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1、机 械 原 理,哈尔滨工业大学,2003年12月,第四章 凸轮机构及其设计,典型的凸轮机构的工作原理,从动件,凸轮,滚子,机架,一、凸轮机构的应用,盘形凸轮机构 在印刷机中的应用,等经凸轮机构 在机械加工中的应用,4-1 凸轮机构的应用及分类,利用分度凸轮机构实现转位,圆柱凸轮机构在机械加工中的应用,二、凸轮机构的分类,凸轮机构分类,1、按两活动构件之间相对运动特性分类,2、按从动件运动副元素形状分类,3、按凸轮高副的锁合方式分类,平面凸轮机构,空间凸轮机构,盘形凸轮,移动凸轮,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,力锁合,形锁合,1、按两活动构件之间的相对运动特性分类,（1）平面凸轮机构,1）
2、盘形凸轮,2）移动凸轮,（ 2）空间凸轮机构,2、按从动件运动副元素形状分类,（1） 直动尖顶从动件,对心直动尖顶从动件,偏置直动尖顶从动件,（2）直动滚子从动件,（3）直动平底从动件,根据运动形式的不同，以上三种从动件还可分为直动从动件，摆动从动件，平面复杂运动从动件。,摆动滚子从动件,摆动尖顶从动件,摆动平底从动件,平面复杂运动从动件,3、按凸轮高副的锁合方式分类,1)力锁合,2) 形锁合,凸轮机构的优缺点：,只要设计出适当的凸轮轮廓，即可使从动件实现预期的运动规律；结构简单、紧凑、工作可靠。,凸轮为高副接触（点或线），压强较大，容易磨损，凸轮轮廓加工比较困难，费用较高。,优点：,缺点：,
3、4-2 从动件运动规律及其选择,一、凸轮机构的运动循环及基本名词术语,凸轮基圆基、圆半径,偏距圆、偏距,从动件行程,从动件推程,从动件回程,推程运动角,回程运动角,从动件远(近)休程,远（近）休止角,从动件位移,二、从动件运动规律,等速运动规律,等加速等减速运动规律,余弦加速度（简谐）运动规律,正弦加速度（摆线）运动规律,3-4-5多项式运动规律,三、从动件运动规律的选择,在选择从动件的运动规律时，除要考虑刚性冲击与柔性冲击外，还应该考虑各种运动规律的速度幅值 、加速度幅值 及其影响加以分析和比较。,对于重载凸轮机构，应选择 值较小的运动规律； 对于高速凸轮机构，宜选择 值较小的运动规律。,若
4、干种从动件运动规律特性比较,4-3 按预定运动规律设计盘形凸轮廓线,一、凸轮设计的基本问题,1、已知运动规律，设计凸轮,已知条件：,运动规律,几何尺寸：基圆半径r0，偏距圆半径e,2、已知从动件行程h，设计凸轮,已知条件：,选定运动规律,几何尺寸：基圆半径r0，偏距圆半径e,从动件行程h,二、凸轮设计的步骤,1、确定基圆、偏距圆,3、设计理论廓线,2、确定从动件运动规律,4、设计实际廓线,三、凸轮理论廓线设计的基本原理,反转法,反转法,四、凸轮实际廓线设计,五、刀具中心轨迹,4-4 盘形凸轮机构基本尺寸的确定,一、压力角 及其许用值,考虑摩擦时驱动力的表达式,理想情况（无摩擦）时驱动力的表达式
5、,凸轮机构的瞬时效率,时，机构自锁,解方程,即：,凸轮机构的许用压力角,在工程实际中，为保证较高的机械效率，改善受力状况，通常规定凸轮机构的最大压力角 应小于或等于某一许用压力角 。,根据实践经验，推荐的许用压力角取值为:,推程： 直动从动件取 ； 摆动从动件取 ；,回程：直动和摆动从动件荐取 。,二、按许用压力角 确定凸轮机构的基本尺寸,式中：,式中：,压力角计算的统一表达式：,凸轮运动规律,凸轮基本尺寸,即：,在设计凸轮时，如何保证凸轮机构的最大压力角 小于或等于许用压力角 。,影响凸轮压力角变化的因素：,换一句话说：,在设计凸轮时，当从动件的运动规律 已经确定，凸轮机构的许用压力角 也已
6、经确定，如何确定凸轮的基圆半径 和偏距 ，使凸轮机构的最大压力角 小于或等于许用压力角 。,这个表达式能否解决这样的命题？,？,升程,回程,升程许用压力角：,回程许用压力角：,升程,回程,从动件与凸轮的相对位置,三、按凸轮轮廓全部外凸条件确定凸轮基圆半径,平底从动件盘形凸轮轮廓的外凸条件：,平底从动件盘形凸轮轮廓的曲率半径：,要保证凸轮轮廓外凸必须有：,四、滚子半径的选择,1. 凸轮理论轮廓的内凹部分,工作轮廓曲率半径 、理论轮廓曲率半径 与滚子半径 三者之间的关系为：,2. 凸轮理论轮廓的外凸部分,工作轮廓曲率半径 、理论轮廓曲率半径 与滚子半径 三者之间的关系为：,一般推荐：,4-5 空间凸轮机构简介,1. 圆柱凸轮机构,空间圆柱分度凸轮机构,2. 圆锥凸轮机构,3. 弧面凸轮机构,弧面分度凸轮机构,4. 球面凸轮机构,
