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1、第三章 凸轮机构,31 凸轮机构的应用和类型,32 从动件的运动规律,33 凸轮机构基本尺寸的确定,34 凸轮轮廓曲线的设计,31 凸轮机构的应用和类型,组成：盘(柱)状凸轮、从动件(呈杆状) 、机架 。,作用：将连续回转 = 从动件直线移动或摆动。,优点：可精确实现任意运动规律，简单紧凑。,缺点：高副，线接触，易磨损，传力不大。,应用：内燃机 、牙膏生产等自动线、补 鞋机、配钥匙机等。,分类：1)按凸轮形状分：盘形、 移动、 圆柱凸轮 ( 端面 ) 。,2)按推杆形状分：尖顶、 滚子、 平底从动件。,特点： 尖顶构造简单、易磨损、用于仪表机构；,滚子磨损小，应用广；,平底受力好、润滑好，用于
2、高速传动。,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,3).按从动件运动分：直动(对心、偏置)、 摆动,4).按保持接触方式分： 力封闭（重力、弹簧等）,内燃机气门机构,机床进给机构,几何形状封闭(凹槽、等宽、等径、主回凸轮),作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,r1+r2 =const,主回凸轮,等宽凸轮,优点：只需要设计适当的轮廓曲线，从动件便可获得任意的运动规律，且结构简单、紧凑、设计方便。,缺点：线接触，容易磨损。,作者：潘存云教授,绕线机构,应用实例：,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,送料机构,作者：潘存云教授,32 从动件的运动规
3、律,凸轮机构设计的基本任务: 1)根据工作要求选定凸轮机构的形式;,名词术语：,一、从动件的常用运动规律,基圆、,推程运动角、,基圆半径、,推程、,远休止角、,回程运动角、,回程、,近休止角、,升程。一个循环,而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。,2)从动件的运动规律;,3)合理确定结构尺寸;,4)设计轮廓曲线。,s,作者：潘存云教授,在推程起始点：=0， s=0,得： v s/th/T=h/(/),推程运动方程： s vt= v / = h / ,v h / ,在推程终止点：= ，s=h, t=T,刚性冲击,同理得回程运动方程： sh(1- / ),v-h / ,a0,
4、a 0,1.等速运动规律,2.等加等减速运动规律,位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。,推程加速上升段边界条件：,起始点： =0， s=0， v0,中间点： = /2，s=h/2,加速段推程运动方程为：,s 2h 2 / 2,v 4h / 2,a 4h2 / 2,作者：潘存云教授,推程减速上升段边界条件：,终止点： = ，s=h，v0,中间点： = /2，s=h/2,减速段推程运动方程为：,s h-2h( )2/ 2,v -4h( - )/ 2,a -4h2 / 2,柔性冲击,作者：潘存云教授,设计：潘存云,.余弦加速度(简谐)运动规律,推程： sh1-cos( / )/2,v hsin(
5、/ ) /2 ,a 2h2 cos( / )/2 2,回程： sh1cos( / )/2,v-hsin( / ) /2 ,a-2h2 cos( / )/2 2,在起始和终止处理论上a为有限值，产生柔性冲击。,作者：潘存云教授,.正弦加速度（摆线）运动规律,推程： sh / -sin(2 / )/2,vh1-cos(2 / )/ ,a2h2 sin(2 / )/ 2,无冲击,作者：潘存云教授,设计：潘存云,三、改进型运动规律,将几种运动规律组合，以改善运动特性。 等速运动与正弦加速度运动组合，既使从动件大部分行程保持匀速运动，又能避免起始和终止阶段产生冲击。,正弦改进等速,33 凸轮机构的压力角
6、,上述设计廓线时的凸轮结构参数r0、e、rr等，是预先给定的。实际上，这些参数也是根据机构的受力情况是否良好、动作是否灵活、尺寸是否紧凑等因素由设计者确定的。,1.压力角与作用力的关系,2.压力角与凸轮机构尺寸的关系,作者：潘存云教授,1. 压力角与作用力的关系,受力图中，由Fx=0，Fy=0，MB=0 得：,-Fsin(+1 )+(FR1FR2 )cos2=0,G+Fcos(+1 ) (FR1+ FR2 )sin2=0,FR2cos2 (l+b) FR1cos2 b=0,由以上三式消去FR1 、 FR2 得：,压力角-正压力与推杆上B点速度方向之间的夹角,分母,F,若大到使分母趋于0，则 F
7、,机构发生自锁,作者：潘存云教授,P点为相对瞬心：,由BCP得:,2.压力角与凸轮机构尺寸的关系,ds/d,OP= v/,= ds/dt / d/dt,=ds/d,运动规律确定之后，凸轮机构的压力角与基圆半径r0直接相关。,=(ds/d-e)/(s0+s),tg=(OP-e)/BC,r0 ,图示凸轮机构中，导路位于右侧。,C,作者：潘存云教授,设计：潘存云,同理，当导路位于中心左侧时，有：, CP = ds/d + e,=(ds/d+e)/(s0+s),tg=(OP+e)/BC,e ,OP= v/,= ds/dt / d/dt,=ds/d,此时，当偏距e增大时，压力角反而增大。,对于直动推杆凸
8、轮机构存在一个正确偏置的问题！,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,“+” 用于导路和瞬心位于凸轮回转中心的两侧；,显然，导路和瞬心位于中心同侧时，压力角将减小。,注意：用偏置法可减小推程压力角，但同时增大了回 程压力角，故偏距 e 不能太大。,正确偏置：导路位于与凸轮旋转方向相反的位置。,正确偏置,错误偏置,“-” 用于导路和瞬心位于凸轮回转中心的同侧；,设计时要求：,于是有：,对心布置有：tg=ds/d/ (r0+s）,提问：在设计一对心凸轮机构设计时，当出现 的情况，在不改变运动规律的前提下，可采取哪些措施来进行改进？,确定上述极值r0min不方便，工程上常根据诺模图来确定r0 。见下页
9、,1)加大基圆半径r0 ，,2)将对心改为偏置，,3)采用平底从动件,tg=(ds/d-e)/(r02-e2)1/2+s,=0,r0 ,e ,1.凸轮廓线设计方法的基本原理,34 凸轮轮廓曲线的设计,2.用作图法设计凸轮廓线,1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮,2)对心直动滚子从动件盘形凸轮,3)对心直动平底从动件盘形凸轮,4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮,5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构,3.用解析法设计凸轮的轮廓曲线,直动,摆动,作者：潘存云教授,设计：潘存云,一、凸轮廓线设计方法的基本原理,反转原理：,依据此原理可以用几何作图的方法 设计凸轮的轮廓曲线，例如：,给整个凸轮机构施以-时，不影响各构
10、件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。,作者：潘存云教授,设计：潘存云,已知凸轮的基圆半径r0，角速度（方向）和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,设计步骤小结：,选比例尺l作基圆r0。,反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。,确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。,将各尖顶点连接成一条光滑曲线。,1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮,二、图解法设计（绘制）盘形凸轮轮廓,作者：潘存云教授,2)对心直动滚子从动件盘形凸轮,设计：潘存云,理论轮廓,实际轮廓,作各位置滚子圆的内(外)包络线。,已知凸轮的基圆半径r0，角速度 （方向），滚子半径rT和从动件的运动
11、规律，设计该凸轮轮廓曲线。,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,设计：潘存云,a工作轮廓的曲率半径，理论轮廓的曲率半径， rT滚子半径,rT,arT0,滚子半径的确定:,arT,rT,arT0,轮廓正常,轮廓变尖, rT,arT,轮廓正常,外凸,对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使： rT min,作者：潘存云教授,3)对心直动平底推杆盘形凸轮,设计：潘存云,已知凸轮的基圆半径r0，角速度 （方向）和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。,作平底直线族的内包络线。,作者：潘存云教授,设计：潘存云,已知凸轮的基圆半径r0，角速度 （方向）和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。,4)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮,作者：潘存云教授,5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构,设计：潘存云,已知凸轮的基圆半径r0，角速度 （方向） ，摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。,补充作业 设计一对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构。已知凸轮逆时针方向等角速度回转,从动件最大行程h=16mm, 基圆半径rmin=20mm, =150(等速运动), s=30, =120(等速运动),s=60,取比例尺1:1, 作出从动件位移线图和凸轮轮廓,保留作图线。,
