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1、精密机械设计基础,第六章 凸 轮 机 构,第一节 概述,凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成。通常凸轮作连续等速转动，从动件在凸轮轮廓控制下，按预定运动规律作直线往复移动或摆动。(内燃机配气机构),优点：只要凸轮轮廓曲线设计合理，可使从动件按任意给定的规律运动，而且机构简单、紧凑、工作可靠； 缺点：凸轮轮廓曲线加工困难，与从动件为高副接触，压强大、易磨损，故常用于传力不大的场合。,一、凸轮机构的优缺点,二、凸轮机构的分类,(一) 按凸轮的形状分,1、盘形凸轮绕定轴转动并具有变化半径的盘形构件,( 盘形凸轮 ),2、移动凸轮凸轮相对于机架作直线运动,3、圆柱凸轮结构复杂但紧凑，可用于较大行程,( 移
2、动凸轮 ),( 圆柱凸轮 ),(二) 按从动件的形状分,1、尖底从动件,2、滚子从动件,3、平底从动件,结构简单、能按较复杂的规律运动易磨损用于低速和传力较小的场合,滚动摩擦，摩擦小、转动灵活,易形成楔形油膜，润滑好作用力始终垂直于平底常用于高速传动，不能用于有内凹轮廓的盘形凸轮,( 尖底从动件 ),( 平底从动件 ),( 滚子从动件 ),第二节 从动件常用运动规律,从动件运动规律是从动件在整个工作循环中，运动参数（位移、速度和加速度）随凸轮转角变化的规律。从动件的运动规律与凸轮轮廓形状相对应。,基圆、基圆半径rb ； 推程：推程运动角F 、行程h； 停程：远程休止角Fs； 回程：回程运动角F
3、 ； 停程：近休止角Fs。,运动线图的表达式：,“刚性冲击”等速运动规律只适用于低速凸轮机构。,A、B、C速度突变,A、B、C 加速度无穷大,一、等速运动规律,等加速段 AB ：,若当j F / 2时，sh/2，有,二、等加速等减速运动规律,等减速段 BC ：,加速度虽突变，但为有限值，“柔性冲击”,适于中、低速凸轮机构。,质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径方向上的投影所构成的运动称为简谐运动。,s,在A、E处加速度有突变， “柔性冲击”,适于中速机构，只有从动件连续运动才适于高速机构。,三、简谐运动规律,第三节 图解法设计平面凸轮轮廓,当从动件的运动规律和凸轮的基圆半径确定后，各种凸轮的
4、轮廓曲线都可以用图解法求出。,反转法原理：根据相对运动原理，设想凸轮固定不动，从动件一方面随导路绕凸轮轴心反方向转动，同时又按给定的运动规律在导路中作相对运动，从动件尖底的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线。,绘制凸轮轮廓可应用反转法原理。,例：已知从动件导路与凸轮回转中心的偏距为e，凸轮的基圆半径为rb，又知凸轮以等角速w 沿逆时针方向转动及从动件的位移线图，求作凸轮的轮廓曲线。,解：,e,作基圆和偏距圆；,一、直动从动件盘形凸轮机构,确定从动件起始位置；,将运动线图分成若干等分(如图)，并将偏距圆自从动件和偏距圆切点沿顺时针方向分成对应的等分；,过等分点作偏距圆切线并与基圆相交；,确定从动件尖底的
5、位移；,思考：滚子从动件和对心从动件盘形凸轮机构的画法。,确定凸轮轮廓曲线；,例：摆动尖底从动件盘形凸轮机构，已知盘形凸轮轴心与从动件的回转中心距为a，基圆半径为rb，从动件长度为l，又知凸轮以等角速w 沿逆时针方向转动及从动件的位移线图，求作凸轮的轮廓曲线。,二、摆动从动件盘形凸轮轮廓（自学）,第四节 凸轮机构基本尺寸的确定,设计凸轮机构不仅要满足从动件的运动规律，而且还要求传动时受力良好，以使机构运转灵活，因此需正确选择凸轮机构的压力角、基圆半径及滚子半径。,一、凸轮机构压力角的确定,例：对心直动从动件盘形凸轮机构，分析在升程中任一位置的受力情况。,压力角：凸轮对从动件的正压力(沿尖底从动
6、件与凸轮接触点的公法线)与从动件运动方向的夹角。,根据力平衡条件，有,因d la，所以 fFNA 、fFNB对K点的力矩可忽略。,消去FNA 、FNB ，有,从上式可以看到，为改善凸轮受力情况，应使压力角尽可能小，并且在结构允许条件下，尽可能增大导轨长度lb和减小悬臂尺寸la。,其他条件不变，则a增加，所需推力F增大。当a增大到使上式分母为0时，即,F增至无穷大，机构自锁，此时的a称为极限压力角。,许用压力角：aalim(58),故凸轮机构自锁时的极限压力角为：,工作行程：对于移动从动件 a30,对于摆动从动件 a45,回 程：a 70 80,根据理论分析和实践经验，许用压力角推荐值为：,二、
7、基圆半径的确定,由图中的速度三角形知,由式可知：,rb a； rb a,因此，为改善机构受力情况，可使基圆半径适当取大些，以使压力角a减小。,当对机构尺寸没有严格限制时可按下式选取基圆半径,dz：凸轮安装处的轴颈直径。此外，需要时对实际压力角进行验算，若压力角的最大值超过需用压力角，则应适当增大rb，重新设计。,三、滚子半径的确定,从减小凸轮与滚子间接触应力的观点来说，滚子半径越大越好。但滚子半径的增大要受凸轮轮廓的影响。,滚子半径:rr ； 实际廓线曲率半径:rc； 理论廓线曲率半径: r,1、对于内凹的理论轮廓曲线 ：,不论滚子半径多大，实际轮廓曲线总可以作出来。,2、对于外凸的理论轮廓曲线 ：,有三种情况： r rr ； r rr ； r rr,r rr ， rc r rr,r rr ， rc r rr,实际轮廓曲线可以作出来。,此时， rc 0,实际轮廓曲线出现一尖点，易磨损。,此时， rc 0,产生交叉轮廓曲线，从动件运动失真。,此时， rc 0,r rr ， rc r rr,设计时 rr0.8rmin 及 rr0.4rb,小 结,一、本章重点,凸轮的分类及应用；凸轮机构的从动件常用运动规律；平面凸轮轮廓曲线的设计；凸轮机构基本尺寸的确定。,二、本章难点,凸轮廓线设计的反转法原理。,作 业,思考题及习题：,1、 题68； 2、预习第七章：摩擦轮传动和带传动,
