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1、机构与机械传动,凸轮机构,第三章 总结,1、有关概念（1）： 平面机构：组成机构的所有构件都在相互平行的平面上运动的机构。 平面连杆机构：由若干构件用平面低副（转动副和移动副）连接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传递动力。,1、有关概念（2）： 四杆机构:是由四个构件组成的平面连杆机构，即由四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构。 铰链四杆机构:运动副都是转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。 2、铰链四杆机构 的组成,连架杆,连架杆,连杆,3、铰链四杆机构的三种基本形式： 曲柄摇杆机构（1个曲柄） 双曲柄机构（2个曲柄） 双摇杆机构（没有曲柄） 4、铰链四杆机构的演化形式 （1）变转动
2、副为移动副 （2）扩大转动副 （3）更换不同构件为机架,5、铰链四杆机构中曲柄存在的条件 最短杆加上最长杆小于或等于其它两杆杆长之和。最短杆或其相邻杆应为机架。 推论： （1）当最长杆与最短杆的长度之和大于其余两杆长度之和时，只能得到双摇杆机构。 （2）若机构满足杆长之和条件时，取不同杆作为机架，可得到不同类型的铰链四杆机构： a.最短杆为机架时，得到双曲柄机构； b.最短杆的相邻杆为机架时，得到曲柄摇杆机构； c.最短杆的对面杆为机架时，得到双摇杆机构。,第四章 凸轮机构,由于低副机构一般只能近似地实现给定的运动规律，而且设计复杂困难，所以当要求从动件的位移、速度和加速度必须严格按照预定规律
3、变化时，常常采用凸轮高副机构来实现。,凸轮机构结构简单，设计方便，利用不同的轮廓线可以使从动件实现各种给定的运动规律，在机械自动控制装置中应用十分广泛。 凸轮机构一般由凸轮、从动件和机架组成，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽（圆柱凸轮）的构件，一般为主动件。,当主动凸轮运动时，通过其曲线轮廓或凹槽与从动件保持高副接触，从而迫使从动件得到预期的运动规律。从动件的运动可能是等速的，也可能是变速的，可能是连续的，也可能是间歇的，取决于凸轮轮廓线的形状。,凸轮机构的优点： （1）结构简单、紧凑 （2）只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，便可使从动件获得预期的运动规律,凸轮机构的缺点： （1）高副，易于磨损，传递
4、动力不大 （2）从动件行程短 （3）凸轮轮廓曲线设计加工困难,凸轮机构应用实例：,内燃机配气机构,自动送料机构,自动绕线机,靠模切削机构,观看视频：凸轮机构_教学视频,凸轮机构的类型,1.按凸轮形状分类： 盘形凸轮 绕固定轴线转动且有变化向径的盘形构件，结构简单、应用广泛，是凸轮的最基本形式，但一般只用于行程较短的机构中。,内燃机配气机构,自动绕线机,自动车床刀架机构,凸轮式机械手,凸轮曲柄滑块组合机构,移动凸轮 凸轮形状呈平板状，可视为回转中心位于无穷远处的盘形凸轮。 移动凸轮做直线往复运动，从动件在同一平面内做往复运动。,靠模切削机构,装卸料机构,圆柱凸轮 凸轮是一个具有曲线凹槽（或在圆柱
5、端部上做出曲线轮廓）的圆柱形构件，可看成是由移动凸轮卷成圆柱体演化而来的。圆柱凸轮的从动件行程较大。 盘形凸轮和移动凸轮属于平面凸轮机构，圆柱凸轮属于空间凸轮机构。,自动送料机构,自动车床走刀机构,弧面凸轮 当圆柱凸轮表面用圆弧代替时，就得到了弧面凸轮，弧面凸轮是一种空间凸轮机构。,2.按从动件的形状分类： 尖顶从动件 从动件的顶端是尖点，因此能与任何形状复杂的凸轮轮廓保持接触。但尖顶从动件极易磨损，只能用于传力不大的场合。,动画演示,滚子从动件 从动件的顶端装有滚子，从动件与凸轮之间为滚动摩擦，因此磨损显著减少，可用于传递较大的动力，应用最为普遍。但凸轮上凹陷的轮廓未必能很好地与滚子接触，且
6、端部质量较大，不易润滑，适用于低速重载。,动画演示,平底从动件 从动件端部为一平底。若不计摩擦，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，压力角为0，因此传力性能良好，且凸轮与平底接触面之间易形成油膜，润滑状况好。常用于高速场合。缺点是不适用于有内凹的凸轮。,动画演示,球面底从动件 从动件端部具有凸出的球星表面，可避免因安装位置偏斜或不对中造成的表面应力和磨损都增大的缺点，并具有尖顶与平底从动件的优点，因此应用较多。,3.按从动件的运动形式分类： 直动从动件 从动件相对于机架做直线往复运动。如果从动件的导路轴线通过凸轮的回转中心，称为对心直动从动件凸轮机构，否则称为偏心直动从动件凸轮机构。,摆动从动
7、件 从动件相对于机架做往复摆动。,按从动件分类表：,4.按凸轮与从动件保持接触的方式分类： 力锁合 利用从动件的重力、弹簧力或其他外力使从动件与凸轮轮廓始终保持接触。,重力锁合,弹簧力锁合,形锁合（几何锁合） 依靠凸轮和从动件所构成的高副的特殊几何形状来保持两者始终接触。 沟槽形锁合 依靠凸轮凹槽使从动件与 凸轮保持接触，结构简单 ，但加大了凸轮的尺寸和 重量。,等径形锁合 从动件上装有两个滚子，其中心线通过凸轮的轴心，凸轮与两个滚子同时保持接触，理论廓线上凸轮两异向半径之和 恒等于两滚子的中心距离，因 此等径凸轮只能在180内设计 轮廓线，其余部分的凸轮轮廓 线需要按等径原则确定。,等宽形锁
8、合 从动件做成框架，凸轮廓线上任意两条平行切线之间的距离都等于框架内侧的宽度。因 此这种凸轮只能在180内设计 轮廓线，其余部分的凸轮轮廓 线需要按等宽原则确定。,主回凸轮（共轭凸轮）锁合 用两个固联在一起的盘形凸轮分别于同一个从动件上的两个滚子接触，形成结构封闭。其中一个凸轮（主凸轮）驱使从动件向某一方向运动，另一个凸轮（回凸轮）驱使从动件反向运动。主凸轮廓线可在360范围内按给定的运动规律设计，回凸轮的廓线只能根据主凸轮廓线和从动件的位置确定。主回凸轮可用于高精度传动。,推程运动,近休（停）程, 近休止角 s,回程运动,回程运动角 , 远休止角 s,远休（停）程, 推程运动角,其它术语：,
9、升程h: 推程中从动件的最大位移,基圆：,凸轮基本概念（凸轮机构的工作过程） 从凸轮机构的一个运动循环分析从动件位移与凸轮转角间对应关系,以凸轮轮廓最小半径所作的圆,从动件位移线图,圆弧段,第二节 从动件常用的运动规律及其选择,对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构,升程h 当凸轮以匀角速1顺时针转动o 时，凸轮轮廓的向径逐渐增加，推动从动件达到最高位置时，从动件移动的距离,图中点A为凸轮轮廓曲线的起始点。当凸轮与从动件在A点接触时，从动件处于最低位置。,基圆 以凸轮轮廓曲线的最小向径rb 为半径所作的圆称为凸轮的基圆，rb 称为基 圆半径；,推程运动角 对应升程的转角,远休止角s 凸轮继续转动, 凸
10、轮轮廓段向径不变，从动件在最远位置停留不动，相应的凸轮转角,回程 当凸轮继续转动，凸轮轮廓的向径逐渐减小，从动件在重力或弹簧力的作用下，以一定的运动规律回到起始位置的过程,回程运动角 对应回程凸轮转角,近休止角 s 当凸轮继续转动时，凸轮轮廓的向径不变，此时 从动件在最近位置停留不动，相应的凸轮转角,以直角坐标系的纵坐标代表从动件的位移 s，横坐标代表凸轮的转角 ，则可以画出从动件位移s与凸轮转角之间的关系线图，简称为从动件位移曲线。,从分析可知，从动件的运动规律直接与凸轮轮廓曲线上各点向径大小的变化有关，而各点向径变化是随凸轮转角而变化的。在凸轮机构中，这种从动件的位移s、速度v、加速度a
11、随转角变化的关系就称为从动件的运动规律。,从动件的常用运动规律,确定从动件的运动规律时，应根据工作要求、运动和动力性质，以及制造工艺性等方面具体条件，综合考虑作出决定。 从动件常用运动规律： 等速运动规律（直线运动规律） 等加速等减速运动规律 （抛物线运动规律） 余弦加速度运动规律（简谐运动规律） 正弦加速度运动规律（摆线运动规律）,1.等速运动规律（直线运动规律）,从动件上升（或下降）的速度为一常数的运动规律为等速运动规律。 特点：在始末两瞬时速度突变处（加速度在理论上为无穷大）有刚性冲击。所以，等速运动规律只适用于低速轻载的凸轮机构中。,+,瞬时速度突变处,-,2.等加速等减速运动规律 （
12、抛物线运动规律）,从动件在前半个行程 作等加速运动，后半个行程作等减速运动，两部分加速度绝对值相等。,位移S 是转角的二次函数，所以其位移曲线是两段光滑相连的抛物线。 特点：由于加速度在速度转变处具有有限值的突变，所以，会引起柔性冲击。适用于中速,等加速上升,等减速上升,位移曲线,速度曲线,加速度曲线,35,3.余弦加速度运动规律（简谐运动规律）,余弦加速度运动规律的加速度曲线为1/2个周期的余弦曲线，位移曲线为简谐运动曲线（又称为简谐运动规律）。,特点：余弦加速度运动规律动件在运动起始位置和终止位置，加速度曲线不连续，存在柔性冲击，用于中速场合。但对于升降升型运动的凸轮机构，加速度曲线变成连
13、续曲线，则无柔性冲击，可用于中速场合。,位移曲线,速度曲线,加速度曲线,从动件的加速度按正弦规律变化，位移曲线是一条摆线。 特点：在运动中即无刚性冲突，又无柔性冲突，适用于高速场合。,4.正弦加速度运动规律（摆线运动规律）,37,刚性冲击 造成从动件对凸轮的冲击，此冲击无任何缓冲余地，对构件产生很大的破坏力。这在机械设计中是不允许的。避免刚性冲击的的方法是：实际应用时在凸轮休程（近休程或远休程）轮廓线与行程（升程或回程）轮廓线之间采用过渡圆弧，修正后的加速度为有限值，使冲击得到缓解，变刚性冲击为柔性冲击。,1.工作要求 只要求从动件实现一定的位移，而对行程中的运动规律无严格要求的低速机构，应采
14、用易于加工的曲线作为凸轮轮廓曲线。如内燃机等。 对凸轮机构从动件的运动规律有特殊要求时，应考虑既要满足机器的工作要求又要有较好的动力特性。通常选择把不同形式的基本运动规律恰当地组合起来使用。,从动件常用运动规律的选用原则,2.动力特性 对于速度较高的凸轮机构，选择从动件规律时要特别考虑其动力特性，需要考虑各种运动规律的最大速度和最大加速度，力求避免产生过大的惯性力，减少冲击和震动。 （1）尽可能选择加速度连续的运动规律（如正弦加速度运动规律、余弦加速度运动规律等）。同时应考虑从动件的运动形式（直动/摆动） （2）对质量较大的从动件应该选择最大速度较小的运动规律，因为最大速度越大，从动件动量越大
15、，当从动件突然被阻止时，冲击很大。,（3）对高速凸轮机构，为减少惯性力的危害，应选择最大加速度值较小的运动规律，因为最大加速度越大，从动件惯性力越大，作用在凸轮与从动件之间的接触应力就越大，对机构强度和耐磨性要求越高。 3.凸轮轮廓的加工 尽量选用使凸轮轮廓曲线易于加工的运动规律，可选用圆弧、直线或其他易于加工的曲线作为凸轮轮廓。,压力角与基圆半径关系,一、凸轮机构的压力角 前面已讲过，压力角（或传动角）的大小反映了机构传动性能的好坏。( 或)，机构的传动性能越好。 凸轮机构压力角：推杆在接触点B所受正压力方向（即沿接触点处的法线方向）与推杆上点B的绝对速度方向之间所夹的锐角（不计摩擦）,F可
16、分解为：,F= Fcos有效分力,F= Fsin 有害分力, ,F、F,（对机构传动不利）,足够大,凸轮机构发生自锁,自锁：当增大到某一值时，有害分力F所引起的摩擦力将大于有效分力F，这时无论凸轮给推杆的作用力有多大，都不能推动推杆运动，即机构发生了自锁。,如再考虑安全系数n，令c /n = ,许用压力角,则只要保证：max,凸轮廓线上各点的压力角是不同的，如在B1点的压力角为1。总存在max。,在设计凸轮机构时，为了提高机构的效率和改善机构的传动性能，只要保证max c（自锁时的压力角，称为临界压力角。,根据实际经验，许用压力角一般推荐值为：,直动推杆：取=3040,推程,摆动推杆：取=4050,回程：,取 =7080（直动、摆动推杆相同）,说明：以后在讲到压力角时，如没有特别说明，都是指推程的压力角。,
