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1、机械设计基础,主编,第六章 凸轮机构,第一节 凸轮机构的应用与分类 第二节 从动件的常用运动规律 第三节 图解法设计盘形凸轮的轮廓曲线 第四节 凸轮机构设计中应注意的问题,第六章 凸轮机构,图6-1 冲床装卸料凸轮 机构示意图,第六章 凸轮机构,图6-2 自动送料机构,第一节 凸轮机构的应用与分类,一、凸轮机构的组成、特点和应用 1.凸轮机构的组成 2.凸轮机构的特点 (1)凸轮机构的主要优点 只要设计的凸轮轮廓符合要求，就能使从动件实现任意给定的运动规律，且结构简单紧凑、工作可靠、设计方便。 (2)凸轮机构的主要缺点 1)凸轮与从动件之间为点或线接触，不便润滑、易于磨损。 2)凸轮轮廓形状复
2、杂，加工比较困难。 3.凸轮机构的应用 二、凸轮机构的分类,第一节 凸轮机构的应用与分类,凸轮机构通常按凸轮形状、从动件形式分类，常用凸轮机构的分类见表61。,表6-1 常用凸轮机构的分类,1.按凸轮形状分类 (1)盘形凸轮 盘形凸轮是凸轮的最基本形式，在工程中应用最为广泛，是一个绕固定轴转动并且具有变化半径的盘形零件，如图6-3a所示。 (2)移动凸轮 可将移动凸轮看成是回转中心趋于无穷远的盘形凸轮的一部分，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮，如图6-3b所示。,第一节 凸轮机构的应用与分类,(3)圆柱凸轮 将移动凸轮卷成圆柱体即成为圆柱凸轮，如图6-3c所示。 2.按从动件的形状
3、分类 (1)尖端从动件 如图6-4a所示，从动件尖端能与复杂的凸轮轮廓保持接触，因而能实现任意预期的运动规律；但磨损快、效率低，只适用于受力不大的低速凸轮机构。 (2)滚子从动件 如图6-4b所示，这种从动件滚子和凸轮轮廓之间为滚动摩擦，耐磨损，可以承受较大的载荷，是最常用的一种从动件形式。,第一节 凸轮机构的应用与分类,图6-3 按凸轮形状分类 a)盘形凸轮 b)移动凸轮 c)圆柱凸轮,第一节 凸轮机构的应用与分类,图6-4 按从动件的形状分类 a)尖端从动件 b)滚子从动件 c)平底从动件,第一节 凸轮机构的应用与分类,(3)平底从动件 如图6-4c所示，从动件与凸轮轮廓表面接触的端面为一
4、平面。 3.按从动件运动形式分 (1)直动从动件 这种从动件作往复直线运动。 (2)摆动从动件 如图6-5所示，这种推杆作往复摆动。,图6-5 摆动从动件,第二节 从动件的常用运动规律,一、凸轮机构的基本参数和运动参数 凸轮机构工作时，随着凸轮的转动，在向径逐渐变化的凸轮轮廓作用下，从动件沿固定直线往复移动或绕固定点往复摆动。 1.基圆 2.推程和推程角,图6-6 对心直动尖端从 动件盘形凸轮机构,第二节 从动件的常用运动规律,3.远休止角和近休止角 4.回程与回程角 5.行程 6.偏距,图6-7 凸轮等速运动在推程过程中的运动线图 a)位移线图 b)速度线图 c)加速度线图,第二节 从动件的
5、常用运动规律,图6-8 从动件在推程中的等加速等减速运动线图 a)位移线图 b)速度线图 c)加速度线图,第二节 从动件的常用运动规律,二、等速运动规律 当凸轮等速运动(一般为等角速度转动)时，从动件在运动过程中的速度为一常数，这种运动规律称为等速运动规律。 三、等加速等减速运动规律 在这种运动规律中，从动件在推程或回程的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且在通常的情况下，两部分的加速度都等于a0。,第三节 图解法设计盘形凸轮的轮廓曲线,图6-9 反转法绘制凸轮廓线的原理 a)凸轮转动时的真实运动情况 b)采用反转法时凸轮机构的运动情况,第三节 图解法设计盘形凸轮的轮廓曲线,一、尖端对心
6、移动从动件盘形凸轮轮廓设计 图610a所示为从动件导路通过凸轮回转中心的尖端对心直动从动件盘形凸轮机构。,图6-10 尖端对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计 a)尖端对心直动从动件盘形凸轮机构 b)从动件的位移线图,第三节 图解法设计盘形凸轮的轮廓曲线,二、尖端偏置移动从动件盘形凸轮轮廓设计 图611a所示为一尖端偏置移动从动件盘形凸轮机构。 1)选取适当的比例尺，作出从动件的位移线图。 2)选取同样的比例尺，以O 为圆心，rb为半径作基圆，并根据从动件的偏置方向画出从动件的起始位置线，该位置线与基圆的交点B0，便是从动件尖端的初始位置。 3)以O为圆心、OKe 为半径作偏距圆，该圆与从动件的起始
7、位置线切于K点。 4)自K点开始，沿(-)方向将偏距圆分成与图6-11b横坐标对应的区间和等分得若干个分点。,第三节 图解法设计盘形凸轮的轮廓曲线,5)在上述切射线上，从基圆起向外截取线段，使其分别等于图6-11b中相应的坐标，即C1B111，C2B222, ,得点B1，B2，B11，这些点即代表反转过程中从动件尖端依次占据的位置。,图6-11 尖端偏置直动从动件盘形凸轮轮廓设计 a)尖端偏置移动从动件盘形凸轮机构 b)从动件的位移曲线,第三节 图解法设计盘形凸轮的轮廓曲线,三、滚子偏置移动从动件盘形凸轮轮廓设计 对于图612所示滚子偏置移动从动件盘形凸轮机构，当用反转法使凸轮固定不动后，从动
8、件的滚子在反转过程中将始终与凸轮轮廓曲线保持接触，而滚子中心将描绘出一条与凸轮廓线法向等距的曲线。,图6-12 滚子偏置移动从动件盘形凸轮轮廓设计 a)滚子偏置移动从动件盘形凸轮机构 b)从动件的位移曲线,第四节 凸轮机构设计中应注意的问题,一、压力角 压力角是衡量凸轮机构传力特性好坏的一个重要参数。,图6-13 凸轮机构的压力角,第四节 凸轮机构设计中应注意的问题,1.压力角与作用力的关系 2.压力角与机构尺寸的关系 3.许用压力角 二、基圆半径的选取 压力角的大小与基圆半径有关。 1.根据凸轮的结构确定rb 2.根据推程角和最大压力角确定rb 三、滚子半径的选择 在滚子从动件凸轮机构中，滚
9、子半径的选择要综合考虑滚子的结构、强度、凸轮轮廓曲线形状等因素，特别是不能因滚子半径选得过大造成从动件运动规律失真等情况。 1.凸轮轮廓内凹,第四节 凸轮机构设计中应注意的问题,图6-14 滚子半径的选择 a) b)0 c)=0 d)0,第四节 凸轮机构设计中应注意的问题,2.凸轮轮廓外凸 四、凸轮的结构与材料 1.凸轮在轴上的固定方式 2.滚子及其联接,图6-15 常见的几种滚子结构 a)从动件底端用螺栓联接 b)滚子与从动件底端用销轴联接 c)滚子和轴之间增加滚子套,第四节 凸轮机构设计中应注意的问题,3.凸轮和滚子的材料 1 .滚子从动件盘形凸轮机构凸轮的理论轮廓线与实际轮廓线之间存在什
10、么关系？两者是否相似？ 2.已知一滚子摆动从动件盘形凸轮机构，因滚子损坏，现更换了一个外径与原滚子不同的新滚子。 3.凸轮机构的压力角是什么？为什么要规定许用压力角？回程压力角为什么可以大一些？凸轮机构的压力角与凸轮的压力角有何区别？ 4.平底从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓曲线为何一定要外凸？而滚子从动件盘形凸轮机构凸轮理论轮廓线却允许内凹，且在内凹段一定不会出现运动失真？,第四节 凸轮机构设计中应注意的问题,1.试举出生活中、生产中运用凸轮机构的两个实例，并分析其各属于什么类型。 2.试利用合适的测量工具，对一个盘形凸轮的基本参数进行测量。 3.查询有关资料，设计一送料凸轮机构。 4.通过网络搜
11、索引擎，查询凸轮轮廓及凸轮机构计算机辅助设计的相关知识。 1)设计要求的输入。 2)根据使用场合和工作要求，选择凸轮机构类型。 3)根据工作要求选择或设计从动件运动规律。 4)确定凸轮机构基本参数。 5)建立凸轮轮廓曲线方程和刀具轨迹，计算凸轮轮廓曲率半径，进行压力角检验及轮廓是否变尖或失真检验。,第四节 凸轮机构设计中应注意的问题,6)力分析，力锁合弹簧的设计。 7)材料及热处理方法选择，重要场合时的凸轮副接触强度校核。 8)机构结构设计，装配图绘制，零件工作图绘制。 9)机构的三维造型，运动模拟，机构所占空间尺寸检验。 一、填空题 61 按凸轮的外形分，凸轮机构主要分为凸轮和凸轮两种基本类型。 二、选择题 611 理论廓线相同而实际廓线不同的两个对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，其从动件的运动规律（ ）。 三、分析计算题 616 设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮。,第四节 凸轮机构设计中应注意的问题,1)试在图上标出从C点接触到D点接触时，凸轮转过的角度及从动件走过的位移。 2)标出在D点接触时凸轮机构的压力角。,题6-17图,
