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1、第四章 凸轮机构及其设计,41 凸轮机构的应用和分类,42 推杆的运动规律,43 凸轮轮廓曲线的设计,44 凸轮机构基本尺寸的确定,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,91 凸轮机构的应用和分类,组成：三个构件、盘(柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。,作用：将连续回转 从动件直线移动或摆动。,优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。,缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。,应用：内燃机 、牙膏生产等自动线、补鞋机、配钥匙机等。,分类：1)按凸轮形状分：盘形、 移动、 圆柱凸轮 ( 端面 ) 。,2)按推杆形状分：尖顶、 滚子、 平底从动件。,特点： 尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；,滚子磨损小，
2、应用广；,平底受力好、润滑好，用于高速传动。,实例,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,3).按推杆运动分：直动(对心、偏置)、 摆动,4).按保持接触方式分： 力封闭（重力、弹簧等）,内燃机气门机构,机床进给机构,几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮),南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,r1+r2 =const,主回凸轮,等宽凸轮,优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。,缺点：线接触，容易磨损。,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作
3、者：潘存云教授,绕线机构,应用实例：,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,送料机构,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,42 推杆的运动规律,凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;,名词术语：,一、推杆的常用运动规律,基圆、,推程运动角、,基圆半径、,推程、,远休止角、,回程运动角、,回程、,近休止角、,行程。一个循环,而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。,2)推杆运动规律;,3)合理确定结构尺寸;,4)设计轮廓曲线。,s,s,南昌大学专用 作者：
4、 潘存云教授,作者：潘存云教授,运动规律：推杆在推程或回程时，其位移S、速度V、 和加速度a 随时间t 的变化规律。,形式：多项式、三角函数。,S=S(t) V=V(t) a=a(t),南昌大学专用 作者： 潘存云教授,凸轮转过推程运动角 从动件上升h,一、多项式运动规律,一般表达式：s=C0+ C1+ C22+Cnn (1),求一阶导数得速度方程： v = ds/dt,求二阶导数得加速度方程： a =dv/dt =2 C22+ 6C32+n(n-1)Cn2n-2,其中：凸轮转角，d/dt=凸轮角速度, Ci待定系数。,= C1+ 2C2+nCnn-1,凸轮转过回程运动角 从动件下降h,边界条
5、件：,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,在推程起始点：,代入得：,在推程终止点：,1.一次多项式（等速运动）运动规律,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,同理得回程运动方程：,推程运动方程：,作者：潘存云教授,刚性冲击,2.二次多项式（等加等减速）运动规律,推程段分为等加速段和等减速段，加、减速各占一半。,推程加速段：,起始点：,中间点：,求得：,推程加速段边界条件：,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,加速段推程运动方程为：,推程减速段：,推程减速段边界条件：,中间点：,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,终止点：,求得：,等减速段推程运动方程为
6、：,柔性冲击,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,同理可得回程等减速段的运动方程为：,回程等加速段运动方程为：,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,3.五次多项式运动规律,s,v,a,边界条件：,起始点：,终止点：,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,无冲击，适用于高速凸轮。,位移方程：,求得：,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,设计：潘存云,二、三角函数运动规律,1.余弦加速度(简谐)运动规律,推程：,回程：,在起始和终止处理论上a为有限值，产生柔性冲击。,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,2.正弦加速度（摆线）运动规律,推程：,回程：,无冲击,南昌大学专用 作
7、者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,设计：潘存云,三、改进型运动规律,将几种运动规律组合，以改善运动特性。,正弦改进等速,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,四、选择运动规律,选择原则：,1. 机器的工作过程只要求凸轮转过一角度时，推杆完成一行程h（直动推杆）或（摆动推杆），对运动规律并无严格要求。则应选择直线或圆弧等易加工曲线作为凸轮的轮廓曲线。如夹紧凸轮。,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,四、选择运动规律,选择原则：,2. 机器的工作过程对推杆运动有要求，则应严格按工作要求的运动规律来设计凸轮廓线。如刀架进给凸轮。,3. 对高速凸轮，要求有较好的动力特性
8、，除了避免出现刚性或柔性冲击外，还应当考虑Vmax和 amax。,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,高速重载凸轮要选Vmax和amax比较小的理由：,amax,动量mv,若机构突然被卡住，则冲击力将很大,（F=mv/t）。,对重载凸轮，则适合选用Vmax较小的运动规律。,惯性力F=-ma,对强度和耐磨性要求。,对高速凸轮，希望amax 愈小愈好。,Vmax, Pn,(表43）,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,1.凸轮廓线设计方法的基本原理,43 凸轮轮廓曲线的设计,2.用作图法设计凸轮廓线,1)对心直动尖顶推杆盘形凸轮,2)对心直动滚子推杆盘形凸轮,3)对心直动平底推杆盘形
9、凸轮,4)偏置直动尖顶推杆盘形凸轮,5)摆动尖顶推杆盘形凸轮机构,6)直动推杆圆柱凸轮机构,7)摆动推杆圆柱凸轮机构,3.用解析法设计凸轮的轮廓曲线,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,设计：潘存云,一、凸轮廓线设计方法的基本原理,反转原理：,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：,给整个凸轮机构施以-时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。,尖顶凸轮绘制动画,滚子凸轮绘制动画,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,设计：潘存云,已知基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线
10、。,设计步骤小结：,选比例尺l作基圆r0。,反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。,确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,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的绘制,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,2)对心直动滚子推杆盘形凸轮,设计：潘存云,理论轮廓,实际轮廓,作各位置滚子圆的内(外)包络线。,已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,3)对心直动平底推杆盘形凸轮,设计：潘存云,已知凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,作平底直线族的内包络线。,南昌大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,设计：潘存云,已知: 凸轮的基圆半径r0，角速度和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。,4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮,南昌大学专用
