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1、第10章 凸轮机构第10章 凸轮机构主要内容 :1.凸轮机构的结构、特点、类型及应用;2.从动件的常用运动规律及其选择;3.用图解法绘制凸轮轮廓曲线的方法;4. 凸轮机构的设计。 1. 组成 凸轮机构的应用与分类 凸轮机构由凸轮1、从动件2、 机架3三个基本构件及锁合装 置组成。是一种高副机构。其 中凸轮是一个具有曲线轮廓或 凹槽的构件,通常作连续等速 转动,从动件则在凸轮轮廓的 控制下按预定的运动规律作往 复移动或摆动。 凸轮机构的应用与分类 2. 特点 :优点:只要正确地设计和制造出凸轮的 轮廓曲线, 就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所 预期的复杂运动规律的运动,而且设计简单;凸
2、轮 机构结构简单、紧凑、运动可靠。缺点:凸轮与从动件之间为点或线接触,故难以保 持良好的润滑,容易磨损。凸轮机构通常适用于传力不大的机械中。尤其广泛 应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。 凸轮机构的应用与分类 3. 应用:平面连杆机构虽然应用广泛,但它只能近似地实 现给定的运动规律,且设计比较复杂。当从动件 须精确地按预定运动规律尤其是复杂运动规律工 作时,则常采用凸轮机构。 凸轮机构的应用与分类 4. 类型:盘形凸轮 其凸轮都是绕固定轴线转动且有变化向径的盘形构件。盘形凸轮机构简单,应用广泛,但限于凸轮径向尺寸不能变化太大,故从动件的行程较短。移动凸轮 其凸轮是具有曲线轮廓、作往复直线移动
3、的构件,它可看成是转动轴线位于无穷远处的盘形凸轮。圆柱凸轮 其凸轮是圆柱面上开有凹槽的圆柱体,可看成是绕卷在圆柱体上的移动凸轮,利用它可使从动件得到较大的行程。 按凸轮的形状分:尖顶从动件凸轮机构 其从动件的端部呈尖点,特点是能与 任何形状的凸轮轮廓上各点相接触,因而理论上可实现任意 预期的运动规律。尖顶从动件凸轮机构是研究其他型式从动 件凸轮机构的基础。但由于从动件尖顶易磨损,故只能用于 轻载低速的场合。滚子从动件凸轮机构 其从动件的端部装有滚子,由于从动 件与凸轮之间可形成滚动摩擦,所以磨损显著减少,能承受 较大载荷,应用较广。但端部重量较大,又不易润滑,故仍 不宜用于高速。平底从动件凸轮
4、机构 其从动件端部为一平底。若不计摩擦 ,凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底,传力性能良好, 且凸轮与平底接触面间易形成润滑油膜,摩擦磨损小、效率 高,故可用于高速,缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况 。 按从动件末端形状分:所谓的锁合是指保持从动件与凸轮之间的高副接触。力锁合凸轮机构 依靠重力、弹簧力或其他外力来保证锁 合,如内燃机配气凸轮机构。形锁合凸轮机构 依靠凸轮和从动件几何形状来保证锁合 。 移动从动件凸轮机构(按其从动件导路是否通过凸轮回转 中心分为对心移动从动件和偏置移动从动件凸轮机构。) 摆动从动件凸轮机构移动从动件凸轮机构又按锁合方式分:按从动件相对机架的运动方式分为:从动件
5、的常用运动规律1.凸轮轮廓曲线与从动件运动规律的关系 生产中对从动件运动的要求是多种多样的。凸轮机构中,凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律, 反之,从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同形状的轮 廓。因此,设计凸轮机构时,应首先根据工作要求确定从 动件的运动规律,再据此来设计凸轮的轮廓曲线。 从动件的运动规律是指其位移s、速度v和加速度a等随凸 轮转角 而变化的规律。 这种规律可用方程表示,亦可用线图表示。 推程、远休止、回程、近休止当凸轮连续转动时,从动件将重复上述运动过程。 从动件的常用运动规律2.从动件的常用运动规律 等速运动规律:是指从动件在推程或回程的运动速度为常 数的运动规律。凸轮
6、以等角速度转动,从动件在推程中的行程 为h。从动件作等速运动规律的运动线图如图所示。其位移曲 线为斜直线,速度曲线为平直线,加速度曲线为零线。由图可见,从动件在推程始末两点、处,速度有突 变,瞬时加速度理论上为无穷大,因而产生理论上 亦为无穷大的惯性力。而实际上,由于构件材料的 弹性变形,加速度和惯性力不至于达到无穷大,但 仍会对机构造成强烈的冲击,这种冲击称为“刚性 冲击”或“硬冲”。因此,单独采用这种运动规律 时,只能用于凸轮转速很低以及轻载的场合。 由图可见,在推程的始末 点和前、后半程的交接处, 加速度有突变,因而惯性力 也产生突变,但它们的大小 及突变量均为有限值,由此 将对机构造成
7、有限大小的冲 击,这种冲击称为“柔性冲 击”或“软冲”。在高速情 况下,柔性冲击仍会引起相 当严重的振动、噪声和磨损 ,因此这种运动规律只适用 于中速、中载的场合。 等加速等减速运动规律:是指从动件在一个行程中,前半行 程作等加速运动,后半行程作等减速运动的运动规律。运动线图如图所示。其位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛 物线,速度曲线为斜直线,加速度曲线为平直线。作图方法如 图所示。由图可见,在推程始末 点处仍有加速度的有限 值的突变,即存在“软 冲”,因此只适用于中 、低速。但若从动件作 无停歇的升降升型 连续运动,则加速度曲 线为光滑连续的余弦曲 线,消除了“软冲”, 故可用于高速。 余弦加速度运动规律:是指从动件加速度按余弦规律变化 的运动规律。这种运动规律的运动线图如图所示。其位移曲 线为简谐曲线,故又称为简谐运动规律,速度曲线为正弦曲 线,加速度曲线为余弦曲线。作图方法如图所示。