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1、第三章凸轮机构及其设计3-1概述1凸轮机构的根本组成及应用特点组成：凸轮、从动件、机架运动特征：主动件凸轮作匀角速回转，或作匀速直线运动， 从动件能实现各种复杂的预期运动规律。尖底直动从动件盘形凸轮机构、尖底摆动从动件盘形凸轮机构 滚子直动从动件盘形凸轮机构、滚子摆动从动件盘形凸轮机构 圆柱凸轮机构、移动凸轮机构、平底直动从动件盘形凸轮机构 端面圆柱凸轮机构、燃机配气凸轮机构优点：1从动件易于实现各种复杂的预期运动规律。2构造简单、紧凑。3便于设计。缺点：1高副机构，点或线接触，压强大、易磨损，传力小。2加工制造比低副机构困难。应用：主要用于自动机械、自动控制中如轻纺、印刷机械。2凸轮机构的分
2、类1. 按凸轮形状分：盘型、移动、圆柱2. 按从动件运动副元素分：尖底、滚子、平底、球面P1973. 按从动件运动形式分：直动、摆动4. 按从动件与凸轮维持接触的形式分：力封闭、形封闭3凸轮机构的工作循环与运动学设计参数 3-2凸轮机构根本运动参数设计一.有关名词行程一从动件最大位移ho推程一sT的过程。回程一S |的过程o推程运动角一从动件上升h,对应凸轮转过的角度。远休止角一从动件停留在最远位置，对应凸轮转过的角度。回程运动角一从动件下降h,对应凸轮转过的角度。近休止角一从动件停留在低远位置，对应凸轮转过的角度。一个运动循环 凸轮：转过2冗，从动件：升停降停 基圆一以理论廓线最小向径r0作
3、的圆。尖底从动件：理论廓线即是实际廓线。滚子从动件：以理论廓线上任意点为圆心，作一系列滚子圆，其 包络线为实际廓线。从动件位移线图从动件位移S与凸轮转角 或时间t之间的对应关系曲线。从动件速度线图移对时间的一次导数加速度线图位移对时间的二次导数统称从动件运动线图度量基准在理论廓线上1从动件位移，：推程、回程均从最低位置度量。2凸轮转角8: 从行程开场对应的向径度量以。为圆心，O至行程起始点为半径作弧与导路中心线相交得 P 点，ZPOX=8。举例：1. 对心尖底直动从动件盘形凸轮机构：推程、回程2. 偏置尖底直动从动件盘形凸轮机构：推程、回程二、从动件运动规律设计1. 工作循环图与凸轮工作转角确
4、实定（发动机配气凸轮机构）2. 2.从动件运动规律1等速运动h位移：二眨h速度v = 3加速度a=0理论上，行程开场和行程完毕 处，速度有突变，加速度8,惯性力 8,称刚性冲击。由于材料有弹性变形，不可能到达8，但仍然有强烈的冲击。只适用于低速轻载2等加速度、等减速度运动等加速度2 h s = lT 2 24 h o.V kT 0T2等减速度72叽小s = h -( 2、 ，Zv = -(-T) 24ha co2 24 h o 2 a T 2加速度有突变，惯性力有突变产生柔性冲击，适用于中速轻载。3余弦加速度运动规律h丸、s = (1 cos T)2h丸.丸v sin Th丸20 2丸a -
5、2cos T加速度有突变，存在柔性冲击，适用于中速。4摆线运动规律正弦加速度12兀“厂或Sin正平)h、2兀“V = i (1 - cos甲)。2兀h2 . 2兀一a =sin 甲9加速度无突变，既无刚性冲击 又无柔性冲击，适用于高速。5多项式运动规律组合运动规律:,3-4-5次多项式P1428段曲线组合的发动机高速凸轮运动规律 3-3凸轮机构根本运动参数设计一、凸轮机构的压力角和自锁Q工作阻力，、R2总反力F驱动力取从动件构件2为脱离体： Q + R + R + F = 0 大小：/? 1 ? 2 ?方向：JJJ/ 不能作出力多边形，将RR2合 成为一个力，R = R1 + R2 有：Q +
6、 R + F = 0大小：/? ?方向：JJJ因而机构不能运动，称自锁作出力多边形如左图，知Q不变，R方向亦不变，当a T , FT, a增大至a iim使F与R平 行，F8,说明：在外载荷Q作用下，为维持平 衡，F需无穷大，这显然不可能,进一步说明：1. 构造参数U,bJ,R1、R2交点q远，合力R趋向水平，而F 方向不变，为克制一样的工作阻力Q,可使F；o2. 即使a T不出现F8,但F很大，高副压强大，易磨损，且机械 效率“,机构传动不利，故压力角a不能太大。这种现象必须防止。为此，必须规定一个许用压力角a o推程：摆动从动件：a=4050直动从动件：a=3038回程:a =70-80凸
7、轮机构的设计过程1）根据工作要求选定凸轮机构的形式；凸轮：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮等从动件：直动、摆动2）选择从动件运动规律；运动规律函数、行程推程运动角6远休止角%、回程运动角气、近休止角$4。3）合理确定机构构造尺寸；基圆半径、滚子半径直动从动件：偏距。及方向。摆直动从动件：从动件长度、机架长度。验算：压力角a max 口 4）设计凸轮轮廓曲线5）凸轮机构的构造设计二.移动从动件盘形凸轮机构根本尺寸的设计设计中除了要有良好的受 力特性，还希望机构尽量紧凑。而凸轮大小取决于基圆半径ro,而ro的大小又与a直接有 关系，作理论廓线的法线n-n,与过O点与导路相垂直的直线交于P点，由三心定理
8、P点即 为相对瞬心。OP=V/3=(ds/dt)/(d0/dt)=ds/d0那么由ACDP可得ds- edqtan a =S + S 0ds - e dqS + J - e2其中：ds/d中为位移曲线的斜率，推程为正，回程为负。I ds / d - er = (- S )2 + e 2在其它条件不变时a个J，尺寸小。设计时，取a= a 为保证有较小的a，偏距。应取在瞬心同一侧。摆动从动件盘形凸轮机构根本尺寸的设计ni根本概念逆向型推程：从动件转向与凸轮转向相反 正向型推程：从动件转向与凸轮转向一样 图a和图b所示分别为逆向型和同向型凸轮机构(a)逆向型(b)同向型由图知，凸轮理论轮廓上以O为极
9、点，极径为p的方程为p =、：L2 +12 - 2Ll cos( +W) (1)由图中的几何关系有：L +12 - r 2COSw =L (2)02Lll sin Wtan p =o30 L -1 cosW (3)tan昨上堕(4L -1 cos(v +W)对应的极角为逆向型=中+ (80-P) (5)同向型=中-(P0 -P ) (6)由上述公式知，即使在构造参数和运动规律w =w ()完全 一样的条件下，分别按逆向型设计和正向型设计所的到的两个凸轮 的形状是不同的。3-4平面凸轮轮廓曲线的设计反转法对整个机构加上一公共 角速度-3，而获得从动件相 对凸轮的一系列位置。对心尖底直动从动件盘形
10、凸 轮机构凸轮轮廓设计:基圆半径r,偏距e,运动规 律，凸轮转向滚子从动件盘形凸轮机构 在理论轮廓上作一系列滚子 圆，其包络线为凸轮实际廓线。凸轮的基圆半径在理论廓线 上。偏置尖底直动从动件盘形凸 轮机构凸轮轮廓设计摆动从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓 设CG系列发动机进、排气摇臂均由曲柄回 转中心问题:同一凸轮驱动，进气机构为逆向设计，排气机构为正向设计。在 运动规律、基圆半径、摇臂长度、中心距等参数完全一样的条件 下，按逆向设计和正向设计所获得的凸轮型线是不同的，而CG 发动机又是同一凸轮驱动，我国CG发动机源于日本，日本人是 怎么进展设计的？3-5凸轮机构从动件的设计 1从动件高副元素的选择尖
11、底、滚子、平底2滚子半径及平底宽度确实定1滚子半径确实定滚子从动件凸轮的实际轮廓曲线，是以理论轮廓上各点为圆 心作一系列滚子圆的包络线而形成，滚子选择不当，那么无法满足 运动规律。a凹的凸轮轮廓曲线a实际轮廓b理论轮廓p理论轮廓曲率半径p，实际轮廓曲率 半径P，= P + rT，无论滚子 半径大小如何，那么总能 作出实际轮廓曲线b外凸的凸轮轮廓曲线由于 Pr = P- rT当p 七时，p， 0，实际 轮廓可作出。 -优选 假设p= rT, p，= 0,实际轮廓出现尖点，易磨损，可能使用。假 设PVrT，那么p， rT，即:p min -七 0，为防止产生过度切割，可rT ；，或r个使 曲线平坦
12、，即增吗。因此可规定一许用曲率半径P，即：P，. = p . r P， , p = 3-5mm一旦给出p，,求出P min，即可求出滚子半径 最大值。即 2)3/2p = XX XVX = dx/疑;y = dy/疑;X = d2x/d中2； y = d2y/d中2在设计中，先根据构造、强度、条件选择滚子半径rT，然后枝 核，p硕，假设不能满足，那么加大尸。基圆。重新设计。滚子半径rt必须小于理论轮廓曲线外凸局部的最曲率半径pds,/ds、/ds、d0 maxb =(十)+、) d中 min通常取:dsb = 2() + (3 - 5)mm d中max习题3-1、 3-3、 3-53-7、3-8
