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1、,第三章 凸轮机构设计,3.1 凸轮机构的应用和分类,3.2 从动件的运动规律,3.3 盘状凸轮轮廓的设计,3.4 设计凸轮机构应注意的问题,思考题,凸轮的应用和分类,一、凸轮机构的应用,实例：内燃机配气凸轮机构 自动机床进刀机构 自动车床凸轮机构,二、凸轮机构的分类,1.按凸轮的形状分：,特点：适当的设计凸轮廓线可实现各种运动规律、结构简单、紧凑；但易磨损，传力不大。,盘形凸轮,圆柱凸轮,移动凸轮,2.按从动件形状分：,尖顶,滚子,平底,根据从动件相对于机架的运动形式不同分：,往复直动（偏置与对心）和摆动两种,摆动尖顶,摆动滚子,摆动平底,凸轮的应用和分类,3.按保持接触方法分,(1)几何封
2、闭的凸轮机构,(2)力封闭的凸轮机构,从动件常用运动规律,一、凸轮机构的基本名词术语,基圆：r0为基圆半径。,推程：从动件的移动距离AB，t称为推程运动角。,远休：当凸轮继续转过S角时，推杆处于最高位置而静止不动，S称为远休止角。,回程：当凸轮继续转过h 角时，推杆由最高位置回到最低位 置，h称为回程运动角。,近休：当凸轮继续转过h角时，推杆将处于最低位置静止不动，h称为近休止角。,从动件一个循环运动过程：升停降停,从动件常用运动规律,等速运动规律在开始和终止的瞬间时，有刚性冲击。,二、从动件等速运动规律,推程或回程中，从动件等速运动，即 v=常数。,在推程起始点：=0，s2=0,在推程终止点
3、：=t，s2=h,运动线图：,推程运动方程：s=h/t v=h/t a=0,回程运动方程：s=h(1-/h)v=-h/h a=0,由运动线图可知：,等速运动规律只适用于低速轻载及从动件质量较小的场合。,从动件常用运动规律,三、等加速等减速运动规律,推程或回程中：,前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动，通常加速度的绝对值相等，为一常数。,位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。,从动件的加速度：a2=a0=常数,从动件前半行程速度：v2=a0 t,从动件的位移：s2=a0 t2/2,由运动线图可知：在行程起点、中点和终点，存在加速度突变，但突变为有限值，引起的惯性力为有限值，在机构中产生有限
4、冲击，称为柔性冲击。,等加速等减速运动规律可用于中、低速轻载场合。,从动件常用运动规律,位移线图的几何作图法：由s2 与 t2的关系作图。,3 2 1,从动件常用运动规律,四、余弦加速度运动规律 又称简谐运动规律,从动件加速度按余弦规律变化。,推程中从动件位移：s2=h1-cos(/t)/2,加速度曲线为一余弦曲线。,由其运动线图可知：,在行程的起始和终止处加速度有突变，但突变为有限值，故产生柔性冲击。,余弦加速度运动规律适用于中速中载场合。,在升降升时可用于高速。,从动件常用运动规律,位移线图作法：,其他从动件运动规律：,正弦加速度（摆线）运动规律,五次多项式运动规律,无冲击，适用于高速凸轮
5、。,工作中无冲击，用于高速轻载。,位移方程：s=10h(/t)315h(/t)4+6h(/t)5,凸轮轮廓曲线的设计,一、凸轮轮廓曲线设计的基本原理,反转原理：即在设计时，假设凸轮静止不动而推杆相对于凸轮 作反转运动，同时又沿导轨作预期的运动，推杆尖顶在此复 合运动中的轨迹就是所要求的凸轮廓线。,直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓形成,依据此原理可以用几何作图的方法设计凸轮的轮廓曲线，例如：,直动滚子从动件盘形凸轮轮廓形成,凸轮轮廓曲线的设计,二、对心直动尖顶从动件盘形凸轮,1)选适当比例l，作位移线图，将其等分，得11、22、,2)用相同比例，以O为圆心、r0为半径作基圆，,任取基圆上 B0为起点，
6、按（-）方向作t、S、h、S，,分别将t、h等分，得C1、C2、C3、,3)连OC1、OC2、OC3、，得反转后从动件导路 的各位置；,4)在各导路上取相应位移：C1B1=11、C2B2=22 得反转后从动件尖底的各位置：B1、B2、；,5)用光滑曲线连B0、B1、B2、，即得所求凸轮轮廓曲线。,凸轮轮廓曲线的设计,三、滚子直动从动件盘形凸轮,步骤:,1)5)同上,理论轮廓,实际轮廓,6)以理论轮廓曲线上各点为圆心，滚子半径 rs为半径作一系列滚子圆，过滚子圆作一 内包络线，即为滚子从动件凸轮的实际轮 廓曲线。,注意：凸轮基圆仍为理论轮廓的基圆。,滚子直动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半 径
7、rmin，滚子半径rs，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,凸轮轮廓曲线的设计,四、摆动从动件盘形凸轮机构,摆动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径r0，角速度，摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程。设计该凸轮轮廓曲线。,设计凸轮机构应注意的问题,定义：正压力与推杆上力作用点B速度方向间的夹角,一、凸轮机构的压力角和自锁,不考虑摩擦时，作用力F沿法线方向。,F，,若大到一定程度时，会有：,机构发生自锁。,F：有用分力,沿导路方向,推动从动件运动,F：有害分力，垂直于导路，引起摩擦力FQ,F=Fcos；F=F sin,F 一定时，,FQ F,因此，要求：,
8、直动从动件：=30 35,摆动从动件：=3545,回程：=7080,设计凸轮机构应注意的问题,二、压力角与凸轮基圆半径的关系,当运动规律确定时，即ds/d、S一定，,应在max下尽量使r0。,若r0 tan 传力有利，但机构尺寸,若r0 机构尺寸 紧凑，但，有可能 max,传力性能变坏。,对对心直动从动件凸轮机构有：,若设计结果发现max，应增大r0，重新设计凸轮廓线。,设计凸轮机构应注意的问题,三、滚子半径与凸轮轮廓曲线形状的关系,有=+rs0,若 rs,有=-rs0,凸轮轮廓正常,凸轮轮廓正常,外凸,工作轮廓的曲率半径，,rs滚子半径,理论轮廓的曲率半径，,设计凸轮机构应注意的问题,若rs
9、,有=-rs=0,若rs,有=rs0,凸轮轮廓变尖,对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使：min rs,凸轮轮廓失真,一般选用 rs0.8 rmin。,当min 太小导致rs太小时，可加大r0，重新设计凸轮轮廓。,思 考 题,1.试作出下列凸轮机构在图示位置的压力角。,t,t,n,n,n,n,=0,n,n,2.关于凸轮机构的描述，以下正确的是。为了减小凸轮机构的压力角，可适当减小基圆半径。凸轮机构的压力角越大，则其传动性能越好。凸轮的基圆半径取得越大，其压力角将越小。,思 考 题,h=2LOA=215=30mm,r0=R-L0A+r=40-15+10=35mm,300,h,n,n,30mm,35mm,思 考 题,5.凸轮机构常用运动规律中，等速运动规律会在机构中产生 冲击；等 加等减速运动规律会产生 冲击。,6.试标出凸轮从左图所示位置转过900后推杆的位移；并标出右图所示位置 升高位移S时，凸轮的转角和此时的压力角。,大,小,小于等于,越小,刚性,柔性,
