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1、第七章 常用机构,运动副、机构与机构运动简图 平面连杆机构 凸轮机构和螺旋机构 间歇运动机构 机构的扩展与组合,第三节 凸轮机构和螺旋机构,凸轮机构的概述,内燃机配气机构,凸轮机构的概述,自动车床走刀机构,凸轮机构的概述,冲床凸轮机构,绕线机凸轮机构,自动车床凸轮机构,圆柱凸轮输送机,靠模车削机构,凸轮机构的概述,凸轮机构依靠凸轮轮廓直接与从动件接触，迫使从动件作有规律的直线往复运动（直动）或摆动。,1凸轮 2从动件 3机架,凸轮机构的概述,一、凸轮机构的分类 二、凸轮机构的应用特点,凸轮机构的分类与特点,一、凸轮机构的分类,凸轮机构的分类与特点,盘形凸轮,凸轮机构的分类与特点,移动凸轮,凸轮
2、机构的分类与特点,圆柱凸轮,凸轮机构的分类与特点,(二) 按从动件运动副元素的形状分,尖顶从动件,滚子从动件,凸轮机构的分类与特点,平底从动件,(三) 按从动件的运动形式分,摆动从动件,移动从动件,凸轮机构的分类与特点,(四)按凸轮与从动件维持高副接触(封闭)的方式分,力封闭型凸轮机构,弹簧力封闭,重力封闭,凸轮机构的分类与特点,形封闭型凸轮机构,凹槽凸轮机构,等宽凸轮机构,凸轮机构的分类与特点,形封闭型凸轮机构,等径凸轮机构,共轭凸轮机构,凸轮机构的分类与特点,二、凸轮机构的应用特点,优点：结构简单紧凑，工作可靠，设计适当的凸轮轮廓曲线，可使从动件获得任意预期的运动规律。,凸轮机构的分类与特
3、点,缺点：凸轮与从动件（杆或滚子）之间以点或线接触，不便于润滑，易磨损。,应用：多用于传力不大的场合，如自动机械、仪表、控制机构和调节机构中。,1)根据工作要求，合理地选择凸轮机构的型式。,2 )根据机构工作要求、载荷情况及凸轮转速等，确定从动件的运动规律。,3)根据凸轮在机器中安装位置的限制、从动件行程、许用压力角及凸轮种类等，初步确定凸轮基圆半径。,4)根据从动件的运动规律，用图解法或解析法设计凸轮轮廓线。,5 )校核压力角及轮廓的最小曲率半径。,凸轮机构设计的基本内容与步骤,一、凸轮机构工作过程 二、从动件常用的运动规律,凸轮机构工作过程及从动件运动规律,一、凸轮机构工作过程,凸轮机构中
4、最常用的运动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动 凸轮回转时，从动件作“升停降停”的运动循环。,凸轮机构工作过程及从动件运动规律,基圆,基圆半径rb,推程,推程角,升距h,远休,远休止角s,回程,回程角 ,近休,近休止角s,位移曲线,凸轮机构基本名词术语,凸轮机构工作过程及从动件运动规律,二、从动件常用运动规律,位移线图,凸轮机构工作过程及从动件运动规律,1等速运动规律,从动件上升（或下降）的速度为一常数。,凸轮机构工作过程及从动件运动规律,位移线图,加速度线图,速度线图,推程,速度曲线不连续，机构将产生刚性冲击。等速运动规律适用于低速轻载场合。,2等加速等减速运动规律,从动件在行程中先
5、作等加速运动，后作等减速运动。,凸轮机构工作过程及从动件运动规律,推程,后半程,前半程,加速度曲线不连续，机构将产生柔性冲击。等加速等减速运动规律适用于中速轻载场合。,等加速等减速运动规律位移曲线画法,凸轮机构工作过程及从动件运动规律, 余弦加速度运动规律,推程,加速度曲线不连续，存在柔性冲击。余弦加速度运动规律适用于中速中载场合。,凸轮机构工作过程及从动件运动规律, 正弦加速度运动规律,速度曲线和加速度曲线连续，无刚性冲击和柔性冲击。正弦加速度运动规律适用于高速轻载场合。,推程,凸轮机构工作过程及从动件运动规律,345次多项式运动规律,推程,s,v,a,速度曲线和加速度曲线连续，无刚性冲击和
6、柔性冲击。3-4-5次运动规律适用于高速中载场合。,凸轮机构工作过程及从动件运动规律,组合运动规律 为了克服单一运动规律的某些缺陷，获得更好的运动和动力特性，可以把几种运动规律拼接起来，构成组合运动规律。 组合原则 位移曲线、速度曲线必须连续，高速凸轮机构加速度曲线也必须连续。 各段运动规律的位移、速度和加速度曲线在连接点处其值应分别相等。,正弦加速度曲线与直线组合,凸轮机构工作过程及从动件运动规律,本章小结,1凸轮机构的类型及其应用特点。 2凸轮机构从动件常用运动规律的工作特点。,凸轮机构工作过程及从动件运动规律,1 满足机器的工作要求,3 使凸轮轮廓易于加工,从动件运动规律的选择与应用,1
7、 满足机器的工作要求,2 使凸轮机构具有良好的动力性能,从动件常用运动规律比较,如图 ，若给整个机构加一个与凸轮角速度。大小相等方向相反的公共角速度 ，于是，凸轮静止不动，而从动件和导路一方面以角速度 绕 D 点转动，另一方面从动件又以一定的运动规律相对导路往复运动。由于从动件尖底始终与凸轮轮廓接触，所以从动件尖底的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线。根据这一原理便可作出各种类型凸轮机构的凸轮轮廓曲线。,反转法,用图解法设计凸轮轮廓曲线,1. 对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线的设计, 选比例尺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移通道。, 确
8、定反转后从动件尖顶在各等分通道上的位置。,设计步骤, 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,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。,凸轮轮廓设计,作业： 设计一对心尖顶移动从动件盘形凸轮廓线已知凸轮的基圆半径rb=2h=20mm，凸轮角速度顺时针，从动件的运动规律自拟,凸轮轮廓设计,2. 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。, 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移通道。, 确定反转后从动件尖顶在各等分通
9、道上的位置。, 将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,设计步骤,凸轮轮廓设计,3. 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。, 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移通道。,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位移通道上的位置。, 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。,设计步骤,凸轮轮廓设计,4. 对心平底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，设计
10、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。, 作平底直线族及平底直线族的内包络线。,凸轮轮廓设计,5. 尖顶摆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，摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离L，摆杆角位移曲线，设计该凸轮轮廓曲线。, 选比例尺，作位移曲线，作基圆rb和转轴圆OA。, 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转轴A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,
11、将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,滚子直动从动件圆柱凸轮轮廓设计,1. 压力角 凸轮机构中，从动件运动方向与从动件所受凸轮作用力（不计摩擦）方向之间所夹的锐角称为压力角,2.压力角的许用值,一、压力角的确定及校核,凸轮机构基本尺寸的确定,dsd,P为相对瞬心,由BCP得,对心移动从动件盘形凸轮机构e0。 结论 移动从动件盘形凸轮机构的压力角与基圆半径rb、从动件偏置方位和偏距e有关。,3 压力角的计算及校核,凸轮机构基本尺寸的确定,1. 滚子半径的确定, rr,a rr 0,结论 对于外凸轮廓，要保证凸轮正常工作，应使min rr。,轮廓失真,a rr, rr,a rr 0,轮廓正常,轮廓变尖,
12、 rr,a rr,轮廓正常,外凸轮廓,理论轮廓曲线,实际轮廓曲线,从动件滚子半径及平底宽度的确定,2. 平底宽度的确定, 作图法确定,l2lmax(57)mm,从动件滚子半径及平底宽度的确定, 计算法确定,CB OP v (dsdt)ddt) dsd,v OP,lmax|dsd| max,l2 |dsd| max (57) mm |dsd| max根据推程和回程分别计算，取其最大值。,从动件滚子半径及平底宽度的确定,3. 平底从动件凸轮机构的失真现象,解决措施 增大基圆半径rb,从动件滚子半径及平底宽度的确定,5. 凸轮基圆半径的确定,当要求机构具有紧凑的尺寸时，应当按许用压力角来确定凸轮的基
13、圆半径rb。 步骤 确定凸轮转动轴心的位置 确定从动件的正确偏置方位以及偏距e 将代入前式, 确定ss()，求出dsd，代入上式求出一系列rb值，选取其中的最大值作为凸轮的基圆半径,限制基圆半径的条件 凸轮的基圆半径rb应大于凸轮轴的半径rS ； 最大压力角max许用压力角 ； 凸轮轮廓曲线的最小曲率半径minrr。,从动件滚子半径及平底宽度的确定,确定凸轮基圆半径的通常做法 根据结构和强度的需要，按经验公式rb(1.62)rS初步选定凸轮基圆半径rb，然后校核压力角，以满足max的条件。,注意 凸轮机构的效率不仅与压力角有关，还与从动件支承的悬臂长b及两支承的距离l 有关，在设计时要注意选择。,压力角还与dsd有关，在工作升距(Lift)h确定后， dsd则与推程角 有关。若推程角没有因多个运动协调关系而受到严格限制，也可以通过适当增大 来获得较好的动力特性。,从动件滚子半径及平底宽度的确定,
