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1、第三章 凸轮机构及其设计,提示：本章介绍凸轮机构的应用；从动件运动规律；用解析法、图解法设计凸轮轮廓曲线。,重点：从动件运动规律及其特性；平面凸轮轮廓曲线的设计和凸轮基本尺寸的确定。,难点：用反转法设计平面凸轮轮廓曲线。,31 凸轮机构的应用和分类,凸轮机构：由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。,凸轮：具有某种曲线和凹槽的构件。,（avi),一、凸轮机构的应用,1）移动料斗4至型腔上方，并使料斗振 动，将粉料装入型腔。,2）下冲头6下沉，以防止上冲头12下压时将型腔内粉料抖出。,3）上、下冲头对粉料加压，并保压一定时间。,4）上冲头退出，下冲头顶出药片。,二、凸轮机构的分类,1）按
2、凸轮的形状分：,盘形凸轮（avi),移 动 凸 轮,圆 柱 凸 轮,（avi),（avi),2）按从动件的形状分：,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,3）按从动件的运动形式分：,（avi),（avi),（avi),4）按凸轮高副的锁合方式分：,力锁合、形锁合,32 推杆的运动规律,从动件在运动起始 位置和终止两瞬时的加 速度在理论上由零值突 变为无穷大，惯性力也 为无穷大。由此的冲击 称为刚性冲击。适用于 低速场合。,2. n = 2的运动规律,（等加速等减速运动规律）,推程等加速运动的方程式为：,得：C0 = -h，C1 =4 h/，C2 =-2 h/,在运动规律推程的始末点和前后半程的交
3、接处，加速度虽为有限值，但加速度对时间的变化率理论上为无穷大。由此引起的冲击称为柔性冲击。,（二）三角函数类基本运动规律,1.余弦加速度运动规律（推程）,对RDRD型运 动循环，该运动 规律在推程的起、 止瞬时，从动件 的加速度有突变， 故存在柔性冲击。 适用于中、低速 场合。,2. 正弦加速度运动规律（推程）,推杆常用运动规律特性比较及适用场合,运动规律组合时应遵循以下原则：,（2）对于中、低速运动的凸轮机构，要求从动件的位 移曲线在衔接处相切，以保证速度曲线的连续。即要求在 衔接处的位移和速度应分别相等。,（3）对于中、高速运动的凸轮机构，要求从动件的速 度曲线在衔接处相切，以保证加速度曲
4、线连续，即要求在 衔接处的位移、速度和加速度应分别相等。,（1）为了获得更好的运动特征，可以把上述几种运动规律组合起来应用，组合时，两条曲线在拼接处必须保持连续。,二、组合运动规律简介,1.修正梯形组合运动规律,2.改进型等速运动规律,从动件运动规律设计应考虑的问题,（1）应满足机器工作的要求；,（2）对于高速凸轮机构，应使凸轮机构具有良好的运动和动力性能；,（3）设计从动件运动规律时，应考虑到凸轮轮廓的工艺性要好。,33 凸轮轮廓曲线的设计,一、凸轮廓线设计方法的基本原理,假想给正在运动着的整个凸 轮机构加上一个与凸轮角速度 大小相等、方向相反的公共角速 度（- ），这样，各构件的相对 运动
5、关系并不改变，但原来以角 速度转动的凸轮将处于静止状态； 机架（从动件的导路）则以（ - ） 的角速度围绕凸轮原来的转动轴线 转动；而从动件一方面随机架转动， 另一方面又按照给定的运动规律相 对机架作往复运动。反转法,二、直动从动件盘型凸轮机构凸轮廓线的设计,1. 尖顶从动件,已知：基圆半径；凸轮逆时针转动；,推杆的运动规律为：,凸轮转过推程角1800时，推杆等速上升h；,凸轮转过推程角600时，推杆静止不动；,凸轮转过推程角1200时，推杆等加速等减速下降h。,设计此凸轮轮廓曲线。,（1）取l ，作出推杆运动规律 位移线图；,（2）取l ，作出基圆、偏置圆，并标出凸轮机构的初始位置；,步骤：
6、,（3）按- 方向作出推杆在反转中占据的位置。（按横坐标相应的区间和等份，在划分偏距圆上得 c0、c1、c2等点；并过这 些点作 偏距圆的切线，即为反转导路线）；,（4）作出推杆在反转中按自身运动规律运动所占据的位置。（在各反转导路线上量取与位移图相应的位移，得B1、B2、 ）；,（5）光滑连接B1、B2、 各点，即为凸轮轮廓曲线。,2. 滚子从动件,步骤：,（6）以理论廓线各点为 圆心，滚子半径为半径作 圆族；,（7）作圆族的内包络线， 既为所求凸轮轮廓曲线。,（1）（5）同上作出理论廓线；,.平底移动从动件盘型凸轮机构,步骤：,（6）作一系列代表推杆平底的直线族；,（7）作直线族的内包络线
7、，既为所求凸轮轮廓曲线。,（1）（5）同上作出理论廓线；,三、摆动从动件盘型凸轮机构凸轮廓线的设计,步骤：,（1）取l ，作出摆杆运动规律位移线图；,（2）取l ，作出基圆及初始位置，标出凸轮机构的转向；,（3）作出摆杆在反转中依次占据的位置，（按- 方向划分圆R，得A0、A1、A2等点；即机架反转的一系列位置）；,（4）作出从动件反转后按自身运动规律运动所占据的一系列位置，（在各反转导路线上量取与位移图相应的位移，得 C1、C2、 等点），,（5）光滑连接各点即为 凸轮轮廓曲线。,34 凸轮机构基本尺寸的确定,一、凸轮机构中的作用力和压力角,根据力的平衡条件，可得：,经过整理后得：,分析：,
8、1）在其他条件相同的情况下，压力角愈大，则分母愈小，因而凸轮机构中的作用力 P 将愈大；如果压力角大到使上式中的分母为零，则作用力将增至无穷大，此时机构将发生自锁，而此时的压力角称为临界压力角C 。,2）为保证凸轮机构能正常运转，设计时应使最大压力角max小于临界压力角C。即 max。,工作行程：,移动从动件， =3038；,摆动从动件， =4045,非工作行程：, = 7080,3）增大导轨b，减少悬臂l，可以使临界压力角的数值得以提高，可减少自锁的性能。但临界压力角不能太大，否则将影响机构的传 动性能。因此，一般规定：,二、基圆半径的确定,经验公式： rb =r（1. 6 2）,（1 ）内
9、凹凸轮轮廓曲线,amin = min +rr 0,不论滚子半径 大小如何，凸轮的 工作曲线总是能平 滑地作出来。,三、滚子半径的选择和平底推杆平底尺寸的确定,1、滚子半径的选择,（2）外凸凸轮轮廓曲线,amin = min - rr 0,minrr ，工作齿廓出 现交叉失真现象。,min=rr，工作齿廓出 现尖点尖顶现象。,为避免运动失真，则： amin =min-rr3mm。,建议：rr0.8min，或rr 0.4rb,滚子的尺寸还受其强度、结构的限制，因此也不能太小，一般取：,rr =（0.10.5）rb,由高等数学知识可知：,rb 凸轮轴半径。,2、平底宽度的确定,1）由于P为构件1、2的瞬心,2）由作图法可得平底总长：,注：凸轮轮廓的向 径不能变化太快。 加大基圆半径可避 免运动失真。,结束,
