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1、第四章 凸 轮 机 构凸 轮 机 构推杆凸轮滚子机架v凸轮机构的优点：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。v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，通常用于传力不大的控制机 构。等径凸轮机构在机械加工中的应用4.1 凸轮机构的应用及类型v一、凸轮机构的应用靠模凸轮机构送料机构二、凸轮机构的类型v一、按凸轮的几何形状分：v1、盘形凸轮机构内燃机配气机构绕线机构2、移动凸轮机构录音机卷带机构3、圆柱凸轮机构对心直动尖顶推杆偏心直动尖顶推杆二、按推杆端部形状分v1、尖顶推杆 对心直动滚子推杆2、滚子推杆偏置摆动滚子推杆3
2、、平底推杆对心直动平底推杆三、按推杆的运动形式分v1）直动推杆v2）摆动推杆四、按凸轮与推杆维持高副 接触的封闭方式分v1、力封闭2、形封闭4.2 推杆的运动规律v4.2.1 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v是指推杆在运动过程中，其位移s、速 度v、加速度a随时间的变化规律。常表 示为与凸轮的转角 之间的关系。4.2.2几种常用的推杆推程运动规律v1、等速运动规律存在刚性冲击, 适合于低速轻载。存在柔性冲击,适用于中、低速推程时等加速段运动方程为 ：推程时等减速段运动方程为 ：2、等加速等减速运动规律3.余弦
3、加速度运动（间谐运动）规律存在柔性冲击，适用于中速场合4、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等速运动规律特点：避免了刚性和柔性冲击推杆回程运动方程4.3 凸轮轮廓曲线的设计v已知推杆的运动规律，凸轮机构 的形式，凸轮的基圆半径和凸轮 的转向后，即可设计凸轮。v图解法：直观、误差大。v解析法：计算机计算，精度高。4.3.1 凸轮轮廓设计方法的基本原理凸轮以等角速度 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“ ”绕凸轮轴心回转，根据相对运 动原理，这时凸轮与推杆之
4、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“ ”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。4.3.2 用作图法设计凸轮轮廓廓线设计对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构。 已知：凸轮基圆半径 =38mm,凸轮逆时 针等速回转。推杆运动规律如下：凸轮廓线设计步骤： （1）取长度比例尺，绘出凸轮基圆； （2）作反转运动，定行程关键点
5、； （3）计算推杆的预期位移。凸轮转角0 150150180180 300300 360推杆位移s等速上升 h=15mm上 停等加速等减速 下降h=15mm下 停v1）等速推程时有：v( = 0 150)0306090120150s/mm03691215v2）等加速回程时有：v）等减速回程时：v = 60 1200 60 020406080100120s/mm1514.1711.677.503.330.830作复合运动 理论廓线：将滚子中心看作 尖顶推杆的尖顶，得到的凸 轮廓线。实际廓线：以理论廓线上的 一系列点为圆心，以滚子半 径为半径画圆，最后作这些 圆的内包络线。滚子推杆盘形凸轮的基圆
6、半径是指凸轮理论廓线上 的最小向径。滚子推杆轮廓线设计方法沟槽式盘状凸轮廓线曲线以导路中心和平底的交点为推杆的尖顶平顶推杆盘形凸轮廓线偏置式和摆动式凸轮廓线设计4.3.3 用解析法设计凸轮廓线4.4 凸轮机构的压力角和基圆半径v4.4.1 凸轮机构的作用 力与凸轮机构的压力角v压力角：是推杆与凸轮轮 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）与推杆上点B 的速度方向之间所夹的锐角 。v从减小机构受力方面考虑， 希望压力角越小越好。4.4.2 凸轮机构压力角与基圆半径的关系P特点与要求v1、凸轮机构的压力角越小，基圆半径越 大，有利于凸轮机构的受力和传动；但凸 轮机构尺
7、寸越大，对机构紧凑越不利。v2、设计时通常在保证凸轮机构最大压力 角 小于等于许用压力角 的前提下 ，利用公式： 确定基圆 半径。2 、圆柱凸轮基圆半径的确定4.4.3 滚子半径的选择v为保证不出现尖点和失真现象，应保证：v通常取：v滚子半径太小：v1）滚子与凸轮间接触应力加大 ； v2）滚子本身强度不足。v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。4.5 凸轮机构的强度计算及结构设计4.5.1 凸轮和滚子材料的选择使用场合材料热处理方式速度较低、 载荷不大的 一般场合45调质，230260HBSHT200、HT250、HT300170250HBSQT600
8、-3190270HBS速度较高、 载荷较大的 重要场合45、40Cr表面淬火，4050HRC 高频淬火，5258HRC15、20Cr、20CrMnTi渗碳淬火，5662HRC38CrMoAlA、35CrAlA氮化，60HRC4.5.2 凸轮传动的强度校核4.5.3 凸轮传动的结构v1、从动件结构2、 凸轮结构整体式：用于不经常更换或小凸轮。镶块式凸轮：经常更 换凸轮的情况组合式凸轮对于直动从动件盘形凸轮机构，为了改善其传力性能 或减小凸轮尺寸，经常采用偏置凸轮机构。v偏置方位确定：v偏置与推程时的相对 瞬心P12位于凸轮轴心 的同一侧。v凸轮顺时针转动时， 从动件导路应偏于凸 轮轴心的左侧。v凸轮逆时针转动时， 从动件导路应偏置于 凸轮轴心的右侧。
