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1、第3章 凸 轮 机 构,教学内容 1了解凸轮机构的类型，明确凸轮机构的优缺点、 适用的工业场合。 2能正确绘制从动件常用运动规律的位移线图； 3掌握反转法，能用图解法绘制凸轮轮廓线；能编程设计凸轮廓线。 4明确影响凸轮机构工作性能和空间尺寸的有关因素。,重点 凸轮机构的特点和应用；从动件常用运动规律及特点；凸轮廓线的图解设计；影响凸轮机构性能的因素。,第三章 凸轮机构,从动件(推杆),凸轮,机架,凸轮机构的优点：凸轮具有曲线工作表面，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，并且结构简单、紧凑、设计方便。 凸轮机构的缺点：凸轮轮廓与从动件之间是点接触或线接触，易于磨损，通常用于传
2、力不大的控制机构。,凸轮和滚子材料的选择,凸轮机构的主要失效形式是：磨损和疲劳破坏。,二、凸轮机构的类型,按凸轮的几何形状分： 1、盘形凸轮机构,内燃机配气机构,（2）移动凸轮,录音机卷带机构,（3）圆柱凸轮,对心直动尖顶从动件,偏心直动尖顶从动件,2、按从动件的端部形状分,（1）尖顶从动件,偏置摆动尖顶从动件,对心直动滚子从动件,（2）滚子从动件,偏置摆动滚子从动件,（3）平底从动件,对心直动平底从动件,3-2 从动件常用运动规律,一、基本概念 从动件位移 与凸轮转角 之间的关系曲线称为从动件位移线图。凸轮轮廓曲线的形状取决于从动件的位移线图。即：从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同的轮廓曲
3、线。,推杆的运动规律,凸轮机构的运动循环及基本名词术语 基圆、推程、行程、推程运动角、远休止角、回程、回程运动角、近休止角。,推杆的运动规律就是推杆的位移、速度和加速度与时间的关系，即与 的关系。,一、等速运动规律 图中： 为推程运动角、h为升程、为推程运动时间。 从动件运动开始、运动方向改变，终止运动时速度发生突变， =|，巨大的冲击在所难免。我们把加速度理论值为无穷大所引起的冲击称为刚性冲击。 由于等速运动规律存在刚性冲击，因此这种运动规律不宜单独作为从动件的运动规律，一般应在运动的始点、转折点、终点采用其它运动规律过渡。,二、简谐运动规律 点沿圆周匀速运动时，点在该圆的直径上的投影所构成
4、的运动称为简谐运动，又称为余弦加速度 特点 只是在运动开始和结束时存在柔性冲击。除上述运动规律外，还可应用正弦加速度、高次多项式曲线或将上述规律组合使用。,三、正弦加速度（摆线运动）规律,避免了刚性和柔性冲击，适用于高速传动,改进型运动规律：正弦加速度与等速组合。,特点：避免了刚性和柔性冲击,3-3 凸轮机构的压力角,1 凸轮机构的作用力与凸轮机构的压力角 压力角：是从动件与凸轮轮廓接触点B处所受正压力的方向（即凸轮轮廓在该点法线N-N的方向）与从动件上点B的速度方向之间所夹的锐角。 从减小机构受力方面考虑，希望压力角越小越好。,由图中DPB,考虑到，凸轮机构的压力角计算公式为,凸轮机构的压力
5、角计算公式:,2 凸轮机构压力角与基圆半径的关系,凸轮机构的压力角越大，传动效率越低。 当 增大到某一数值时，机构将处于自锁状态。为了保证在载荷W一定的条件下，使凸轮机构中的作用力F不至过大，必须对压力角 的最大值给予限制，使其不超过某一许用值 ，一般推荐许用压力角 的数值如下：对于直动推杆取 =30,摆动推杆取 3545；若在回程时,推杆是靠重力或弹簧力的作用下返回，则回程的许用压力角 7080。,3-4 图解法设计凸轮轮廓,凸轮以等角速度1绕轴心O逆时针方向转 动，这时推杆沿导路（机架）作往复移动。为便于绘制凸轮廓线，需要凸轮相对固定，可假设给整个凸轮机构加上一个公共角速度“1”绕凸轮轴心
6、回转，根据相对运动原理，这时凸轮与推杆之间的相对运动关系并未改变，但是凸轮已“固定不动”，而推杆一方面随导路以角速度“1”绕轴心顺时针方向转动（即所谓反转运动），另一方面还相对于导路作预期的往 复移动。由于推杆尖顶和凸轮廓线始终接触，因此推杆尖顶在这种复合运动中所描绘的轨迹就是凸轮的轮廓曲线。所以设计凸轮廓线的关键就在于找出推杆尖顶在这种复合运动中的轨迹。这种设计凸轮廓线的方法称为反转法。,一,偏置尖顶直动从动件盘形凸轮 已知从动件位移线图，凸轮以等角速w顺时针回转，其基圆半径为r0，从动件导路偏距为e，要求绘出此凸轮的轮廓曲线。,设计步骤： （1）以r0为半径 作基圆，以e为半 径作偏距圆，
7、点K 为从动件导路线与 偏距圆的切点，导 路线与基圆的交点 B0(C0)便是从动件 尖底的初始位置。,（2）将位移线图s-的推程运动角和回程运动角分别作若干等分（图中各为四等分）。 （3）自OC0开始，沿w的相反方向取推程运动角(1800)、远休止角(300)、回程运动角(1900)、近休止角(600)，在基圆上得C4、C5、C9诸点。将推程运动角和回程运动角分成与从动件位移线图对应的等分，得C1、C2、C3和C6、C7、C8诸点。 （4）过C1、C2、C3、.作偏距圆的一系列切线，它们便是反转后从动件导路的一系列位置。 注意：射线方向应与凸轮的转动方向相一致。 （5）沿以上各切线自基圆开始往
8、外量取从动件相应的位移量，即取线段C1B1=11 、C2B2=22、.，得反转后尖底的一系列位置B1、B2、.。 （6）将B0、B1、B2、.连成光滑曲线（B4和B5之间以及B9和B0之间均为以O为圆心的圆弧），便得到所求的凸轮轮廓曲线。 滚子直动从动件盘形凸轮 只要首先取滚子中心为参考点，把它看作为尖顶从动件的尖顶，则由上方法得出的轮廓曲线称为理论轮廓曲线，然后以该轮廓曲线为圆心，滚子半径rT为半径画一系列圆，再画这些圆所包络的曲线，即为所设计的轮廓曲线，这称为实际轮廓曲线。其中r0指理论轮廓曲线的基圆半径。,2,尖顶直动从动件盘形凸轮该凸轮廓线设计步骤如下：1取长度比例尺 。绘出凸轮基圆；
9、2作反转运动。在基圆上由起始点位置C0出发，沿1回转方向依次量取 。并将推程运动角 和回程运动角 各细分为若干等分（例如5等分和6等分）。在基圆上得各分点C0、C1、C10、C12。过凸轮回转中心O作这些等分点的射线，此即在反转运动中导路所占据的一系列位置。,理论廓线、实际廓线,滚子推杆盘形凸轮的基圆半径是指凸轮理论廓线上的最小向径。,二,滚子中心作为尖顶推杆的尖顶,滚子半径的选择,可以作出凸轮的工作轮廓,能作出凸轮工作轮廓，但出现了“尖点”。,作出的工作轮廓出现了相交的包络线。即出现“失真”现象。,不论选择多大的滚子，都能作出工作轮廓,凹曲面凸轮不限制滚子半径,为保证不出现尖点和失真现象，应
10、保证： 通常取： 滚子半径太小： 1）滚子与凸轮间接触应力加大 ； 2）滚子本身强度不足。 常用解决方法：增大r0,原则是保证不出现尖点和失真现象的前提下，取r0最小。,三,平底与导路中心线的交点为尖顶,已知凸轮以等角速w顺时针回转，凸轮基圆半径为r0，凸轮与摆动从动件的中心距为a，从动件长度l，从动件最大摆角ymax，以及从动件的运动规律（位移线图y-f），求作此凸轮的轮廓曲线。 设计步骤： （1）以为半径作基圆，以中心距为a，作摆杆长为l与基圆交点于点 （2）作从动件位移线图，并分成若干等分 （3）以中心矩a为半径，o为原心作图 （4）用反转法作位移线图对应等得点A0，A1，A2， （5）以l为半径，A1，A2，为原心作一系列圆弧、交于基圆C1，C2，点 （6）以l为半径作对应等分角。 （7）以A1C1，A2C2向外量取对应的A1B1，A2B2 （8）将点B0，B1，B2连成光滑曲线。,四 摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,3-5 凸轮廓线的解析法设计,一 滚子直动从动件盘形凸轮 已知偏距e，基圆半径r0，滚子半径rT，从动件运动规律s=s( )以及凸轮以等角速度w顺时针方向回转。,二 平底直动从动件盘形凸轮,已知基圆半径r0，从动件运动规律s=s( )以及凸轮以等角速度w顺时针方向回转。,
