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1、,第3章 凸轮机构,Machinery Foundation,第3章 凸轮机构,目 录,3.1 凸轮机构的构成、功用及分类,3.2 从动件常用的运动规律及其选择,3.3 用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线,Machinery Foundation,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,3.1 凸轮机构的构成、功用及分类,Machinery Foundation,第3章 凸轮机构,凸轮机构是高副机构，主要由凸轮、从动件和机架组成，其结构运动简图如下图3-1所示。,3.1 凸轮机构的构成、功用及分类,凸轮机构,Machinery Foundation,第3章 凸轮机构,分类, 平面凸轮机构,按其运动形式，分
2、为：(如下图3-1所示）, 空间凸轮机构,3.1.1 凸轮机构的构成、应用,Machinery Foundation,图3-1 凸轮机构的运动简图 a)平面凸轮机构 b)空间凸轮机构 c)移动凸轮机构,1-凸轮 2-从动件 3-机架,第3章 凸轮机构,3.1 凸轮机构的构成、功用及分类,Machinery Foundation,应用实例,凸轮机构的应用,图3-2 内燃机配气凸轮机构,（一）内燃机配气凸轮机构 1凸轮 2弹簧 3导套 4气门挺杆,第3章 凸轮机构,3.1 凸轮机构的构成、功用及分类,Machinery Foundation,图3-2 凸轮绕线机构 1-凸轮 2-从动轴叉 3-绕线
3、轴,（二）凸轮绕线机构,（三）自动送料机构,图3-2 自动送料机构,第3章 凸轮机构,3.1 凸轮机构的构成、功用及分类,Machinery Foundation,由上述例子可以看出，凸轮是一个具有一定形状的曲线轮廓或凹槽的构件，当凸轮运动时，通过其轮廓或凹槽与从动件接触，使从动件实现预定的运动。从动件的运动规律完全取决于凸轮轮廓的形状。,优点,结构简单、紧凑，工作可靠,缺点,由于凸轮与从动件之间为点接触或线接触，易于磨损,第3章 凸轮机构,3.1 凸轮机构的构成、功用及分类,3.1.2 凸轮机构的特点,Machinery Foundation, 盘形凸轮（图3-1） 移动凸轮（图3-1c）
4、柱凸轮（图3-4）,3.1.3 凸轮机构的分类,（1）按凸轮的形状,（2）从动件端部形状分类, 尖顶从动件（图3-3） 滚子从动件（图3-1b) 平底从动件（图3-2）,第3章 凸轮机构,3.1 凸轮机构的构成、功用及分类,3.2 从动件常用的运动规律及其选择,Machinery Foundation,第3章 凸轮机构,Machinery Foundation,3.2 从动件常用的运动规律及其选择,第3章 凸轮机构,3.2.1 凸轮轮廓曲线与从动件运动规律的关系,从动件的运动规律即是从动件的位移s、速度v和加速度a随时间变化的规律。,实例,现以对心移动尖顶从动件盘形凸轮机构为例，说明凸轮与从动
5、件的运动关系。,如下图：3-5a为凸轮机构 3-5b为从动件位移曲线,Machinery Foundation,图3-5 凸轮与从动杆的运动关系,第3章 凸轮机构,3.2 从动件常用的运动规律及其选择,Machinery Foundation,3.2 从动件常用的运动规律及其选择,第3章 凸轮机构,3.2.2 常用从动件运动规律,（一）等速运动规律,当凸轮一等角速度 转动时，从动件在推程或回程中的速度为常数，如图3-6所示。,图3-6 等速运动线图,Machinery Foundation,3.2 从动件常用的运动规律及其选择,第3章 凸轮机构,（二）等加速等减速运规律,图3-7 等加速等减速
6、运动线图,Machinery Foundation,3.2 从动件常用的运动规律及其选择,第3章 凸轮机构,（三）简谐运动规律,图3-8 简谐运动线图 a)推程 b)回程,3.3 用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线,Machinery Foundation,第3章 凸轮机构,3.3 用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线,凸轮的轮廓设计曲线可用解析法或作图法得出。作图法简单易行，具有一定的准确度。,Machinery Foundation,第3章 凸轮机构,所采用的方法,绘制凸轮曲线时常采用反转法（如图3-9所示）。此原理适用于各种凸轮轮廓曲线的设计。,Machinery Foundation,第3章 凸
7、轮机构,图3-9 反转法原理,3.3用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线,选择适当的比例尺 ，取横坐标表示凸轮的转角，纵坐标表示从动件的位移,按区间等分位移曲线横坐标值，确定从动件的相应位移量。(图3-10a),Machinery Foundation,3.3.1尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制,几何法步骤,作基圆，作各区间分角线,3.3用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线,第3章 凸轮机构,Machinery Foundation,第3章 凸轮机构,绘制轮廓曲线（图3-10b）,图3-10 尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制,3.3用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线,把从动件滚子中心作为从动件的尖顶，
8、按照尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制方法，绘制凸轮轮廓曲线，成为理论轮廓曲线（图3-11 曲线B）,以理论轮廓曲线上的各点为圆心，以已经滚子半径为半径作一族滚子圆，再作这些圆的光滑内切曲线，即得滚子从动件盘形凸轮的工作轮廓曲线（图3-11),Machinery Foundation,3.3.2 滚子对心直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制,几何法步骤,第3章 凸轮机构,3.3用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线,Machinery Foundation,图3-11 滚子对心直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的绘制,第3章 凸轮机构,3.3用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线,第3章 凸轮机构,3.3.3 平底对心直动
9、从动件盘形凸轮轮廓曲线绘制 第一步 在平底上选一固定点，按尖顶从动件凸轮绘制的方法，求出理论轮廓上一系列点，通过这些点，画出各个位置的平底 第二步 做这些平底的内包络线，便得到凸轮的实际轮廓曲线,3.3用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线,第3章 凸轮机构,3.3.4 偏置移动尖顶从动件盘形凸轮 ）根据已知从动件的运动规律，作出从动件的 位移线图，并将横坐标分段等分。 ）在基圆上，任取一点作为从动件升程的 起始点，并过作偏距圆的切线，该切线即从动件 导路线的起始位置。 ）由点开始，沿的相反方向将基圆分成与 位移线图相同的等份，得各等分点，并过各点作偏距圆的切线并沿长，则这些切线即为从动件在反转过程中
10、依次占据的位置。,3.3用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线,第3章 凸轮机构,）在各条切线上自，截取，得，各点。将，各点连成光滑曲线，即为凸轮轮廓曲线,3.3用作图法设计盘形凸轮的轮廓曲线,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,Machinery Foundation,第3章 凸轮机构,设计凸轮机构不仅要保证从动件能实现预期的运动规律，还要求整个机构传力性能良好、结构紧凑。这些要求与凸轮机构的压力角、基圆半径、滚子半径等有关。,Machinery Foundation,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,第3章 凸轮机构,设计要求,3.4.1 凸轮的压力角,1 压力角的概念,压力角是从动件运动方向与凸轮给予
11、从动件的力的方向之间的夹角。,Machinery Foundation,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,第3章 凸轮机构,2 凸轮压力角的确定 图3-14所示为尖顶从动件凸轮机构，为压力角，F 是凸轮给予从动件的力，F 是有用分力，F ”是有害分力，其关系式为：,图3-14 凸轮的压力角,F=Ftan,当有效分力F 一定时，压力角越大，有害分力F ”就越大，机构的效率就越低。,Machinery Foundation,定义：当增大到一定程度，以致F ”引起的摩擦阻力大约有用分力F 时，无论凸轮给从动件的作用力有多大，从动件都不能运动的现象。,自锁,因此，为了防止自锁，应限制凸轮在推程中的最大压
12、力角 ，应使,式中为许用压力,第3章 凸轮机构,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,Machinery Foundation,设计时，可按图3-15所示方法，用角尺度检验最大压力角,图3-15 检查凸轮压力角的方法4,第3章 凸轮机构,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,Machinery Foundation,图3-17 便置从动件可减小压力角,如果 ，可采用增大凸轮基圆半径（图3-16）或将从动件导路恰当地偏向凸轮转动方向（图3-17）布置等措施，以减小最大压力角的值，满足使用要求。,图3-16 增大基圆半径减小压力角,第3章 凸轮机构,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,Machinery Foun
13、dation,3.4.2 凸轮的基圆半径,1）当凸轮与轴做成一体（凸轮轴）时,2）当凸轮装在轴上时,式中，r为凸轮半径（mm）； 为凸轮轮毂的半径（mm），一般 =（1.51.7）r； 为从动件滚子的半径（mm）。,第3章 凸轮机构,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,Machinery Foundation,图3-19 滚子半径的选择,3.4.3 滚子半径的选择,自相交叉现象,避免方法,第3章 凸轮机构,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,Machinery Foundation,注意：如果出现运动失真，可采用减小滚子半径的方法来解决。如果不能减小时，可适当增大基圆半径以增大理论轮廓线的最小曲率半径
14、。,3.4.4 材料和热处理,凸轮 45钢或40Cr，淬硬到5259HRC 15钢或20Cr，淬硬到5662HRC 渗碳处理的钢材,滚子 与凸轮相同的材料 碳素工具钢T8，淬硬到5559HRC 合适的滚动轴承,第3章 凸轮机构,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,Machinery Foundation,图3-20 整体式凸轮,凸轮的结构形式及与轴的固定方式有以下四种：,3.4.5 凸轮工作图,One 整体式,第3章 凸轮机构,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,Machinery Foundation,图3-21 整体式凸轮,Two 键连接式,Three 销链接式,图3-22 用销链接,第3章 凸轮
15、机构,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,Machinery Foundation,图3-21 弹性锥套和螺母连接式,Four 弹性开口锥套螺母连接式,第3章 凸轮机构,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,第3章 凸轮机构,3.4.6 凸轮机构在工程上应用的实例 （）配气凸轮机构 图-所示为内燃机中的配气凸轮机构。内燃机在燃烧过程中，驱动凸轮轴及其上的凸轮转动，通过凸轮的曲线轮廓推动配气摇臂摆动，并由配气摇臂推动进、排气门按特定的规律往复移动，从而达到控制气缸燃烧室中进、排气的功能,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,第3章 凸轮机构,（）摩托车换挡机构 图3-25所示为摩托车换挡机构。当圆柱凸轮绕其轴线
16、转动时，过其沟槽与换挡拨叉接触，推动换挡拨叉沿拨叉轴轴向移动，换挡拨叉带动换挡毂实现齿、和齿轮、的接合和分离，完成摩托车的换挡动作。,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,第3章 凸轮机构,（）缝纫机中的挑线凸轮机构 图3-26所示为缝纫机中的挑线凸轮机构。安装在挑线板上的小滚轮嵌在圆柱凸轮的螺旋状沟槽内，当凸轮绕自身轴线连续转动时，通过其沟槽推动小滚轮作相对移动，于是挑线板绕机架的轴摆动，成为摆杆，并使穿在挑线板右上方小孔中的针线被拉紧并不断向前输送，用以缝制服装。,3.4 凸轮机构基本尺寸的确定,第3章 凸轮机构,（）摆动筛机构 图3-27所示为摆动筛机构。主动偏心轮转动时，通过左右带轮带动筛体往复摆动。筛体悬挂在铰链连接的杆或平板弹簧上。这种机构由于采用两个挠性带，可
