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1、第5章 凸轮机构,5-1 凸轮机构的组成和分类 5-2 凸轮机构中从动件常用的运动规律 5-3 图解法设计凸轮机构 5-4 凸轮机构基本尺寸的确定,机电工程系 模具教研室,目的要求：1. 了解凸轮机构的类型；2. 理解从动件常用运动规律的形式、特点及应用；3.掌握凸轮轮廓曲线设计的基本原理和方法。 教学重点：用图解法设计直动从动件凸轮轮廓 教学难点：从动件的运动规律,凸轮,从动件,是由凸轮、从动件和机架三个主要构件所组成的高副机构。,一.凸轮机构的组成,是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。,是被凸轮直接推动的构件。,1.凸轮机构的组成,5-1 凸轮机构的组成和分类,机电工程系 模具教研室,机电工程
2、系 模具教研室,2.凸轮机构的特点,1)优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件得到各种预期的运动规律，且结构简单、 紧凑，工作可靠，应用广泛。,2)缺点：凸轮廓线与从动件之间为点、线接触，易 磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。,3.应用举例,内燃机配器机构,机电工程系 模具教研室,自动送料机构,机电工程系 模具教研室,圆柱凸轮,机电工程系 模具教研室,机电工程系 模具教研室,1.按凸轮的形状分类,（1)盘形凸轮 ：是一个具有变化的向径并绕固定轴线 转动的盘形构件。,（3)移动凸轮 ：可看作是回转中心在无穷远处的盘形凸 轮，相对机架作往复直线移动。,二、凸轮机构分类,（2)圆
3、柱凸轮 ：是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或 在圆柱端面上制出曲线轮廓的构件。,机电工程系 模具教研室,2. 按从动件的形状分类,1)尖顶从动件,这种从动件的构造简单，但易磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合(如用于仪表等机构中)。,2)滚子从动件,滚子从动件由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，磨损较小，故可用来传递较大的动力，因而应用较广。,3)平底从动件,平底从动件的优点是凸轮与平底的接触面间易形成油膜，润滑较好，所以常用于高速传动中。,机电工程系 模具教研室,机电工程系 模具教研室,机电工程系 模具教研室,机电工程系 模具教研室,机电工程系 模具教研室,3.按凸轮与从动件的接触方式分类,
4、（1)力封闭型凸轮机构：利用弹簧力或从动件自身重力使从动件与凸轮轮廓始终接触。,（2)形封闭型凸轮机构：利用凸轮与从动件的特殊结构 形状使从动件与凸轮始终保持接触。,机电工程系 模具教研室,机电工程系 模具教研室,力封闭型凸轮机构,机电工程系 模具教研室,形封闭型凸轮机构,机电工程系 模具教研室,机电工程系 模具教研室,机电工程系 模具教研室,5-2 凸轮机构中从动件常用的运动规律,凸轮机构设计的基本任务：根据工作要求选定合适的凸轮机构类型，确定从动件的运动规律，并按此运动规律设计凸轮轮廓和有关的结构尺寸。确定从动件的运动规律是凸轮机构设计的前提。,一、凸轮机构的工作过程,机电工程系 模具教研
5、室,1. 凸轮基圆半径rb以凸轮轮廓曲线的最小向径rb 为半径所作的圆。,2. 推程从动件由距凸轮回转中心最近的位置A 点到达最远位置B点的过程，对应的凸轮转角t称为推程角；从动件上升的最大位移h称为升程。 3. 远停程角凸轮继续转过S角时，由于BC段为向 径不变的圆弧，从动件停留在最远位置不动，此 过程称为远停程，对应的凸轮转角S称为远停程角。,机电工程系 模具教研室,4. 回程当凸轮继续转过h角时，从动件由最远位置回到起始位置的过程，对应的凸轮转角h称为回程角。 5. 近停程角S当凸轮继续转过S角时，由于 DA为向径不变的基圆圆弧，从动件又在最近位置停止不动，对应的凸轮转角S称为近停程角。
6、凸轮继续转动，从动件又开始重复上述升停 降停的运动循环。,机电工程系 模具教研室,二、从动件常用的运动规律 （1） 从动件的运动规律：指从动件的位移s、速度V、加速度a随凸轮转角（或时间t）的变化规律。 （2） 从动件的运动线图：从动件在推程或回程时，其位移S、速度V和加速度a与凸轮转角（或时间t）的变化规律曲线。从动件常用的运动规律等速运动规律 等加速等减速运动规律简谐运动规律,机电工程系 模具教研室,1.等速运动规律：推程运动线图,特点： 1）刚性冲击从动件在某瞬时速度突变，其加速度及惯性力在理论上均趋于无穷大，致使凸轮机构产生强烈的冲击、噪声和磨损。 2）只适用于低速、轻载的场合。,机电
7、工程系 模具教研室,2. 等加速-等减速运动规律,1）柔性冲击从动件在某瞬时加速度和惯性力发生有限值的突变所引起的冲击。 2）适用于中速、轻载的场合。,机电工程系 模具教研室,3. 简谐运动规律（余弦加 速度运动规律） 特点： 1）加速度在行程的始、末两点存在有限突变，故也存在柔性冲击，只适用于中速、中载场合。 2）当从动件做无停歇的升-降-升连续往复运动时，则得到连续的余弦曲线，运动中完全消除了柔性冲击，这种情况下可用于高速传动。,机电工程系 模具教研室,简谐运动:物体在受到大小跟位移成正比，而方向恒相反的合外力作用下的运动。如单摆运动和弹簧振子运动。,5-3 图解法设计凸轮轮廓,一、凸轮轮
8、廓设计的基本原理：反转理论,机电工程系 模具教研室,机电工程系 模具教研室,二、用图解法设计直动从动件凸轮轮廓 1. 尖顶对心直动从动件盘形凸轮,已知：凸轮的基圆半径rb，凸轮以等角速度W1顺时针转动，从动件运动规律已知。 要求：设计凸轮的轮廓曲线。 设计步骤： （1）选取适当比例尺1,作从动件的位移线图。将 位移线图的坐标分成若干等分,并过这些等分 点分别作垂线，这些垂线与位移曲线相交所得的线段，即代表相应位置的从动件位移量。,机电工程系 模具教研室,机电工程系 模具教研室,（2）取与位移线图相同的比例尺，以rb为半径做基圆。基圆与导路的交点A0，即为从动件尖顶的起始位置。 （3）在基圆上，
9、自A0开始，沿-w方向依次量取角度t，h，s（s=0），并将其分成与位移线图上对应的若干等分，并反向延长，便得到反转后从动件导路的各个位置。 （4）量取各个位移量，沿各等分径向线由基圆向外量取，得反转后推杆尖顶的一系列位置点，将各点连接成光滑曲线，即得到所求的凸轮轮廓曲线。,机电工程系 模具教研室,机电工程系 模具教研室,2.滚子对心直动从动件盘形凸轮机构设计这类凸轮机构的轮廓曲线需分两个步骤进行： （1）将滚子中心看作尖顶推杆的尖顶，按前述方法设计出凸轮的理论轮廓曲线。 （2）以凸轮的理论轮廓线上的各点为圆心，以滚子半径rT为半径作一系列滚子圆，这些圆的内包络线即为凸轮的实际轮廓曲线（与滚子
10、从动件直接接触的轮廓曲线）。,机电工程系 模具教研室,3.偏置直动从动件盘形凸轮机构,（1）以O为圆心，以偏距e为半径作偏距圆。 （2）过基圆上各分点作偏距圆的切线，并沿这些切线自基圆向外量取从动件的位移A1A1、A2A2、A3A3。这是与对心从动件凸轮不同的地方，其余作图步骤与对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓线的做法相同。,机电工程系 模具教研室,5-4 凸轮机构基本尺寸的确定,一、滚子半径与运动失真 1.运动失真：当采用滚子从动件时，如果滚子的大小选择不适当，从动件将不能实现设计所预期的运动规律的现象。,2.,实际廓线的曲率半径,理论廓线的曲率半径,滚子半径,机电工程系 模具教研室,（a）实
11、际廓线为圆滑曲线。 （b）实际廓线的曲率半径为零，出现尖点。 （c）实际廓线出现交叉，不能制出，从动件运动失真。,一般取滚子半径rT0.8min（理论廓线的最小曲率半径），或适当增大基圆半径rb以增大理论廓线的最小曲率半径。,机电工程系 模具教研室,压力角a ：凸轮对从动件的作用力F与从动件的速度v方向所夹的锐角。,二、压力角及其许用值,有效分力,有害分力,当压力角a大到某一数值时，有效分力已不能克服由有害分力所引起的摩擦阻力，于是无论力F 多大也不能使从动件运动，这种现象就是自锁。,一般，推程时a 3040回程时a 7080,机电工程系 模具教研室,三、基圆半径的选择,1. 对于装配在轴上的
12、盘形凸轮， 一般基圆半径rb可初步取为,凸轮轴半径,rb大对避免运动失真、减小 压力角有力，但结构不紧凑。,2. amax出现的位置：推程的起始位置或从动件产生最大速度的附近,机电工程系 模具教研室,机电工程系 模具教研室,3.校核机构最大压力角,（1）求出校核点E的法线。,（2）作出该位置从动件的中 心线，量出最大压力角值。,应满足amaxa，否则，可适当加大基圆半径重新设计。,四、偏距的大小及其方位,凸轮转向已定时，由图可知，从动件偏置的方位不同，同一点处的压力角大小也不同。偏距在与凸轮转向相反的一侧时压力角小，在与转向相同的一侧时压力角大。所以，为减小机构的压力角，从动件的偏离方向应与凸轮的转向相反，并适当确定偏距的大小。,一般取,机电工程系 模具教研室,五、从动件导路尺寸对传动的影响,由图可知，凸轮对从动件的作用力F必将引起导路的反力N1和N2，其大小与导路长度b和悬臂长度a的尺寸有关。设计时，应在结构允许的条件下，适当增大导路的长度b和减小悬臂的长度a，以改善机构的工作条件。若尺寸a和b确定不当，则可能导致机构自锁。,机电工程系 模具教研室,
