数相同。,3.简谐运动规律,第三节 图解法设计盘形凸轮轮廓,一、图解法原理（反转法）,基本理论：相对运动原理,设凸轮以逆时针转动,假想把整个机构加一个-：,结果：
4、,1.凸轮静止不动。,2.从动件及导路以-转动，且从动件沿导路上下移动。,结论：反转法把凸轮轮廓线的设计转化成求从动 件端部的运动轨迹。,3.凸轮与从动件之间的相对运动关系不变。,已知：rb、（顺）,解：,选比例，做基圆，定B0、O点。,逆时针等分基圆半周（等分数与位移线图对应段的等分数相同）,在基圆各等分向径的射线上，向基圆外截取位移线图上各等分点的对应位移。,连接各点得凸轮完整廓线。,1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮,二、直动从动件盘形凸轮轮廓设计,设计思路：,滚子中心是尖顶从动件的尖端,以理论廓线上各点为中心做 无数个小滚子，然后做这些 滚子的包络线凸轮实际 廓线。,设计方法：,滚子与凸轮
5、轮廓线的切点到滚子中心的距离 恒等于滚子半径。,做理论廓线（滚子中心的轨 迹线）尖顶从动件的凸 轮轮廓线。,2.对心移动滚子从动件盘形凸轮,注意：,理论廓线按给定运动规律绘制 理论rb实际rb,实际廓线不等于向径减去滚子半径,从动件的转动方向,要求：滚子密集。,设计思路：,平板与导路的交点是尖顶从动件的尖端。,任何时刻平板都与廓线相切、与向径垂直，而导路与向径重合。,从动件相对初始位置的移动距离等于基圆以外到平板之间的长度。,设计方法：,在每条向径（反转后的导路）上量取位移得理论廓线上的点，过这些点作向径的垂线（平板），然后做这些垂线的包络线（实际廓线）。,3.移动平底从动件盘形凸轮,平底两侧
6、的长度必须大于同侧最远切点的距离。,从动件的运动规律不能变化太快，否则，不易做出廓 线（画不出包络线）。,凸轮必须外凸。,注意：,.工作情况：,O、A间距为定值（O、A确定后）,2.反转法设计特点：,-凸轮不动,摆杆始终与凸轮相切且绕A点摆动,摆杆：绕A摆动、绕O转动（同时）,存在一个以O为圆心、OA为半径（定距）的中心圆.,三、摆动从动件盘形凸轮,rb、rr 压力角,第五节 凸轮机构设计中的几个问题,设计要求：结构紧凑 传力性能好,rr大，凸轮尺寸相对小的时候，结构紧凑。,但是，安装困难。,滚子轴直径大，强度高，不易弯曲。,一、滚子半径（rr）的选择,1.rr的大小对机构的影响：rr大，传动
7、轻快。rr大，接触面大，局部应力小。,min理论廓线外凸部分的最小曲率半径,=min-rr 实际廓线的曲率半径,0 实际廓线光滑、正常。,=0 出现尖点，易磨损，运动规律易改变。,0 实际廓线相交，运动失真。,2.rr对凸轮廓线的影响,3.要求：,取 rr 0.8min,如果此时rr太小，对安装不利，并且滚子轴强度会不够。应加大rb，重新绘制理轮廓线，既可增大min。为防止凸轮磨损过快，工作轮廓线上的min/1-5mm。在实际设计凸轮机构时，通常取rT=(0.1-0.5)rb,1）、滚子半径的选择：,当理论廓线外凸时：,2）、平底长度的确定：L=2lmax+5-7mm。,受力分析（不计凸轮与从
8、动件的摩擦）：,F=Fn cos,F=Fn sin,=(t),二、压力角及其许用值,1.压力角与凸轮机构的自锁定义：压力角从动件上受力方向与运动方向所夹的锐角。,自锁：,也代表了凸轮的坡度，大，廓线陡，从动件上升费力，,当大到一定的值时，从动件将自锁（F=Fnsin）,机构自锁,当：,即：,有：,许用压力角：,推程,摆动从动件45,移动从动件30,max,80,回程:,max的位置：,凸轮廓线较陡的地方。,等加、等减、简谐运动规律：0/2 处。,等速运动规律：推程起始位置。,2.压力角与凸轮尺寸的关系：,(v=va),，rb，结构尺寸大,va=vetan=(rb+S)tan,ve=rB=(rb
9、+S),欲使凸轮结构紧凑，就得大，传力性能不好。,如果max，应重新设计凸轮廓线，常用增大rb 使推程的max减小。,rb与有关，设计时通常是在满足max的条件下，来考虑rb的取值。,1.rb的一般选取方法：,先定一个rb的初值，后检查与min的关系，再调整rb。,2.根据凸轮的结构确定（经验公式）：,r轴半径,凸轮与轴装配式的盘形凸轮：rb1.6r+rr+(25)mm,凸轮与轴一体的盘形凸轮：rbr+rr+(25)mm,三、基圆半径rb的确定,3、根据max确定rbmin（诺模图）,第六节 凸轮常用材料和结构,一、凸轮机构常用材料及热处理1、低速、轻载盘形凸轮机构：1）凸轮：可选HT250
10、HT300 QT800-2 QT900-2等用球墨铸铁是轮廓表面可进行淬火处理。2）从动件：用中碳钢，高副端表面淬火至40-50HRC,也可采用尼龙。2、中速、中载：1）凸轮常用45、40Cr、20Cr、20CrMn等，2）从动件：可用20Cr等低碳合金钢，经表面淬火，低碳钢应渗碳淬火，渗碳层深0.8-1.5mm，硬度达56-62HRC。3、高速、中载：1）凸轮：用40Cr等中碳合金钢，表面高频淬火至56-60HRC，2）从动件：可用T8 T10等碳素工具钢进行表面淬火处理。,二、凸轮机构的结构,1、凸轮结构：见图4-262、滚子从动件结构：见图4-27,三、凸轮工作图,画凸轮工作图时，应注意以下几点：1、为便于凸轮的加工和检验，途中须标注凸轮每隔一定角度的向径值，一般为5度或10度；也可用列表的形式。2、凸轮的加工精度，主要是指凸轮工作轮廓的向径公差、表面粗糙度和基准孔偏差，见表4-2。3、当凸轮于其他零件建有一定的位置要求时，在凸轮上做一标记。在起始线处达标记“0”。,凸轮工作图：,
