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1、第四章第四章 凸轮机构设计凸轮机构设计主要内容主要内容一、凸轮的构成与分类二、凸轮从动件的常用运动规律三、凸轮轮廓曲线设计四、凸轮机构基本尺寸的确定一、凸轮的构成与分类o 凸轮机构？o 凸轮机构的分类o 凸轮机构的应用o 凸轮机构的有关名词凸轮机构？凸轮机构？1、组成：凸轮，从动件，机架2、作用：将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动 3、特点:(1)只需设计适当的凸轮轮廓 ， 便 可 使 从 动 件 得 到 所 需 的 运动规律 (1)结构简单、紧凑，工作可靠，容易设计； (2)高副接触，易磨损凸轮机构的分类一1. 1. 按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类盘形凸轮盘形凸轮：最基本的形式，结
2、构简单，应用最为广泛最基本的形式，结构简单，应用最为广泛移动凸轮移动凸轮：凸轮相对机架做直线运动：凸轮相对机架做直线运动圆柱凸轮圆柱凸轮：空间凸轮机构：空间凸轮机构凸轮机构的分类二曲面从动件尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。磨损比尖端从动件小。2. 2. 按从动件的形状分类按从动件的形状分类尖端从动件凸轮机构的分类二 滚子从动件滚子从动件 平底从动件平底从动件凸轮与从动件之间为滚动摩凸轮与从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可擦，因此摩擦磨损较小，可用于传递较大的动力。用于传递较大的动力。从动件与凸轮之间易形成从动件与凸
3、轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力油膜，润滑状况好，受力平稳，传动效率高，常用平稳，传动效率高，常用于高速场合。但与之相配于高速场合。但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸。合的凸轮轮廓须全部外凸。凸轮机构的分类三3. 按从动件的运动形式分类移动从动件移动从动件 摆动从动件摆动从动件移动从动件：从动件作往复移动，其运动从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线；轨迹为一段直线；摆动从动件：从动件作往复摆动，其运动从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。轨迹为一段圆弧。凸轮机构的分类四4.4.按凸轮与从动件维持高副接触的方法按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类分类o 力锁合弹簧力、从动件重力或其它外力o
4、型锁合利用高副元素本身的几何形状凸轮机构的分类四o力锁合力锁合凸轮机构的分类四o 形锁合槽凸轮机构槽凸轮机构等宽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮机构等径凸轮机构例1：内燃机配气凸轮机构凸轮机构的应用例2：绕线机排线凸轮机构凸轮机构的应用凸轮机构的应用例4：自动送料机构r0ssSHd0凸轮机构名词以及推杆的运动规律凸轮机构名词以及推杆的运动规律基圆基圆推程推程推程运动角推程运动角回程回程回程运动角回程运动角行程行程近休止角近休止角远休止角远休止角偏置、偏距偏置、偏距 e 、偏距圆、偏距圆偏置凸轮的转角偏置凸轮的转角从动杆的相对位置从动杆的相对位置理论廓线、工作廓线理论廓线、工作廓线基圆半径指的是理论
5、基圆半径指的是理论廓线上的最小向径廓线上的最小向径 .工理ewdd凸轮机构名词以及推杆的运动规律凸轮机构名词以及推杆的运动规律推杆位移曲线二、凸轮从动件的常用运动规律o 匀速运动匀速运动o 等加速等减速运动等加速等减速运动o 余弦加速度运动余弦加速度运动o 正弦加速度运动正弦加速度运动o从动件运动规律的选择从动件运动规律的选择原则原则凸轮运动规律 由于凸轮以等角速度作等速转动，因此在凸轮运动的任意瞬时，凸轮的转角与转动时间t成线性关系，即t。 从动件的运动规律是指在推程和回程中，从动件的位移、速度、加速度随凸轮转角或时间变化的规律。对于直动从动件来说，存在着如下的函数关系： ss（） vv（）
6、 aa（）匀速运动0/110dtdvaCdtdsvCCsw特点：特点：速度有突变，加速度速度有突变，加速度理论上由零至无穷大，从而理论上由零至无穷大，从而使从动件产生巨大的惯性力，使从动件产生巨大的惯性力，机构受到强烈冲击机构受到强烈冲击刚性刚性冲击冲击适应场合：适应场合：低速轻载低速轻载特点：特点：加速度曲线有突变加速度曲线有突变柔性冲击柔性冲击适应场合：适应场合：中速轻载中速轻载等加速等减速运动www22122102/2/CdtdvaCCdtdsvCCCs这种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，且通常两部分加速度的绝对值相等。简谐运动：当一点在圆周上
7、等速运动时，其在直径上的投影的运动即为简谐运动。推杆推程运动方程式：wwcos2sin2cos12222hahvhs余弦加速度运动余弦加速度运动推杆回程运动方程式：wwcos2sin2cos1222hahvhsa余弦加速度运动规律H0 1 2 3 4 5 6 7 812345678SV0 1 2 3 4 5 6 7 8Hw20123456782Hw22201234560 1 2 3 4 5 6 7 878特 点 ： 有 柔性冲击适 用 场 合 ：中速轻载(当从 动 件 作 连续 运 动 时 ，可用于高速)正弦加速度运动规律sinRRs2,2hRaHw2201246780 1 2 3 4 5 6
8、 7 83正弦加速度运动规律 V2Hw01234680 1 2 3 4 5 6 7 8557H特点：特点： 加速度变化连续，加速度变化连续，a amax 最大，无刚性、最大，无刚性、柔性冲击柔性冲击 对加工误差敏感，对加工误差敏感，适于高中速、轻载适于高中速、轻载. (摆线运动)1 2 3 4 5 6 7 8H123456S700从动件运动规律的选择原则从动件运动规律的选择原则常用运动规律性能比较从动件运动规律的选择原则1. 选择推杆运动规律的基本要求 满足机器的工作要求； 使凸轮机构具有良好的动力特性； 使所设计的凸轮便于加工。从动件运动规律的选择原则2. 根据工作条件确定推杆运动规律几种常
9、见情况(1) 只对推杆工作行程有要求，而对运动规律无特殊要求 推杆运动规律选取应从便于加工和动力特性来考虑。 低速轻载凸轮机构：采用圆弧、直线等易于加工的曲线作为凸轮轮廓曲线。 高速凸轮机构：首先考虑动力特性，以避免产生过大的冲击。 大质量从动件不宜选用max太大的运动规律 高速度从动件不宜选用amax太大的运动规律(2)机器工作过程对从动件的的运动规律有特殊要求 凸轮转速不高，按工作要求选择运动规律；凸轮转速较高时，选定主运动规律后，进行组合改进。三、凸轮轮廓曲线设计o 凸轮设计的基本原理o 图解法o直动对心从动件盘形凸轮机构o对心直动滚子从动件盘形凸轮机构o直动滚子偏心从动件盘形凸轮机构o
10、摆动从动件盘形凸轮机构o 解析法凸轮设计的基本原理反转法o 根据相对运动的原理，如果给整个机构加上公共角速度1，机构各构件间的相对运动不变。o 凸轮静止不动，从动件一方面随着机架和导路以一定的角速度1绕o点转动，另一方面又在导路中往复移动。o 由于尖顶始终与凸轮轮廓相接触，所以反转后尖顶的运动轨迹就是凸轮的轮廓。5876wr0O1w234直动对心从动件盘形凸轮机构o 已知：从动件位移线图，凸轮的基圆半径rmin，凸轮o 以等角速度1顺时针方向回转。o 要求：绘出凸轮的轮廓。直动对心从动件盘形凸轮机构对心直动滚子从动件盘形凸轮机构 直动滚子偏心从动件盘形凸轮机构摆动从动件盘形凸轮机构o 已知：从
11、动件位角移线图，凸轮的基圆半径rmin，凸轮以等角速度1顺时针方向回转，凸轮与摆动从动件的中心距lOA，摆动从动件的长度lAB。o 要求：绘出凸轮的轮廓。摆动从动件盘形凸轮机构解析法1 1、压力角、压力角 a a 与驱动力与驱动力 P Pa a P当 a 大于一定值, 将自锁.一般, 推程 a = 30 (移动) 35 45 (摆动) 回程 a = 70 80 2 2、压力角、压力角 a a 与效率与效率 h h a h a 过大将造成滑脱QQ四、凸轮机构基本尺寸的确定O3、 压力角压力角 a a 与基圆半径与基圆半径 r0tga a = CPBC=OP - - OCBC其中：其中： 据三心定
12、理据三心定理 VP1 = VP2 OC = e BC =即即: OPw w = V 得得: OP = V/w wS + S0= S +r02 - - e2从而从而 tga a =V/w w - - eS +r02 - - e2 CBPa123S0显然显然, R0 a a SwVer04、偏置方向与压力角、偏置方向与压力角凸轮逆时针转动，从动杆应右偏置；凸轮逆时针转动，从动杆应右偏置；凸轮顺时针转动，从动杆应左偏置。凸轮顺时针转动，从动杆应左偏置。tga a =V/w w eS +r02 - - e2 OCBPa123S0SwVer05、滚子半径的选择o 实际轮廓的曲率半径等于理论轮廓的曲率半径
13、加或减滚子半径。o 实际轮廓的曲率半径大于0,可行；o 实际轮廓的曲率半径等于0,变尖o 实际轮廓的曲率半径小于0,失真o 后两种均不可行，为此，取理论轮廓的最小曲率半径大于1.2倍的滚子半径滚子半径的选择如果不满足要求，有：o 增加整个理论轮廓的曲率半径o 缩小滚子半径思考题o 1、凸轮机构中，选择基圆半径时，应考虑那些因素？原则是什么？o 答：为了得到轻便紧凑的凸轮机构，希望基圆半径尽可能小，但基圆半径过小，又可能造成运动失真和压力角超过许用值，因此，基圆半径选取的原则是：在保证不产生运动失真和压力角不超过许用值的前提下，寻求最小的基圆半径。o 2、凸轮机构中，从动件的常用运动规律有哪几种？各有什么特点？各适用什么场合？o 3、何谓凸轮的理论廓线？何谓凸轮的实际廓线？两者有何区别和联系？思考题o 图示凸轮机构运动简图。试在图上画出：o 凸轮的理论廓线；凸轮的基圆； o 图示位置机构的压力角； 凸轮由当前位置按逆时针方向转过90。时，从动件位移的增量 S。
