1、机械设计基础 II 第四讲凸轮机构 机电工程学院况雨春swpikyc 3 1凸轮机构的应用和类型 第三章凸轮机构 3 2从动件常用的运动规律 本章要点 3 3凸轮机构压力角 3 1凸轮机构的应用和分类 一 凸轮机构的应用 二 凸轮机构的分类 1 凸轮机构组成 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 一 凸轮机构的应用 2 凸轮机构的应用 内燃机配气凸轮机构 凸轮机构是机械中的一种常用机构 在自动化和半自动化机械中应用十分广泛 主要用于 受力不大的控制机构或调节机构 自动车床上的走刀机构 缝纫机绕线机构 分度转位机构 靠模车削机构 凸轮机构的优点 只
2、需确定适当的凸轮轮廓曲线 即可实现从动件复杂的运动规律 结构简单 运动可靠 缺点 从动件与凸轮轮廓为点接触或线接触 接触应力大 易磨损 用途 常用于传力不大的控制机构 二 凸轮机构的分类 1 按凸轮的形状分 1 盘形凸轮 2 移动凸轮 3 圆柱凸轮 绕固定轴线转动并具有半径变化的盘形零件 绕线机构 回转中心趋于无穷远 凸轮沿机架作直线运动 卷带机构 将移动凸轮卷成圆柱 空间凸轮机构 2 按从动件的型式分 P41 形状 1 尖顶从动件2 滚子从动件3 平底从动件 能与复杂凸轮轮廓保持接触 能实现任意预期的运动规律 但点接触 磨损快 尖顶处安装一滚子 接触处为滚动摩擦 耐磨损 接触处为一平面 但不
3、能与凹陷的凸轮轮廓接触 优点 P41 3 按从动件的运动形式分类 移动从动件摆动从动件 移动从动件 从动件作往复移动 其运动轨迹为一段直线 摆动从动件 从动件作往复摆动 其运动轨迹为一段圆弧 4 按凸轮与从动件维持高副接触的方法分类 1 力锁合 弹簧力 从动件重力或其它外力 2 形锁合 利用高副元素本身的几何形状 槽凸轮机构槽两侧面的距离等于滚子直径 优点 锁和方式结构简单缺点 加大了凸轮的尺寸和重量 等宽凸轮机构凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架内侧的宽度 缺点 从动件的运动规律的选择受到一定的限制 当180 范围内的凸轮廓线根据从动件运动规律确定后 其余180 内的凸轮廓线必须符
4、合等宽原则 等径凸轮机构两滚子中心间的距离始终保持不变 缺点 从动件运动规律的选择受到一定的限制 一 基本概念二 从动件常用运动规律三 组合运动规律简介 3 2从动件常用运动规律 尖底直动从动件盘形凸轮机构 1 基圆 凸轮理论轮廓上最小向径为半径所画的圆 一 基本概念 2 偏距e 从动件导路偏离凸轮回转中心的距离 w O w rmin O 3 推程 4 升程 从动件尖顶被凸轮轮廓推动 以一定的运动规律由离回转中心最近位置A到达最远位置B的过程 从动件在推程中所走过的距离h 5 推程运动角 6 远休止角 t AOB 升程角 与推程相应的凸轮转角 t S BOC 从动件在最远位置停止不动所对应的凸
5、轮转角 s 9 近休止角 8 回程运动角 h COD s AOD 7 回程 从动件在弹簧力或重力作用下 以一定的运动规律回到起始位置的过程 与回程相应的凸轮转角 h 从动件在最近位置停止不动所对应的凸轮转角 s 图为对心尖顶从动件盘形凸轮机构 凸轮回转时 从动件重复升 停 降 停的运动循环 从动件的位移s与凸轮转角a的关系可以用从动件的位移线图来表示 如右图所示 以纵坐标代表从动件位移s2 横坐标代表凸轮转角 1或t 所画出的位移与转角之间的关系曲线 10 从动件位移线图 上升 停 降 停 从动件位移线图决定于凸轮轮廓曲线的形状 1 推程 2 升程 3 推程运动角 4 运休止角 7 近休止角
6、6 回程运动角 5 回程 偏置尖顶直动从动件盘形凸轮 h t s h s 二 从动件常用运动规律 1 匀速运动规律 推程段 运动开始 v由0突变为 加速度a为 同理 运动结束 由于存在刚性冲击 如果单独使用这种运动规律 只适用于低速场合 a 2 等加速等减速运动规律 a j v O 1 2 j t j t j t s h 3 4 5 6 1 9 4 1 0 4 A 0 a B C 柔性冲击 加速度发生有限值的突变 适用于中速场合 3 简谐运动 由运动图可见 其速度和加速度曲线都是连续的 因此没有柔性冲击 故常用于高速凸轮机构 3 3凸轮机构压力角 一 压力角与作用力的关系二 压力角与凸轮机构尺
7、寸的关系 一 压力角与作用力的关系 压力角 从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角 凸轮机构的压力角 接触点法线与从动件上作用点速度方向所夹的锐角 F P 力F分解为沿从动件运动方向的有用分力F 和使从动件紧压导路的有害分力F F F tg 1 F 一定时 压力角 越大 有害分力F 越大 机构的效率越低 上式表明 2 自锁 当 增大到一定程度 使有害分力F 在导路中所引起的摩擦阻力大于F 时 无论凸轮加给从动件的作用力有多大 从动件都不能运动 这种现象称为自锁 二 压力角与凸轮机构尺寸的关系 直动从动件盘形凸轮压力角为 公式说明 在其它条件不变的情况下 基圆半径越小 压力角越大 机
8、构越紧凑 为了减小推程压力角 应将从动件导路向推程相对速度瞬心的同侧偏置 即e为负值 但同时会产生使回程压力角增大的现象 所以e不能过大 一 直动从动件盘形凸轮轮廓绘制二 摆动从动件盘形凸轮轮廓绘制 3 4图解法设计凸轮轮廓曲线 凸轮设计的基本原理采用的是 反转法 即凸轮轮廓设计中 是认为凸轮静止不动 从动件相对于凸轮轴心做反方向 反转 运动 并令从动件相对其导路按给定的运动规律运动 一 直动从动件盘形凸轮轮廓绘制 2 再按空间尺寸要求决定凸轮的基圆半径 1 根据工作要求先确定从动件运动规律 步骤 3 绘制出凸轮轮廓 1 对心尖顶直动从动件盘状凸轮 e 0 已知 从动件位移线图 rmin 凸轮
9、 转向 用作图法设计凸轮轮廓 1 在位移曲线上将升程 回程角和远 近休止角分别进行等分 过等分点1 2 做纵坐标的平行线 交从动件位移线图 分别为11 22 2 以rmin为半径作基圆 基圆与导路的交点A0 就是从动件尖顶的起始位置 3 在基圆中 根据从动件运动规律作出对应升程角 t 回程角 h 远休止角 s和近休止角 s 4 根据从动件各对应角的等分数等分基圆的角度 连接基圆圆心与等分点A1 A2 并延长OA1 OA2 5 量取各个位移量 A1A 1 11 A2A 2 22 A3A 3 33 得反转后尖顶的一系列位置A1 A2 A3 6 将A0 A1 A2 A3 连成光滑曲线 便得到所求的凸
10、轮轮廓 2 偏置尖顶直动从动件盘形凸轮 e 0 1 从动件在反转过程中 其导路始终与凸轮轴心保持偏距e 2 以O为圆心及偏距e为半径画出偏距圆切于从动件导路 以rmin为半径作基圆 3 以下步骤与对心尖顶直动从动件盘形凸轮一样 对于滚子从动件的凸轮轮廓 是认为滚子中心就是尖顶 求得的轮廓曲线是理论轮廓 用 0表示 以理论轮廓为中心 以滚子半径为半径作出的一系列圆的包络线 为实际的凸轮轮廓 用 表示 3 滚子直动从动件盘形凸轮 滚子从动件的凸轮基圆半径应当在理论轮廓上度量 设计凸轮机构时应注意滚子半径的问题 P46 1 当 min rT时 0 实际轮廓为平滑曲线 设理论轮廓外凸部分的最小曲率半径用 min表示 滚子半径用rT表示 则相应位置实际轮廓的曲率半径 min rT 2 min rT时 0 实际轮廓为一个尖点 3 min rT时 0 实际轮廓发生相交 无法实现该运动规律 为了使凸轮轮廓既不变尖 又不相交 滚子半径必须小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径 min 4 平底直动从动件盘形凸轮 3 过A1 A2 点作出一系列平底 得到一直线族 作出直线族的包络线 便得到凸轮实际轮廓曲线 1 取平底与导路的交点A0为参考点 2 把A0看作尖底 运用上述方法找到A1 A2 二 摆动从动件盘形凸轮轮廓绘制
