1、3.1 概述3.2 应用与分类3.3 从动件的常用运动规律 3.4 凸轮轮廓的绘制,3.1 概述,凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件 凸轮机构由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成,优点:只需设计适当的凸轮轮廓曲线,便可使从动件得到 任意预定的运动规律,机构简单、紧凑,局限性:凸轮机构是高副机构(凸轮与从动件为点、线 接触),易磨损,因此只适用于传递动力不大的场合,凸轮机构,凸轮是一个具有曲线轮廓的构件 含有凸轮的机构称为凸轮机构 它由凸轮、从动件和机架组成,内燃机配气凸轮机构,3.2.1 凸轮机构的应用,3.2 凸轮机构的应用与分类,分度转位机构,靠模车削机构,自动送料机构,3.2.2 凸轮机
2、构的分类,一、按凸轮形状分类,1、盘形凸轮,凸轮机构可以按凸轮的形状、从动件的形状以及从动件的运动形式等来分类,是凸轮中最基本的形式,为平面凸轮机构,盘形凸轮 凸轮绕固定轴转动且径向变化的盘形零件。,移动凸轮 回转半径无限大,凸轮作往复移动,2、移动凸轮 具有曲线轮廓作往复直线移动的构件。(可以认为当盘形凸轮回转中心趋于无穷大时,凸轮相对机架作直线运动。) 为平面凸轮机构,4、曲面凸轮,3、圆柱凸轮,在圆柱面上开有曲线凹槽的构件。(可看作是将移动凸轮卷成圆柱体而形成的。它是一种空间凸轮机构,圆柱表面用圆弧面代替的构件。(它也是一种空间凸轮机构。),1、力锁合的凸轮机构,二、按锁合方式分类,力锁
3、合:如弹簧力、从动杆的重力,2、几何锁合的凸轮机构,几何锁合:利用几何形状来锁合,如凸轮上的凹槽、等 径及等宽凸轮等。,1、尖顶从动件,2、滚子从动件,3、平底从动件,三、按从动件型式分类,与凸轮是点接触,只用于受力小的低速机构;尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触,传动精确,与凸轮形成滚动磨擦,可传递较大载荷,应用极广;但凸轮上凹陷的轮廓未必能很好地与滚子接触,会影响实现预期的运动规律,受力较好,效率高,接触面油膜易形成,利于润滑,可用于高速,2、摆动从动件凸轮机构,四、按从动件运动形式分,1、直动从动件凸轮机构,平底从动件,滚子从动件,尖底从动件,凸轮机构的主要失效形式是磨损和疲劳点蚀,要求其工
4、作表面硬度高、耐磨并且有足够的表面接触强度,凸轮芯部有较强的韧性,一般凸轮的材料常采用40Cr钢(经表面淬火,硬度为4045HRC),也可采用20Cr、20CrMnTi(经表面渗碳淬火,表面硬度为56-62HRC),滚子材料采用20Cr(经渗碳淬火,表面硬度为56-62HRC),也有的用滚动轴承作为滚子,知识扩展: 凸轮和滚子的材料,知识扩展:平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数,凸轮机构的运动过程,1、基圆以凸轮的转动中心O为圆心,以凸轮的最小向径为半径r0所作的圆。r0称为凸轮的基圆半径 2、推程、推程运动角 3、远休、远休止角 4、回程、回程运动角 5、近休、近休止角 6、行程从动杆在推程或
5、回程中移动的距离h 7、位移线图描述位移s与凸轮转角之间关系的图形 推程远休回程近休推程,从动件的位移s与凸轮转角的关系可以用从动件的位移线图来表示。由于大多数凸轮作等速转动,转角与时间成正比,因此横坐标也代表时间t,结论:从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓形状,3.3 常用的从动件运动规律,等速运动,从动件在开始和终止的瞬时,速度有突变,加速度a在理论上为无穷大,其惯性力将引起刚性冲击。所以,等速运动只适用于低速。,刚性冲击: 由于加速度发生无穷大突度而引起的冲击称为刚性冲击。,柔性冲击 :加速度发生有限值的突变 (适用于中速场合),从加速度线图可看出,加速度a在始未及中点处有有限值的突变,因
6、而惯性力也发生突变。这种有限值的惯性力突变,将产生柔性冲击,所以,等加速等减速运动用于低、中速场合,等加速-等减速运动,由加速度线图可知:这种运动规律的从动件在行程的始点和终点有柔性冲击。但当加速度曲线保持连续时,这种规律的运动就能避免冲击。,余弦加速度运动,正弦加速度运动,由加速度线图可知,从动件在起点和终点的加速度均为零,并且在整个过程中,加速度曲线是连续的,没有加速度突变,因此没有刚性冲击,也没有柔性冲击,适用于高速,5、组合运动规律为了获得更好的运动特征,可以把上述几种运动规律组合起来应用,组合时,两条曲线在拼接处必须保持连续。,等速运动刚性冲击低速轻载等加速-等减速运动柔性冲击中速轻
7、载余弦加速度运动柔性冲击中速正弦加速度运动无冲击高速,从动件运动规律的选择,1、根据机器工作时的运动要求来确定从动件的运动规律 2、无运动要求,只需要一定位移量的凸轮机构,主要考虑加工方便 3、高速机构,应减小惯性力、改善动力性能,避免冲击,3.3.1 反转法原理,通过整个机构加一个(-),这样凸轮不动、从动件导路机架以(-)转动,且从动件相对导路移动,反转后,尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓,原来凸轮转动、导路机架不动,从动件运动规律和凸轮基圆半径确定后,就可以进行凸轮轮廓设计,有作图法和解析法两种方法,O,rb,3.3.2 图解法设计凸轮轮廓曲线,图解法是以对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制为
8、基础,1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制,已知:对心式尖顶从动件的位移线图(S-), 基圆半 径rb,凸轮顺时针回转,要求:设计凸轮轮廓,作图步骤:,a.以rb为半径作基圆(注意比例),将基圆与从动件的交点A0作为起始位置;,b.自OA0沿(-)方向取、s,并在、中再细分成若干等分,连接OA1、OA2、OA3、,得反转中导路的各个位置;,c.取A1A1=11、A2A2=22、,得反转中尖顶的一系列位置A1、A2、;,d.将A0、A1、A2、连成光滑曲线,即得所求的凸轮轮廓。,注意: (1) 取位移的比例要和所画基圆比例一致。 (2) 位移要从基圆上向外量起,摆动从动件盘形凸轮机构,已知:= (),rb,L,a,,3.3.3 凸轮轮廓的加工方法,1、铣、锉削加工,用于低速、轻载场合的凸轮,可以应用反转法原理在未淬火凸轮轮坯上通过作图法绘制轮廓曲线,采用铣床或用手工锉削办法加工而成。必要时可进行淬火处理,但用这种方法则凸轮的变形难以得到修正,2、数控加工,采用数控线切割机床对淬火凸轮进行加工,这是目前最常用的一种凸轮加工方法。加工时应用解析法,求出凸轮轮廓曲线的极坐标值(,),应用专用编程软件,切割而成。此方法加工出的凸轮精度高,适用于高速、重载的场合,