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1、第3章 凸轮机构,31 凸轮机构的应用和类型,32 从动件的常用运动规律,33 凸轮机构的压力角,34 图解法设计凸轮轮廓,35 解析法设计凸轮轮廓,内燃机气门机构,一、应用实例：1、内燃机配气凸轮机构,凸轮1以等角速度回转时，它的轮廓驱动从动件3（阀杆）按预期的运动规律启闭阀门。,31 凸轮机构的应用和类型,设计：潘存云,绕线机构,2、绕线机中用于排线的凸轮机构。,绕线轴3快速转动时，绕轴线上的齿轮带动凸轮1缓慢转动，通过凸轮轮廓与尖顶A间的作用，驱使从动件2往复摇动，使线均匀绕在绕线轴上。,设计：潘存云,3、录音机卷带装置中的凸轮机构。,凸轮1随放音键上下移动,放音时，凸轮1位图示最低位置
2、，弹簧6作用，使安装于带轮轴上的摩擦轮4紧靠卷带轮5，而将磁带卷紧。停止放音时，凸轮1随按键上移，其轮廓压迫从动件2顺时针摆动，使摩擦轮与卷带轮分离，停止卷带。,6,设计：潘存云,送料机构,4、自动送料机构。,带凹槽凸轮1转动时，通过槽中滚子驱使从动件2往复移动。凸轮每回转一周，从动件即从储料器中推出一个毛坯，送到加工位。,1、组成：三个构件：凸轮、从动件（杆件）、机架。,2、作用：将连续回转 = 从动件直线移动或摆动。,3、优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。,4、缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。,1、按凸轮形状分1）盘形凸轮：凸轮绕固定轴转动并有变化半径盘形零件。（例1、2）2）
3、移动凸轮：盘形凸轮回转中心趋无穷远时，凸轮相对机架作直线运动。 （例3）3） 圆柱凸轮 ：移动凸轮卷成圆柱体。（例4）,由所举例子可知：凸轮机构的,二、分类：据凸轮和从动件不同形状和型式凸轮机构分为：,2、按推杆形状分1）尖顶从动件：尖顶与凸轮轮廓保持接触，实现从动件任意运动规律。 特点：结构简单、易磨损，用于作用力很小低速凸轮机构。仪表机构。2）滚子从动件：从动件一端有可自由转动滚子，滚子与凸轮间为滚动摩擦。 特点：磨损小，可承受较大载荷；应用广。 3）平底从动件。从动件一端为一平面，直接与凸轮轮廓接触。若不考虑摩擦，凸轮对从动件作用力始终垂直于端平面，传动效率高，且接触面间易形成油膜，利于
4、润滑。缺点：不能用于凸轮轮廓有凹曲线的凸轮机构中。 特点：受力好、润滑好，用于高速传动,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),r1+r2 =const,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，易磨损。,作者：潘存云教授,主回凸轮,设计：潘存云,32 从动件的常用运动规律,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; 2)推杆运动规律; 3)合理确定结构尺寸; 4)设计轮廓曲线
5、。,一、推杆的常用运动规律,1、基圆：以凸轮轮廓曲线最小向径rmin为半径所作的圆称为基圆。 rmin称为基圆半径。,2、推程：A-轮廓曲线起始点。二者A点接触时，从动件处最低位置。凸轮以1逆时针转动t，凸轮轮廓AB段向径增加，推动从动件以一定规律运动到离回转中,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。,心最远位置B，该过程称-。,6、回程：继续转h时，轮廓CD段向径减小，从动件在重力或弹簧力作用下，以一定运动规律回到起始位置，该过程称为回程。,7、回程运动角：对应凸轮转角h称为回程运动角。,8、近休止角：凸轮继续转s时，凸轮轮廓DA段向径不变，从动件在最近位置停留不动，相
6、应凸轮转角s为近休止角。 凸轮再继续转动，从动件重复上述运动循环。9、从动件位移曲线：以纵坐标代表从动件位移s2，横坐标代表凸轮转角，画出从动件位移s2与凸轮转角间的关系线图。,5、远休止角：凸轮继续转s时，轮廓BC段向径不变，此时从动件处最远位置不动，相应凸轮转角s为远休止角。,4、推程运动角：对应的凸轮转角t 称为推程运动角 。,3、升程：此时从动件走过的距离h为其升程。,1）推程运动方程： s2 h1/t,v2 h1 /t,刚性冲击,2）回程运动方程： s2h(1-1/h ),v2-h1 /h,a20,a2 0,1.等速运动运动规律,分析可知：从动件位移线图取决于凸轮轮廓曲线的形状。几种
7、常用从动件运动规律,（1）从动件推程做等速运动时：位移线图为一斜直线；速度线图为一水平直线。 运动开始时，从动件由0突变 该处加速度 。 运动终止时，速度 变为0，由此产生的巨大惯性力导致强烈冲击。造成危害。等速运动运动规律不易单独使用。,v0,a2 +,v0,a2 -。,2. 简谐运动运动规律,1）推程运动方程： s2h/2【1-cos（1/t )】,v2 h /（2t ）sin（ 1/t ）,a2h 22 /（2t 2）cos（1/t,2）回程运动方程： s2h/2【1+cos（/t （1-t -s)】,v2- h /（2t ）sin【 /t （1-t -s)】,a2-h22 /（2t 2
8、）cos【/t （1-t -s)】,简谐运动：点在圆周上匀速运动时，它在该圆直径上的投影构成的运动称为-。位移线图作法：1）从动件行程h为直径画半圆；2）分半圆若干等份得1”、2”、3”、4”.点；3）分凸轮运动角相应等份，4）作垂线11、22、33、44、.；5）圆周上等分点投影到相应垂直线上得1、2、3、4、.点；光滑曲线连接，得到从动件位移线图，方程：,从动件在行程始点和终点有柔性冲击；加速度曲线保持连续，能避免冲击。,3.正弦加速度运动规律摆线运动规律（a-t线图一正弦曲线，其位以为摆线在纵轴上的投影）。运动规律无速度、加速度突变，无冲击可用于高速凸轮。缺点：amax大，惯性大，要求较
9、高加工精度。,无冲击,作业和思考题：P52 1、3,33 凸轮机构的压力角,压力角定义：作用在从动件上驱动力与该力作用点绝对 速度所加锐角。 高副构件的压力角：接触轮廓法线与从动件速度方向的所夹的锐角。高副接触构件中的力是沿法线方向作用。设计凸轮要求：1）从动件实现预期运动规律；2）机构受力良好；3）机构尺寸小。与压力角有关。讨论压力角对机构受力及尺寸影响。,要求：掌握压力角与凸轮机构尺寸的关系重点：压力角的计算,设计：潘存云, F”,效率,到一定程度，有,机构自锁。,一、压力角与作用力的关系,不考虑摩擦，高副构件凸轮给与从动件的力沿法线方向。,F-有用分力, 沿导路方向。,F”-有害分力，垂
10、直于导路。,F”=F tg ；F 一定,Ff F,为了保证凸轮机构正常工作，要求：, max 许用,尖顶直动从动件凸轮机构的压力角,许用= 30 -直动从动件；,许用= 3545-摆动从动件；,凸轮轮廓曲线上各点的压力角一般是变化的。,通常：,设计：潘存云,二、压力角与凸轮机构尺寸的关系,其他条件不变，欲使机构紧凑，应采用小基圆半径，基圆半径减小引起压力角 增大。P点为相对速度瞬心， 于是有：,v=lOP1,rmin, lOP =v/1,= ds2 /d1,= lOC + lCP,又因lCP =,因lOC = e，,所以lCP = ds2/d1- e,(S2+S0 )tg,而,可增大rmin,
11、（）,当 max 许用,同理，当导路位于中心左侧时，有：,偏置尖顶-,设计：潘存云,lOP =lCP- lOC, lCP = ds2/d1 + e,“+” 用于导路和瞬心位于中心两侧；“-” 用于导路和瞬心位于中心同侧；,显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小。反之-,注意：用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回程压力角， 故偏距 e 不能太大。,lCP = (S2+S0 )tg,设计：潘存云,提问：对于平底推杆凸轮机构： ？,0,工作要求（摆动、直动等）选择从动件的运动规律确定凸轮基圆半径绘制凸轮轮廓。,34 图解法设计凸轮轮廓,绘制凸轮轮廓时需要凸轮与图纸相对静止。采用“反转法”。
12、,几种盘形凸轮轮廓绘制,凸轮廓线设计方法的基本原理-反转原理（动画）,给整个凸轮机构施以-1时，不影响各构件间相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动（随机架和导路以角速度-1的绕O点转动；在导路中往复移动）轨迹即凸轮的轮廓曲线。（下图所示）,要求：掌握用图解法设计凸轮轮廓重点：图解法设计凸轮轮廓,设计：潘存云,据此原理可用几何作图的方法设计凸轮轮廓曲线。例如：,尖顶凸轮绘制,滚子凸轮绘制,一、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制,1.偏置尖顶直动从动件盘形凸轮,偏置直动尖顶从动件凸轮机构中，已知从动件位移线图、凸轮基圆半径rmin、顺时针回转的角速度1、偏距e。绘制该凸轮轮廓曲线。,对心,设
13、计步骤：,选比例尺l ，以rmin作基圆，基圆与导路交点A;以e为半径作偏距圆与从动件导路切于k点。为从动件起始位置。,设计：潘存云,将位移线图s11的推程运动角()和回程运动角( )反向等分;,确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置;,k,过1、2、3、4、作偏距圆系列切线。,沿上各切线自基圆量取从动件相应位移量，即取线段11 、22 、，得尖顶系列位置。,将1 、2 、3 、连接成一条光滑曲线凸轮轮廓曲线。(e=0,对心尖顶直动从动件盘形凸轮,导路为过中心o径向射线),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。,2.滚子直动从动件盘形凸轮,滚子直动从动件凸轮机构，已
14、知凸轮基圆半径rmin，角速度1和从动件运动规律。设计该凸轮轮廓曲线。,设计：潘存云,设min理论轮廓外凸部分最小曲率半径， rT滚子半径; 实际轮廓半径 = min- rT,rT, minrT rT, minrT 0平滑曲线,轮廓正常,外凸,对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使： min rT 如果理论轮廓外凸部分最小曲率半径min 过小，按上述条件选择的滚子半径太小不能满足安装和强度要求，应加大凸轮基圆尺寸，重新设计凸轮轮廓。,设计：潘存云,对心直动平底从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度1和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,选比例尺l作基圆rmin。取平底与与导路交点A为从动件尖点。反向等分各运动角。(按尖顶从动件凸轮轮廓绘制法) 确定反转后，求出尖顶翻转后的系列位置1 、2 、3 、,过这些点画系列平底。作平底直线族的内包络线实际轮廓曲线。,3.对心直动平底从动件盘形凸轮,
