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1、 3 2 1 3 2 1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型 3 2 2 3 2 2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 3 3 3 3 3 3图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓 第二节 凸轮机构 3 2 1 凸轮机构的应用和类型 低副机构一般只能近似地实现给定运动规律 当从动件的位移 速度和加速度必须严格地按 照预定规律变化 尤其当原动件作连续运动而 从动件必须作间歇运动时 则以采用凸轮机构 最为简便 凸轮机构是一种高副机构 理论上可以实现从 动件任意复杂运动 包括位移要求 速度要求 和加速度要求 一 凸轮机构的应用 利用分度凸轮 机构实现转位 盘形凸轮机构在 印刷机上的应用
2、凸轮机构在自动机床 内燃机 纺织机械 印刷机械 农业机械 矿山机械及电气开关中 作为自动控制而 获得广泛的应用 送料机构 内燃机配气凸轮机构 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件 它运动时通过高副 接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动 凸轮机构一般由凸轮 从动件和机架三个基本构件组成 凸轮 从动件 机架 优点 1 只需设计适当的凸轮轮廓 便可使从动件得到所 需的运动规律 2 机构简单 三个基本构件 紧凑 设计方便 缺点 1 凸轮与从动件之间为点或线接触 易磨损 通常 用于传力不大的控制机构 2 凸轮轮廓精度要求较高 需使用数控机床进行加工 3 从动件的行程不能过大 否则会使凸轮变得
3、笨重 二 凸轮机构的类型 1 按凸轮的形状分 1 盘形凸轮 2 移动凸轮 3 圆柱凸轮 回转轴心在无穷远处 卷成圆柱体 2 按从动件的型式分 1 尖顶从动件 2 滚子从动件 3 平底从动件 对心直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件 3 按从动件的运动型式分 1 移动或直动从动件 2 摆动从动件 4 按凸轮与从动件维持高副接触的方式分 1 力锁合 力封闭 利用从动件的重力 弹簧力或其他 外力使从动件与凸轮保持接触 2 形锁合 形封闭 利用凸轮和从动件的特殊形状而始终 维持接触 凸轮机构命名法则 从动件命名 凸轮命名 盘形 移动 圆柱 凸轮 对心 偏置 尖顶 滚子 平底 直动 摆动 从动件 结构型式运
4、动型式 对心尖顶直动从动件盘形凸轮 尖顶摆动从动件盘形凸轮 注意 设法使凸轮与从动件始终保持接触 重力 弹簧力 凸轮上的凹槽 凸轮的轮廓线是按照从动件的运动规律来设计的 二 从动件的运动规律 3 2 2 从动件的常用运动规律 一 凸轮运动常用术语 基圆 推程 升程 推程运动角 t 回程 回程运动角 远休止角 S 近休止角 S 位移 2 以轮廓的最小向径所作的圆rmin 基圆半径 从动件在最远不动转角 最近位置不动的转角 推程所移动的距离 与推程对应的凸轮转角 从动件移动的距离 2 是时间的函数 从动件从离回转中心最近 最远的这一过程 与回程对应的凸轮转角 重点 如何根据从动件的运动规律 2 与
5、 1 函数 关系 作运动线图 有几种 特点 V a S h 等速运动 等加速等减速 简谐运动 一 等速运动 1 分析 凸轮作等速运动 从动件也作等速运动V2 C 启动瞬间 终止瞬间 刚性冲击 a 由0 速度由V2 0 a 由0 速度由0 V2 二 从动件的运动规律 用运动线图来表示凸轮的外型 10mmS2 120 40 120 80 2 作运动线图 推程运动时间 在启动与终止段用其它运动规律过渡 适于低速 轻载 从动杆质量不大 有匀速要求 h 例 已知从动件作等速运动 20mm t 120 S 40 120 s 80 作运动线图 取作图比例 l 二 正弦加速度运动 每一行程 推程或回程 的前半
6、行程作等加 速运动 后半行程作等减速运动 S V a a有有限值的突变 无速度突变 无刚性冲击 柔性冲击 中低速凸轮机构 推程 前半行程 等加速 后半行程 等减速 回程 前半行程 等加速 后半行程 等减速 从动件位移函数关系 V0 0 等加速等减速 位移1 4 9 推程前半行程取 3 1 4 9 推程后半段等减速 取 3 对应的 2X为9 4 1 S 0 h 2 h 当时间为 1 2 3 4 位移为 1 4 9 16 V0 0 等加速等减速 作图 推程 前半行程 h 2 等加速 后半行程 h 2 等减速 将每半行程时 间分为 4 份 位 1 4 9 16 移 16 9 4 1 三 简谐运动 注
7、意 实际上 从动件 在推 回程的运动规 律并非相同 分析 点在圆周上作匀速运动 它在这个圆的直径上 的投影所构成的运动 凸轮作匀速运动 S2按余弦规律变化 余弦加 速度运动 始点与终点有柔性冲击 二 直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 三 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 四 设计凸轮注意事项 3 4 图解法设计凸轮轮廓 p 44 相对运动原理 解析法 作图法 反转法 给整个机构加 运动 凸轮不动 机架反转 推杆作复合运动 一 设计方法的原理 按给定从动件运动规律设计凸轮轮廓 一 直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 1 尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 滚
8、子 对心直动 从动件 3 平底 对心直动 从动件 1 尖顶对心直动从动件杆盘形凸轮 已知 rmin h 1 从动杆运动规律 凸轮转角从动杆运动 0 180 等速上升 h 180 210 上停程 210 300 等速下降 300 360 下停程 解 1 作位移曲线 取比例 l S2 1 0 36001800 2100 3000 h 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 等份S2 1图 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 作基圆 注意比例一致 4 等份基圆得导轨 5 量取相应位移 6 作轮廓线 注意比例一致 11 h 2 滚子 对心直动 从动件 按尖顶从动件作
9、凸轮轮廓线 0 理论轮廓 n n 理论廓线 0 实际廓线 以 0各点为圆心作圆 滚子半径为径 作这些圆的包络线 实际轮廓 3 平底 对心直动 从动件 按尖顶从动件作理论轮廓线一系列点A0 A1 A2 过各点作作各位置的平底A0B0 A1B1 A2B2 作这些平底的包络线 实际轮廓 实际廓线 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 1 三 摆动从动件盘形凸轮 轮廓的绘制 1 rmin LoA A0 A1 A2 A3 O A O 2 1 已知 rmin LOA 1 从动件长LAB 从动杆运动规律 A0
10、A1 A2 A3 A4 A5 1 21 22 23 LAB 解 1 作位移曲线 2 等份S 图 3 作基圆 4 等份基圆得从动杆的回转中心 5 量取相应转角 6 作轮廓线 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B0 B1 B2 O B3 四 设计凸轮注意事项 r 0 要求 r 1 5 mm r 过大 凸轮工作 廓线变尖或失真 1 合理选择滚子的半径 2 凸轮机构的压力角 压力角 不计摩擦时 凸轮对从 动件的作用力 法向力 与从动 件上受力点速度方向所夹的锐角 该力可分解为两个分力 压力角越小 传力越好 自锁 如果凸轮机构运动到某 一位置的压力角大到使有效分力 不足以克服摩擦阻力
11、 不论推力 多大 都不能使从动件运动 这 种现象称为凸轮机构的自锁 机 构开始出现自锁时的压力角称为 临界压力角 许用压力角 凸轮机构在运转中的压力角是变化的 为避 免机构发生自锁并具有较高的传动效率 必须对最大压力 角加以限制 其许用值应远低于临界压力角 即 2 凸轮机构的压力角 对移动从动件的推程 取 30 对摆动从动件的推程 取 35 45 回程时 可取 70 和压力角的校核 3 凸轮基圆半径的确定 基圆半径愈小 压力角 愈大 反之 压力角则 愈小 因此 在选取基 圆半径时应注意 滚子从动件凸轮机构 在保证和从动件运动 不失真的前提下 可将 基圆半径取小些 满足 对机构结构紧凑的要求 在结构空间允许条件 下 可适当将基圆半径 取大些 以利于改善机 构的传力性能 减少磨 损和减少凸轮廓线的制 造误差 凸轮机构工作时 往往承受动载荷的作用 同时 凸轮表面承受强烈磨损 因此 要求凸轮和滚子的工 作表面硬度高 具有良好的耐磨性 心部有良好的韧 性 当低速 轻载时 可以选用铸铁作为凸轮的材料 中速 中载时可以选用优质碳素结构钢 合金钢作 为凸轮的材料 并经表面淬火或滲碳淬火 使硬度达到 高速 重载凸轮可以用优质合金钢材料 并经表面 淬火或滲氮处理 滚子材料用合金钢材料 经滲碳淬火 达到较大 表面硬度 4 凸轮机构的材料
