凸轮机构分析【稻谷书店】

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1、机械机构机构的分析与维护 凸轮机构分析凸轮机构分析1内容详尽凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心2凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心主要内容主要内容1.1.凸轮机构的结构、特点、类型及应用；凸轮机构的结构、特点、类型及应用；2.2.从动件的常用运动规律及其选择；从动件的常用运动规律及其选择；3.3.用图解法绘制凸轮轮廓曲线的方法；用图解法绘制凸轮轮廓曲线的方法；4.4.凸轮机构的设计。凸轮机构的设计。 3凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心1. 1. 组成组成 一、凸轮机构的应用与分类一、凸轮机构的应用与分类 凸轮

2、机构由凸轮凸轮1、从动件从动件2、机架机架3三个基本构件及锁合装置锁合装置组成。是一种高副机构。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作连续等速转动，从动件则在凸轮轮廓的控制下按预定的运动规律作往复移动或摆动。 4凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心2. 2. 特点特点优点优点: :只要正确地设计和制造出凸轮的 轮廓曲线，就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所预期的复杂运动规律的运动，而且设计简单;凸轮机构结构简单、紧凑、运动可靠。缺点缺点: :凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保持良好的润滑，容易磨损。凸轮机构通常适用于传力不大的机械中。尤其广泛应用于

3、自动机械、仪表和自动控制系统中。 5凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心3. 应用：应用： 平面连杆机构虽然应用广泛，但它只能近似地实现给定的运动规律，且设计比较复杂。当从动件须精确地按预定运动规律尤其是复杂运动规律工作时，则常采用凸轮机构。 靠模车削机构自动送料机构6凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心4. 类型：A）按凸轮的形状分：）按凸轮的形状分：7凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心盘形凸轮盘形凸轮 其凸轮都是绕固定轴线转动且有变化向径的盘形构件。盘形凸轮机构简单，应用广泛，但限于凸轮径向尺寸不能变化太大，故

4、从动件的行程较短。移动凸轮移动凸轮 其凸轮是具有曲线轮廓、作往复直线移动的构件，它可看成是转动轴线位于无穷远处的盘形凸轮。圆柱凸轮圆柱凸轮 其凸轮是圆柱面上开有凹槽的圆柱体，可看成是绕卷在圆柱体上的移动凸轮，利用它可使从动件得到较大的行程。 8凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心B）按从动件末端形状分：）按从动件末端形状分：9凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心尖顶从动件凸轮机构尖顶从动件凸轮机构 其从动件的端部呈尖点，特点是能与任何形状的凸轮轮廓上各点相接触，因而理论上可实现任意预期的运动规律。尖顶从动件凸轮机构是研究其他型式从动件凸轮机构

5、的基础。但由于从动件尖顶易磨损，故只能用于轻载低速的场合。滚子从动件凸轮机构滚子从动件凸轮机构 其从动件的端部装有滚子，由于从动件与凸轮之间可形成滚动摩擦，所以磨损显著减少，能承受较大载荷，应用较广。但端部重量较大，又不易润滑，故仍不宜用于高速。平底从动件凸轮机构平底从动件凸轮机构 其从动件端部为一平底。若不计摩擦，凸轮对从动件的作用力始终垂直于平底，传力性能良好，且凸轮与平底接触面间易形成润滑油膜，摩擦磨损小、效率高，故可用于高速，缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。 10凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心所谓的锁合是指保持从动件与凸轮之间的高副接触。力锁合凸轮机

6、构力锁合凸轮机构 依靠重力、弹簧力或其他外力来保证锁合，如内燃机配气凸轮机构。形锁合凸轮机构形锁合凸轮机构 依靠凸轮和从动件几何形状来保证锁合。 C C）按锁合方式分：）按锁合方式分：11凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心所谓的锁合是指保持从动件与凸轮之间的高副接触。力锁合凸轮机构力锁合凸轮机构 依靠重力、弹簧力或其他外力来保证锁合，如内燃机配气凸轮机构。形锁合凸轮机构形锁合凸轮机构 依靠凸轮和从动件几何形状来保证锁合。 移动从动件凸轮机构（移动从动件凸轮机构（按其从动件导路是否通过凸轮回转中心分为对心对心移动从动件和偏置偏置移动从动件凸轮机构。） 摆动从动件凸轮机

7、构摆动从动件凸轮机构移动从动件凸轮机构按锁合方式分：按锁合方式分：按从动件相对机架的运动方式分为：按从动件相对机架的运动方式分为：12凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心二、从动件的常用运动规律二、从动件的常用运动规律1.1.凸轮轮廓曲线与从动件运动规律的关系凸轮轮廓曲线与从动件运动规律的关系 生产中对从动件运动的要求是多种多样的。 凸轮机构中，凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律，反之，从动件的不同运动规律要求凸轮具有不同形状的轮廓。因此，设计凸轮机构时，应首先根据工作要求确定从动件的运动规律，再据此来设计凸轮的轮廓曲线。 从动件的运动规律是指其位移s、速度v和加速

8、度a等随凸轮转角 而变化的规律。 这种规律可用方程表示，亦可用线图表示。这种规律可用方程表示，亦可用线图表示。 13凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心推程、远休止、回程、近休止推程、远休止、回程、近休止当凸轮连续转动时，从动件将重复上述运动过程。 14凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心15凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心2.2.从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 等速运动规律：等速运动规律：是指从动件在推程或回程的运动速度为常数的运动规律。凸轮以等角速度转动，从动件在推程中的行程为h。从动件作等速运动规

9、律的运动线图如图所示。其位移曲线为斜直线，速度曲线为平直线，加位移曲线为斜直线，速度曲线为平直线，加速度曲线为零线。速度曲线为零线。16凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心 由图可见，从动件在推程始末两点、处，速度有突变，瞬时加速度理论上为无穷大，因而产生理论上亦为无穷大的惯性力。而实际上，由于构件材料的弹性变形，加速度和惯性力不至于达到无穷大，但仍会对机构造成强烈的冲击，这种冲击称为“刚性冲击”或“硬冲”。因此，单独采用这种运动规律时，只能用于凸轮转速很低以及轻载的场合。 17凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心 由图可见，在推程的始末点和

10、前、后半程的交接处，加速度有突变，因而惯性力也产生突变，但它们的大小及突变量均为有限值，由此将对机构造成有限大小的冲击，这种冲击称为“柔柔性性冲冲击击”或或“软软冲冲”。在高速情况下，柔性冲击仍会引起相当严重的振动、噪声和磨损，因此这种运动规律只适用于中速、中载中速、中载的场合。 等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律: :是指从动件在一个行程中，前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。运动线图如图所示。其位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛物线，速度曲位移曲线为两段光滑相连开口相反的抛物线，速度曲线为斜直线，加速度曲线为平直线。线为斜直线，加速度曲线为平直线。作图方法如图所示。

11、18凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心由图可见，在推程始末点处仍有加速度的有限值的突变，即存在“软冲”，因此只适用于中、低速。但若从动件作无停歇的升降升型连续运动，则加速度曲线为光滑连续的余弦曲线，消除了“软冲”，故可用于高速。 余余弦弦加加速速度度运运动动规规律律: :是是指指从从动动件件加加速速度度按按余余弦弦规规律律变变化化的的运运动动规规律律。这种运动规律的运动线图如图所示。其位位移移曲曲线线为为简简谐谐曲曲线线，故又称为简谐运动规律，速速度度曲曲线线为为正正弦弦曲曲线，加速度曲线为余弦曲线。线，加速度曲线为余弦曲线。作图方法如图所示。19凸轮机构分析凸轮机

12、构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心移动从动件盘形凸轮移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的图解设计轮廓曲线的图解设计 设计一般精度凸轮时常被采用图解法。而设计高精度凸轮，则必须用解析法，但计算复杂。本节主要讨论图解法。 设计方法：设计方法：1.1.图解法图解法 2.2.解析法解析法基本原理：基本原理：反转法原理反转法原理 20凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心 设想给凸轮机构加上一个绕凸轮轴心并与凸轮角速度等值反向的角速度。根据相对运动原理，机构中各构件间的相对运动并不改变，但凸轮已视为静止，而从动件则被看成随同导路以角速度绕点转动，同时沿导路按预定运动规律作往复移

13、动。从动件尖顶的运动轨迹即为凸轮的轮廓。这就是图解法绘制凸轮轮廓曲线的原理，称为“反转法”。反转法原理反转法原理 21凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心反转法设计凸轮轮廓曲反转法设计凸轮轮廓曲线的方法和步骤线的方法和步骤 1.对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 2.对心滚子移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 3.偏置尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计 22凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计基圆半径R b1.选与位移线图一致的比例作凸轮的基圆 ；2.将基圆

14、分成与位移线图中相对应的等份；3.分别自基圆圆周向外量取从动件位移线图中相应的位移量 ；4.光滑连接各点即为所求的凸轮轮廓。 已知，如图23凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心24凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心对心对心滚子滚子移动移动从动从动件盘件盘形凸形凸轮轮轮轮廓曲廓曲线的线的设计设计 实际轮廓曲线 理论轮廓曲线 25凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心偏置偏置尖顶尖顶移动移动从动从动件盘件盘形凸形凸轮轮轮轮廓曲廓曲线的线的设计设计e已知：如图所示26凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教

15、学中心平低正置从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计平低正置从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计相当于滚子半径无穷大的情况，设计方法与滚子从动杆类似 1、从动杆轴线与平底的交点A看成尖顶从动杆的尖顶，按照尖顶从动杆凸轮机构轮廓曲线设计方法，得到理论轮廓曲线 2、A点与理论轮廓曲线重合做出相应的代表平底的直线。这些直线的包络曲线就是平底从动杆凸轮的实际轮廓曲线自学：摆动从摆动从动杆盘形凸轮轮廓曲线的设计动杆盘形凸轮轮廓曲线的设计27凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心凸轮机构设计中应注意的几个问题凸轮机构设计中应注意的几个问题 设计凸轮机构，不仅要保证从动件能实现预定的运动规律，还须使设

16、计的机构传力性能良好，结构紧凑，满足强度和安装等要求，为此，设计时应注意处理好下述问题。 1.1.滚子半径的选择滚子半径的选择 2.2.凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角 3.3.凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定 4.4.凸轮机构的材料凸轮机构的材料 28凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心1.1.滚子半径的选择滚子半径的选择 对于外凸的凸轮廓线 ：实际轮廓为光滑曲线实际轮廓为光滑曲线 实际廓线出现尖点实际廓线出现尖点 实际轮廓相交而造成实际轮廓相交而造成从动件运动失真从动件运动失真 对于内凹的凸轮廓线 ：实际轮廓为光滑曲线实际轮廓为光滑曲线 29凸轮机构分析凸轮机

17、构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心2.2.凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角 压力角：压力角：不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力（法向力）与从动件上受力点速度方向所夹的锐角。 该力可分解为两个分力 ：压力角越小，传力越好。自锁自锁 ：如果凸轮机构运动到某一位置的压力角大到使有效分力不足以克服摩擦阻力，不论推力多大，都不能使从动件运动。这种现象称为凸轮机构的自锁自锁。机构开始出现自锁时的压力角称为临界压力角临界压力角 。 30凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心许用压力角许用压力角：凸轮机构在运转中的压力角是变化的，为避免机构发生自锁并具有较高的传动效率，必须对最

18、大压力角加以限制，其许用值应远低于临界压力角，即 ：2.2.凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角 对移动从动件的推程，取 =30对摆动从动件的推程，取 =3545回程时，可取 =70 动画31凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心 3.3.凸轮基圆半径的确定凸轮基圆半径的确定 基圆半径愈小，压力角愈大；反之，压力角则愈小。因此，在选取基圆半径时应注意： 滚子从动件凸轮机构，在保证和从动件运动不失真的前提下，可将基圆半径取小些，满足对机构结构紧凑的要求。 在结构空间允许条件下，可适当将基圆半径取大些，以利于改善机构的传力性能，减少磨损和减少凸轮廓线的制造误差。 32凸轮机构分

19、析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心 凸轮机构工作时，往往承受动载荷的作用，同时凸轮表面承受强烈磨损。因此，要求凸轮和滚子的工作表面硬度高，具有良好的耐磨性，心部有良好的韧性。当低速、轻载时，可以选用铸铁作为凸轮的材料。中速、中载时可以选用优质碳素结构钢、合金钢作为凸轮的材料,并经表面淬火或滲碳淬火，使硬度达到。高速、重载凸轮可以用优质合金钢材料，并经表面淬火或滲氮处理。 滚子材料用合金钢材料，经滲碳淬火，达到较大表面硬度。 4.4.凸轮机构的材料凸轮机构的材料 33凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心凸轮机构结构及安装凸轮机构结构及安装整体式凸轮整体式凸轮可调式凸轮可调式凸轮 结构简单，安装时值借调接凸轮在轴上的位置，然后禁固。 应用于不需要经常拆卸凸轮的场合锁紧方式：紧定螺钉、切向锁紧、定位销 结构复杂，但在自动机械和工作机构之间调整、拆卸都比较方便34凸轮机构分析凸轮机构分析南通纺织职业技术学院机电系机电教学中心本节结束35