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1、第第4 4章章 凸轮机构设计凸轮机构设计4 41 1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类4 42 2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律4 43 3 盘状凸轮轮廓的设计盘状凸轮轮廓的设计4 44 4 设计凸轮机构应注意的问题设计凸轮机构应注意的问题凸轮机构由凸轮机构由凸轮凸轮、从动件从动件、机架机架三个基本构件组成的三个基本构件组成的高副机构高副机构。机架机架从动件从动件滚子滚子凸轮凸轮一、凸轮机构的组成及其特点一、凸轮机构的组成及其特点41 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类组成：组成：三个构件、三个构件、盘盘(柱柱)状曲线轮廓、从动件呈杆状。状曲线轮廓、从动件呈杆状。作用
2、：作用：将连续回转将连续回转 =从从动件直线移动或摆动动件直线移动或摆动。凸轮是一个具有凸轮是一个具有曲线轮廓曲线轮廓或或凹槽凹槽的构件，通常作的构件，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预定的运动规律作往复移动往复移动或或摆动摆动。优点：优点：构件少，运动链短，结构简单紧凑；易使从动构件少，运动链短，结构简单紧凑；易使从动件（件（follower）得到各种预期的运动规律。）得到各种预期的运动规律。凸轮机构的特点凸轮机构的特点 缺点：缺点：从动件与从动件与凸轮为点、线接触，故易于磨损。凸轮为点、线接触，故易于磨损。凸凸轮轮廓
3、加工比较困难，费用较高。轮轮廓加工比较困难，费用较高。二、凸轮机构的应用二、凸轮机构的应用132送料机构送料机构多用在传递动力不大的各种自动机械、仪表及自动控制装置中。多用在传递动力不大的各种自动机械、仪表及自动控制装置中。内燃机气门机构内燃机气门机构盘形盘形凸轮凸轮机构机构在印刷机中的应用在印刷机中的应用等径等径凸轮凸轮机构机构在机械加工中的应用在机械加工中的应用应用实例：应用实例：利用分度利用分度凸轮凸轮机构实现转位机构实现转位圆柱圆柱凸轮凸轮机构在机机构在机械加工中的应用械加工中的应用三、凸轮机构的分类三、凸轮机构的分类1、按凸轮的形状分类、按凸轮的形状分类1）盘形凸轮盘形凸轮：凸轮为一
4、绕固定轴线转动且有变化向凸轮为一绕固定轴线转动且有变化向径的盘形构件。径的盘形构件。盘形凸轮机构简单，盘形凸轮机构简单，应用广泛，但限于凸应用广泛，但限于凸轮径向尺寸不能变化轮径向尺寸不能变化太大，故从动件的行太大，故从动件的行程较短。程较短。2）移动凸轮移动凸轮：凸轮是具有曲线轮廓、作往复直线移动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的构件，它可看成是转动轴线位于无穷 远处的盘形凸轮。远处的盘形凸轮。3）圆柱凸轮圆柱凸轮：凸轮是圆柱面上开有凹槽的圆柱体，可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，利看成是绕卷在圆柱体上的移动凸轮，利
5、用它可使从动件得到较大的行程。用它可使从动件得到较大的行程。盘形凸轮盘形凸轮和和移动凸轮移动凸轮与从动件的运动均在同一平面内，与从动件的运动均在同一平面内，所以又称为所以又称为平面凸轮机构平面凸轮机构；而；而圆柱凸轮圆柱凸轮与从动件的运动与从动件的运动均不在同一平面内，所以又称为均不在同一平面内，所以又称为空间凸轮机构空间凸轮机构。2、按从动件运动副元素形状分类、按从动件运动副元素形状分类1）尖顶从动件：）尖顶从动件：从动件的端部呈尖点，特点是能与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。现任
6、意预期的运动规律。特点：特点：是研究其他型式从动件凸轮机构的基础。构造简单，是研究其他型式从动件凸轮机构的基础。构造简单，尖顶易磨损，只能用于轻载低速的场合，多用于仪尖顶易磨损，只能用于轻载低速的场合，多用于仪表机构。表机构。对心直动尖顶从动件对心直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件2）滚子从动件：）滚子从动件：从动件的端部装有滚子。从动件的端部装有滚子。特点：特点：从动件与凸轮之间可形成滚动摩擦，所以磨损显著减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，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。又
7、不易润滑，故仍不宜用于高速。3）平底从动件：）平底从动件：从动件端部为一平底。从动件端部为一平底。特点：特点：若不计摩擦，凸轮对从动件的作用力始终垂直于若不计摩擦，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。高速，缺点是不能用于凸轮轮廓有内凹的情况。3、根据从动件的运动形式分类、根据从动件的运动形式分类1）直动从动件：）直动从动件：按其从动件导路是否通过凸轮回转中按其从动件导路是否通过凸轮回转中 心分
8、为心分为对心对心直动从动件和直动从动件和偏置偏置直动从直动从 动件凸轮机构。动件凸轮机构。对心直动尖顶从动件对心直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件偏置直动尖顶从动件2）摆动从动件：）摆动从动件：从动件的运动为绕固定轴的摆动。从动件的运动为绕固定轴的摆动。摆动滚子从动件摆动滚子从动件摆动尖顶从动件摆动尖顶从动件4、按凸轮高副的锁合方式分类、按凸轮高副的锁合方式分类所谓的所谓的锁合锁合是指保持从动件与凸轮之间的高副接触。是指保持从动件与凸轮之间的高副接触。1）力锁合）力锁合凸轮机构凸轮机构：依靠依靠重力、弹簧力或其他外力来重力、弹簧力或其他外力来保证锁合，如内燃机配气凸保证锁合，如内燃机配气凸轮机构
9、。轮机构。2）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依靠凸轮和从动件几何形状来保证锁合。如保证锁合。如凹槽凹槽、等宽、等径、共轭凸轮、等宽、等径、共轭凸轮。等宽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮机构等径凸轮机构共轭凸轮机构共轭凸轮机构凸轮机构分类凸轮机构分类1.按凸轮的形状按凸轮的形状 分类分类2.按从动件运动副按从动件运动副元素形状分类元素形状分类3.按从动件的运动按从动件的运动 形式分类形式分类盘形凸轮盘形凸轮移动凸轮移动凸轮 尖顶从动件尖顶从动件滚子从动件滚子从动件平底从动件平底从动件直动从动件直动从动件摆动从动件摆动从动件圆柱凸轮圆柱凸轮对心直动从动件对心直动从动件偏置
10、直动从动件偏置直动从动件平面凸轮机构平面凸轮机构空间凸轮机构空间凸轮机构4.按凸轮高副的锁按凸轮高副的锁合方式分类合方式分类力锁合力锁合形锁合形锁合4 42 2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律凸轮机构设计的基本任务凸轮机构设计的基本任务:1)1)根据工作要求选定凸轮机构的形式；根据工作要求选定凸轮机构的形式；而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计而根据工作要求选定推杆运动规律，是设计凸轮轮廓曲线的前提。凸轮轮廓曲线的前提。2)2)推杆运动规律；推杆运动规律；3)3)合理确定结构尺寸；合理确定结构尺寸；4)4)设计轮廓曲线。设计轮廓曲线。一、凸轮机构的基本术语一、凸轮机构的基本术语 以
11、尖顶从动件为对象予以介绍以尖顶从动件为对象予以介绍tr0 对心式尖顶从动对心式尖顶从动件盘形凸轮机构件盘形凸轮机构基圆基圆基圆基圆基圆基圆以凸轮理论轮廓最小向以凸轮理论轮廓最小向径径r0为半径所作的圆。为半径所作的圆。基圆半径基圆半径r0推程推程从动件从距离凸轮回从动件从距离凸轮回转中心最近位置到距离凸轮转中心最近位置到距离凸轮回转中心最远位置的过程，回转中心最远位置的过程，称为推程。称为推程。推程运动角推程运动角t 从动件推程从动件推程过程，对应凸轮转角称为推过程，对应凸轮转角称为推程运动角。程运动角。从动件行程从动件行程推杆在推程或回程推杆在推程或回程中移动的距离中移动的距离h，亦称升距。
12、，亦称升距。Sh S htr0 对心式尖顶从动对心式尖顶从动件盘形凸轮机构件盘形凸轮机构远休止角远休止角s推杆在最高位置静止推杆在最高位置静止不动，凸轮相应的转角。不动，凸轮相应的转角。回程回程 从动件从距离凸轮回转从动件从距离凸轮回转中心最远位置到起始位置，从中心最远位置到起始位置，从动件移向凸轮轴线的行程，称动件移向凸轮轴线的行程，称为回程。对应凸轮转角为回程。对应凸轮转角h称为称为回程运动角回程运动角。近休止角近休止角s 推杆在最低位置推杆在最低位置静止不动，凸轮相应的转角。静止不动，凸轮相应的转角。需要说明的是，其中两个停止阶段可能有，也需要说明的是，其中两个停止阶段可能有，也可能没有
13、。因此，凸轮机构在一个运动循环中，最可能没有。因此，凸轮机构在一个运动循环中，最多只具有这四个运动阶段。多只具有这四个运动阶段。运动规律：运动规律：从动件在推程或回程时，其位移从动件在推程或回程时，其位移S S2、速度、速度V2、和加速度、和加速度a2 随时间随时间t 的变化规律。的变化规律。S S2=S=S2(t)(t)，V2=V2(t)(t)，a2=a2(t)(t)二、从动件运动规律二、从动件运动规律从动件的运动规律是通过凸轮轮廓与从动件的高副从动件的运动规律是通过凸轮轮廓与从动件的高副元素的接触来实现的，凸轮的轮廓曲线不同，从动元素的接触来实现的，凸轮的轮廓曲线不同，从动件的运动规律不同
14、。从动件的运动规律完全取决于件的运动规律不同。从动件的运动规律完全取决于凸轮廓线的形状凸轮廓线的形状。从动件运动线图：从动件运动线图：从动件位移从动件位移S2、速度、速度v2、加速度、加速度a2与凸与凸轮转角轮转角1（或时间（或时间t）之间的对应关系曲线。）之间的对应关系曲线。111ShS tSh S tr0h 1.等速运动（一次多项式）运动规律等速运动（一次多项式）运动规律-v0v21a21hs21t特点：特点：存在刚性冲击存在刚性冲击位置：位置：发生在运动的发生在运动的起始点和终止点起始点和终止点在推程起始点：在推程起始点：1=0=0，s2=0代入得：代入得：C00，C1h/h/t t推程
15、运动方程：推程运动方程：s2 h1/t v2 h1/t在推程终止点：在推程终止点：1=t t，s2=h同理得回程运动方程：同理得回程运动方程：s2h(1-1/h)v2-h1/ha20a2 0应用：应用：用于低速轻载和从动件质量较小的场合。用于低速轻载和从动件质量较小的场合。2.等加速等减速运动规律（抛物线运动规律）等加速等减速运动规律（抛物线运动规律）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前半推程或回程是指从动件在前半推程或回程（h/2）中作等加速运动，后半推程或回程（）中作等加速运动，后半推程或回程（h/2）中）中作等减速运动。通常加速度和减速度的绝对值相等。作等减速运动。通常
16、加速度和减速度的绝对值相等。加速段推程运动方程为：加速段推程运动方程为：s2 2h12/t2v2 4h11/t2a2 4h12/t2减速段推程运动方程为：减速段推程运动方程为：s2 h-2h(t 1)2/t2v2-4h1(t-1)/t2a2-4h12/t2a0ABCv21h1ts2-a0a21回程等加速段的运动方程为：回程等加速段的运动方程为：s2 h-2h12/h2v2-4h11/h2a2-4h12/h2回程等减速段运动方程为：回程等减速段运动方程为：s2 2h(h-1)2/h2v2-4h1(h-1)/h2a2 4h12/h2特点：特点：存在柔性冲击存在柔性冲击位置：位置：发生在运动的起始点、中间点和终止点发生在运动的起始点、中间点和终止点应用：应用：用于中、低速轻载的场合。用于中、低速轻载的场合。a0ABCv21h1ts2-a0a211）建立坐标系，并将横建立坐标系，并将横 坐标坐标6等分，分别记作等分，分别记作1、2、3、4、5、6，以，以o为端点为端点 作一射线并按平方关系描作一射线并按平方关系描点记为点记为1、4、9、4、1、0。491ooov2a2方法一作图步骤方法一作图步
