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1、第3章 凸轮机构,1.了解凸轮机构的应用和分类； 2.熟悉从动件常用的运动规律 ； 3.掌握图解法设计盘形凸轮轮廓曲线 ； 4.掌握凸轮机构基本尺寸的确定。,本章教学目的,本章教学内容,3.1凸轮机构的特点、应用和分类 3.2从动件常用的运动规律 3.3图解法设计盘形凸轮轮廓曲线 3.4凸轮机构基本尺寸的确定,3.1 凸轮机构特点、应用和分类 3.1.1凸轮机构的特点 1.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 2.应用：广泛应用于各种自动机械和自动控制装置中 ，如内燃机配气机构、 自动送料凸轮机构和仿 形刀架,自动送料凸轮机构,3. 分类 1)按凸轮形
2、状分：盘形、 移动、圆柱凸轮( 端面 ) 2）按从动件的形状来分：尖顶、滚子和平底从动件,3）按凸轮与从动件保持接触（称为封闭）的方式来分：力封闭和形封闭,3-2 从动件常用的运动规律,3.2.1凸轮机构运动过程及有关名称,名词术语：基圆，基圆半径r0，推程，回程，推程运动角0，远休止角s，回程运动角0，近休止角 h，行程h。 3.2.2从动件的常用运动规律 1等速运动规律,推程,回程,由加速度引起的惯性力在理论上为无穷大。而实际上，由于材料的弹性变形，加速度和惯性力不会达到无穷大，但是会引起强烈的冲击，这种冲击称为刚性冲击。因此等速运动规律只适用于低速轻载的凸轮机构。,2等加速等减速运动规律
3、.,前半推程,后半推程,在推程开始、结束和由等加速过渡到等减速的瞬间，加速度出现有限值的突变，这将产生有限惯性力的突变而引起冲击，这种冲击称为柔性冲击。它比刚性冲击要小得多。所以一般用于中、低速凸轮机构。,3简谐（余弦加速度）运动规律,推程,回程,由图可知，从动件在运动的始末两位置加速度有突变，所以也会引起柔性冲击，因此在一般情况下只适用于中速凸轮机构。需注意的是：当从动件作升降升运动循环时，且在推程和回程中都采用简谐运动规律，则可得到连续的加速度曲线，这种情况将无刚性冲击也无柔性冲击，所以可用于高速凸轮机构中。,3.3 图解法设计盘形凸轮轮廓曲线 3.3.1反转法原理 给整个凸轮机构施以-时
4、， 不影响各构件之间的相对 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。,3.3.2对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计,1选择长度比例尺l (实际线性尺寸/图样线性尺寸)和角度比例尺（实际角度/图样线性尺寸），作从动件位移曲线s=s()。 2将位移曲线图的推程和回程所对应的转角分成若干等份(图中推程分8份，回程分6份)。 3按长度比例尺l作图，以r0为半径作基圆，此基圆与导路的交点A便是从动件尖顶的起始位置。 4自OA沿的相反方向取角度0，s，h，s，并将它们各分成与图3-11b对应的若干等分得1、2、3点。连接O1、O2、O3，并延长各径向线，它们便是反转后
5、从动件导路线的各个位置。,5在图3-11b的位移曲线中量取各个位移量，11，随后在图3-11a中沿各径向等分线对应由基圆向外量取，得到1，等点，即为推杆在复合运动中其尖顶所占据的一系列位置。 6将1，等点连成光滑的曲线，即是所要求的凸轮轮廓。 3.3.3对心移动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计,滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线绘制与尖顶从动件的基本相同，其步骤如下： 1将滚子中心作为尖顶从动件的尖顶，按上述尖顶从动件凸轮轮廓曲线的绘制方法画出理论轮廓曲线L0。 2以理论轮廓曲线L0上各点为圆心，以滚子半径rT为半径画出一系列圆，作这些圆的内包络线L。L就是所要设计的滚子从动件盘形凸轮的工作轮廓曲线。
6、 需注意的是：在盘形凸轮机构中，以凸轮轴心为圆心，凸轮轮廓最小向径值为半径作的圆，称为凸轮工作轮廓基圆，作图中的r0是指凸轮理论轮廓基圆的半径。,3.3.4对心平底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 对于平底从动件，其设计步骤和滚子从动件基本相同。设计步骤如下：1把平底与导路的交点A看作尖顶从动件的尖顶，按照尖顶从动件的设计步骤作出一系列点，等。 2过点，作一系列代表反转后从动件平底位置的直线。 3作切于代表平底位置的一系列直线的包络线，该包络线就是凸轮的工作轮廓曲线。,3.4.5偏置直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计,1选适当作图比例尺，以r0为半径作基园，e为半径作偏距园。 2过K点作偏距圆的
7、切线KA，与基圆相交于A点。A点就是从动件的起始点，该切线就是从动件导路线的起始位置。 3由A点开始，沿w反方向将基圆分成与位移线图相同的等分，得到各等分点1，2，3，。过1，2，各点作偏距圆的切线并延长，则这些切线即为从动件在反转过程中所依次占据的位置。,4在位移曲线中量取各个位移量，11，随后在图3-16中对应沿各切线由基圆向外量取，得到1，等点，即为推杆在复合运动中其尖顶所占据的一系列位置。 5将1，等点连成光滑的曲线，即是所要求的凸轮轮廓。,3-5 凸轮机构基本尺寸的确定 3.5.1凸轮机构的压力角 1压力角与作用力的关系,将力F分解为F1和F2两个分力，分力F1推动从动件沿B处上移，
8、是有用分力；分力F2与从动件运动方向垂直，使从动件在B处紧压在导路上，而产生摩擦力，阻止从动件上移，是有害分力。 以上分析可知：为改善传力性能，避免自锁，压力角越小越好。,2压力角与基圆半径的关系,因,所以,由式可知，若给定从动件运动规律，则w1，vB2，s均已知，当压力角越大时，则其基圆半径越小，结构尺寸也越小。因此，结构尺寸越紧凑，压力角越大越好。,由上式可见，机构的急回特性取决于极位夹角的大小。当0时，K1，机构无急回特性。角越大，K值越大，机构的急回特性也越高。但从动件加速度越大，惯性力也越大，机构震动越大，稳定性越差，一般K2.,2.3.3 压力角与传动角,压力角：从动件驱动力F与力
9、作用点绝对速度之间所夹锐角。 Ft=Fcos 有用分力 Fn=Fsin 有害分力 可得：越小，有用分力越大，传力性能越好。 压力角的余角称为传动角，传动角易于观察和测量，通常使传动角的最小值min大于或等于其许用值,2.3.4 死点位置,摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有=0，此时机构不能运动.该位置称为机构的死点位置。,摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有=0，此时机构不能运动.该位置称为机构的死点位置。,2.5.2 用图解法设计平面四杆机构,1、按给定连杆位置设计四杆机构 给定连杆的三个位置B1C1、B2C2和B3C3，如图2-35所示,设计四杆机构过程如下。 （1）选定长度比例
10、尺 绘出连杆的三个位置B1C1、B2C2和B3C3。 （2）连接B1B2、B2B3、C1C2、C2C3，分别作线段B1B2、B2B3、C1C2、C2C3的垂直平分线b12、b23、c12、c23，b12、和b23相交于点A，c12、c23相交于点D，A，D两点即是两个连架杆的固定铰链中心。连接AB1、C1D、B1C1、AD，即得所求的四杆机构。,（3）测量AB1、C1D、AD，经过计算可得所求各杆的长度。 2、按给定行程速度变化系数K设计四杆机构,按行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构，已知曲柄机构摇杆LCD的长度及摇杆摆角和速度变化系数K。用作图法设计曲柄摇杆机构。设计的实质是确定铰链中心A点
11、的位置，定出其他三杆的尺寸LAB、LBC和LCD。其设计步骤、如下： (1)由给定的行程速比系数K，按式：，求出极位夹角； (2)任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度LCD和摆角，做出摇杆两个极限位置C1D和C2D。 (3)连接C1和C2，作C1C2O=90，C2C1O= 90，C2O与C1O相交于O点，由图可见，C1OC2=2。,(4)以O为圆心，OC1为半径作一圆m，此圆上任取一点A作为曲柄的固定铰链中心。连接AC1和AC2，因同一圆弧的圆周角相等，故C1AC2C1OC2/2。 (5)因极限位置是曲柄与连杆共线。故AC1（LBCLAB）/2，AC2（LBCLAB）/2，从而得曲柄长度LAB
12、（AC2AC1）/2，连杆长度LBC（AC2AC1）/2。LCD长度测量可得出。,3、按给定的运动轨迹设计四杆机构 连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同。,按行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构，已知曲柄机构摇杆LCD的长度及摇杆摆角和速度变化系数K。用作图法设计曲柄摇杆机构。设计的实质是确定铰链中心A点的位置，定出其他三杆的尺寸LAB、LBC和LCD。其设计步骤、如下： (1)由给定的行程速比系数K，按式：，求出极位夹角； (2)任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度LCD和摆角，做出摇杆两个极限位置C1D和C2D。 (3)连接C1和C2，作C1C2O=90，C2C1O= 90，C2O与C1O相交于O点，由图可见，C1OC2=2。,
