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1、1 凸轮机构的应用和分类2 从动件的运动规律 3 凸轮轮廓曲线的设计-图解法4 凸轮机构基本尺寸的确定第9章 凸轮机构及其设计91 凸轮机构的应用和分类 一、凸轮机构的特点和应用 1、组成： 2、特点：u结构简单、紧凑； u可精确实现从动件任意 的运动规律； u设计方法简单； u高副接触易磨损； u制造较连杆机构困难。3、应用：用于实现运动规律有特殊要求，载荷不大、行程较 小的场合，广泛用于各种机械，特别是控制装置、仪器仪表 、自动机械中。从动件凸轮滚子机架91 凸轮机构的应用和分类13245放音键卷带轮皮带轮摩擦轮 录音机卷带机构91 凸轮机构的应用和分类1、按两活动构件之间的相对运动特性分
2、类（1）平面凸轮机构1）盘形凸轮二、凸轮机构的分类2）移动凸轮（ 2）空间凸轮机构2、按从动件运动副元素形状分类（1） 直动尖顶从动件对心直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件（2）直动滚子从动件（3）直动平底从动件根据运动形式的不同，以上三种从动件还可分为直动从 动件，摆动从动件，平面复杂运动从动件。摆动滚子从动件摆动尖顶从动件摆动平底从动件平面复杂运动从动件3、按凸轮高副的锁合方式分类(维持凸轮与从动件接触的方式) 1)力锁合重力、弹簧力 2) 形锁合:凹槽、等宽、等径、主回 形锁合的优缺点：免除弹簧附加的力，效率较高； 机构外廓尺寸较大，设计较复杂。主回凸轮(共轭凸轮) 等径凸轮 等宽凸轮91
3、 凸轮机构的应用和分类接触形式比较接触形式优点缺点应用尖端滚子平底结构紧凑，能与任意 形状的轮廓接触，实 现任意运动规律。易磨损，承载能力低低速、轻载耐磨损结构复杂中载，应用最广易形成油膜，润滑好 ，耐磨损； =C，一般=0，受力 好，效率高 凸轮廓 线不能 内凹， 运动规 律受限 制高速凸轮机构分类1、按两活动构件之间 相对运动特性分类2、按从动件运动副 元素形状分类3、按凸轮高副的锁 合方式分类平面凸轮机构空间凸轮机构盘形凸轮移动凸轮尖顶从动件滚子从动件 平底从动件力锁合形锁合91 凸轮机构的应用和分类9-2 从动件的运动规律一、名词术语凸轮转角廓线从动件 行程推程推程运动角升h远休止程远
4、休止角停止回程回程运动角降h近休止程近休止角停止位移曲线1 凸轮基圆:以凸轮最小 半径所做的圆.基圆半径r0：凸轮转 动中心到理论廓线的最 短距离.1、运动过程 9-2 从动件的运动规律2、迹点尖端从动件的尖端点滚子从动件的滚子中心点平底从动件平底与导路的交点9-2 从动件的运动规律3、理论廓线：迹点在凸轮运动平面上的轨迹尖端从动件：理论廓线=实际廓线滚子从动件：平底从动件：理论廓线理论廓线9-2 从动件的运动规律4、实际廓线：凸轮实际具有的轮廓尖端从动件：理论廓线=实际廓线滚子从动件：平底从动件：理论廓线理论廓线理论廓线与实际廓线是法向等距曲线实际廓线实际廓线9-2 从动件的运动规律理论廓线
5、 实际廓线9-2 从动件的运动规律5、偏置距e对心尖端从动件盘形凸轮机构偏置尖端从动件盘形凸轮机构偏置圆6、行程h（或 max）从动件的最大位移（或角位移） 9-2 从动件的运动规律 二、从动件常用运动规律 1、多项式运动规律 一次式（n=1）-等速运动规律边界条件：1.在行程的始、末点，速度有突变， a，惯性力很大，引起刚性冲击； 2.适用于低速。讨论推程9-2 从动件的运动规律 二、从动件常用运动规律 1、多项式运动规律 一次式（n=1）-等速运动规律边界条件：u在行程的始、末点，速度有突变， a，惯性力很大，引起刚性冲击； u适用于低速。讨论推程回程9-2 从动件的运动规律 二次式（n=
6、2）-等加速等减速运动规律边界条件：前半程：后半程：9-2 从动件的运动规律 二次式（n=2）-等加速等减速运动规律前半程：后半程：讨论1.在A、B、C三点，a有突变，惯性力 也有突变，引起柔性冲击； 2.a2，a，也不适用于高速。9-2 从动件的运动规律高次多项式运动规律（n3 ）1.根据边界条件，可推导出位移 、速度、加速度方程，参见教材 ； 2. n3，可得到光滑、连续的a、 v曲线，而能消除刚性、柔性冲 击； 3.理论上，n无限制，但n越大， 轮廓曲线对加工误差越敏感，加 工难度越大，一般使用时，n10 ，国外有报导，某些高速轻工机 械，已用到n=50次多项式。h v s a 五次多项
7、式2、三角函数运动规律 (1)余弦加速度(简谐)运动规律123 456123456当质质点沿着以推程h为直径 的圆周匀速运动时，它在直径 上的投影构成的运动。讨论始、末两点a有突变，引起柔性冲击；但若是升-降-升型运 动规律，则可获得连续a线图，可用于高速。9-2 从动件的运动规律(2.)正弦加速度（摆线）运动规律9-2 从动件的运动规律半径为 的圆上的一 质点所形成的摆线运动在纵坐 标上投影而得。讨论加速度曲线连续变化，没有刚性和柔性冲击，可用于高速。三、改进型运动规律 目的：改善运动特性，避免冲击。1、组合型运动规律+-改进等速运动规律等速+正弦改进梯形运动规律等加减速+正弦改进正弦运动规
8、律2、复合型运动规律通过几种参数不同的同一基本 型运动规律叠加而形成的运动规律 。9-2 从动件的运动规律原则：尽量使加速度光滑连续。9-2 从动件的运动规律四、从动件运动规律的设计设计原则 1.满足机器工作任务要求； 2.考虑动力特性：vmax决定从动件系统的最大动量， vmax ，动量，从 动件突然停止时，会产生较大的冲击力； amax决定从动件系统的最大惯性力， amax ，惯性力 ，振动；跃度 表示加速度变化率，jmax，工作平稳性， 易引起共振。 3.考虑加工性能。一、凸轮廓线设计方法的基本原理基本方法：反转法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，
9、而从动件尖顶复合运 动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。O9-3 凸轮轮廓曲线的设计-图解法基本问题：已知：r0、（方向）、e（大小、方向），从动件的 类型及运动规律，求凸轮廓线。 凸轮-静止机架-以“-”绕o点转动 从动件随机架以“-”反转（ 牵连运动） 相对机架按s=f ()运动（ 相对运动） 已知：r0，（方向），s=f ()， 设计凸轮廓线。 1. 直动从动件盘形凸轮二、盘形凸轮对心直动尖端从动件盘形凸轮：9-3 凸轮轮廓曲线的设计-图解法偏置直动尖端从动件盘形凸轮O已知：r0，（方向），e， s=f ()，设计凸轮廓线。 O9-3 凸轮轮廓曲线的设计-图解法偏置直动滚子从动件盘形凸轮O理论廓线
10、以理论廓线上各点为 圆心，作滚子圆族，其 包络线即为实际廓线。实际廓线 已知：r0，（方向），e，rr， s=f ()，设计凸轮廓线。 9-3 凸轮轮廓曲线的设计-图解法对心直动平底从动件盘形凸轮已知：r0，（方向），s=f ()， 设计凸轮廓线。 在理论廓线上各点作出 相应的平底直线族，其包 络线即为实际廓线。9-3 凸轮轮廓曲线的设计-图解法动画 9-3 凸轮轮廓曲线的设计-图解法 例、图示凸轮机构中，从动件的起始上升点为C0点，试标出从C0点 到C点时，凸轮转过的角度及从动件位移s。基圆？位移？9-3 凸轮轮廓曲线的设计-图解法 例、图示凸轮机构中，试标出图示位置从动件位移s1； 当凸
11、轮由图示位置转过60时，从动件的位移s2。理论廓线9-3 凸轮轮廓曲线的设计-图解法 例、图示凸轮机构中，试标出图示位置从动件位移s； 从动 件从起始位置到图示位置凸轮的转角。9-4 凸轮机构基本尺寸的确定 一、直动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 1、凸轮机构中的作用力和凸轮机构的压力角 压力角：不计摩擦时，从动件受 力方向与速度方向的夹角。 考虑摩擦，从动件受力：Q-工作阻力P-主动推动力R1、 R2 -导轨的总反力联立，得：9-5 凸轮机构基本尺寸的确定讨论当Q、1、2一定时， 分母 即减小悬臂长b、增大导轨长l，省力； 一般，凸轮上各点的压力角不同（ 平底=C) 当Q、b、1、2一定时，
12、分母 且9-5 凸轮机构基本尺寸的确定讨论当 ，上式分母机构自锁。令-临界压力角设计时，应满足一般推程直动 摆动回程9-4 凸轮机构基本尺寸的确定2、凸轮基圆半径的确定 r0与的关系P与e在轮心O点的同侧，取“”， 异侧取“”。讨论与s有关，各点不同； 与e有关； 当s、ds/d、e一定时， 9-4 凸轮机构基本尺寸的确定 确定r0的原则：在结构尺寸允许的条件下，尽可能使减小； 在不超过的条件下，选较小的r0。确定r0的方法初选r0验算方法：初选r0，计算出各点的，使max；根据计算设计法：在上式中代入的一系列值，可求出对应的一系列r0值r01、r02、 r0n，应使： 9-4 凸轮机构基本尺寸的确定 3、偏距e的大小和偏置方位的确定偏置的目的：减小推程压力角结论欲使推，导路应偏向推程相对瞬心一侧； e， 推，但回，因此e不宜过大。平底从动件是 否需要偏置？9-4 凸轮机构基本尺寸的确定 三、滚子半径的确定 设：当理论廓线内凹时，当理论廓线外凸时，轮廓变尖轮廓失真
