1、任务三 凸轮机构,一.任务资讯,（一）凸轮机构的应用及分类,凸轮机构：由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。,凸轮：具有控制从动件运动规律的某种曲线或凹槽的主动件。作等速回转运动或往复移动。,凸轮1,（一）凸轮机构的应用及分类,1、凸轮机构的应用(Application of Cams),1、凸轮机构的应用,当圆柱凸轮匀速转动时，通过凹槽中的滚子驱使从动件往复移动。凸轮每回转一周，从动件即从储料器中推出一个毛坯，送到加工位置。,（一）凸轮机构的应用及分类,1、凸轮机构的应用,（一）凸轮机构的应用及分类,优点：,（一）凸轮机构的应用及分类,凸轮机构的优缺点,构件少，运动链短，结构简单紧
2、凑，易于设计；,可使从动件得到各种预期的运动规律。,凸轮机构的优缺点,高副为点、线接触，易磨损；,缺点：,所以凸轮机构多用在传递动力不大的 场合。,（一）凸轮机构的应用及分类,2、凸轮机构的分类,1）按凸轮的形状分：,盘形凸轮,移动凸轮(Translating Cam),平面凸轮,平面凸轮,2、凸轮机构的分类,1）按凸轮的形状分：,圆柱凸轮,（空间凸轮）,3-1凸轮机构的应用及分类,（一）凸轮机构的应用及分类,2、凸轮机构的分类,2）按从动件的形状分：,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,2）按从动件的形状分：,（一）凸轮机构的应用及分类,3）按从动件的运动形式分：,移动从动件,偏置移动从动件
3、,对心移动从动件,（一）凸轮机构的应用及分类,（一）凸轮机构的应用及分类,3）按从动件的运动形式分：,摆动从动件,力锁合,4）按凸轮高副的锁合方式分：,（一）凸轮机构的应用及分类,（一）凸轮机构的应用及分类,沟槽凸轮,等宽凸轮,4）按凸轮高副的锁合方式分：,形锁合(Profile Closure)。,等径凸轮,机构的命名,对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构,偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构,一般凸轮机构的命名原则: 布置形式+运动形式+推杆形状+凸轮形状,力锁合,形锁合,尖顶从动件,滚子从动件,平底从动件,摆动从动件,偏置移动从动件,对心移动从动件,盘形凸轮,移动凸轮,圆柱凸轮,小结：,二.任务分析
4、和计划,1、基圆：,凸轮轮廓上最小向径为半径所画的圆。,2、偏距e：,从动件导路偏离凸轮回转中心的距离e。,（一）平面凸轮机构的工作过程和运动参数,3、推程：,4、行程：,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。,从动件在推程中上升的最大位移h。,5、推程运动角：,0= AOB,与推程相应的凸轮转角0。,7、远停程角：,从动件在最远位置停止不动所对应的凸轮转角s。,S = BOC,6、远停程：,凸轮由B转动到C，从动件在最远位置停止不动。,9、近停程角：,8、回程运动角：,0 =COD,s =AOD,7、回程：,从动件在弹簧力或重力作用下，以一
5、 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0 。,从动件在最近位置停止不动所对应的凸轮转角s。,10、近停程角：,与回程相应的凸轮转角0 。,以纵坐标代表从动件位移s2 ，横坐标代表凸轮转角1或时间t，所画出的图形为位移曲线图。,11、从动件位移线图：,升停降停,从动件位移线图决定于凸轮轮廓曲线的形状。,（二）从动件常用的运动规律,1.等速运动规律 2.等加速-等减速运动规律 3.简谐运动规律,作推程运动线图,1.等速运动规律,从动件在推程（或回程）的运动速度为常数的运动规律。,从动件在起始和终止点速度有突变，使瞬时加速度趋于无穷大，从而产生无限值惯性力，并由此对凸轮产生冲击,
6、刚性冲击,因此只适用于低速、轻载的场合。,1.等速运动规律,1.等加速-等减速运动规律,从动件在一个行程h中，前半行程做等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。,B,A,C,2.等加速-等减速运动规律,等加速等减速运动规律运动特性： 从动件在运动起始、中点和终止点存在柔性冲击； 适用于中速、中载的场合；,从动件在起点、中点和终点，因加速度有有限值突变而引起推杆惯性力的有限值突变，并由此对凸轮产生有限的冲击,柔性冲击,3.余弦加速度运动规律： 从动件加速度在起点和终点存在有限值突变，故有柔性冲击; 若从动件作无停歇的升降升连续往复运动，加速度曲线变为连续曲线，可以避免柔性冲击; 可适用于高速
7、的场合。,作业 P48 (1)，(3),三 任务实施,（一）本任务的学习目标图解法设计凸轮轮廓曲线,根据工作条件要求，确定从动件的运动规律，选定凸轮的转动方向、基圆半径等，进而对凸轮轮廓曲线进行设计。 设计方法:1.图解法：简便易行、直观，但精度较低，可用于设计一般精度要求的凸轮机构。2.解析法:精度高，但计算量大，多用于设计精度要求较高的凸轮机构。,凸轮轮廓曲线的设计,1、图解法的原理,假想给整个凸轮机构加上一个与凸轮角速度大小相等、方向相反的角速度（- ），凸轮将处于静止状态；机架则以（ - ）的角速度围绕凸轮原来的转动轴线转动；而从动件一方面随机架转动，另一方面又按照给定的运动规律相对机
8、架作往复运动。 反转法,1、图解法的原理（反转法）,凸轮轮廓曲线的设计, - =0,0,0 - = - ,2. 凸轮轮廓设计作图法,尖顶移动从动件盘型凸轮机构,（1）选取适当的比例尺作出位移线图；,（2）按基本尺寸作出凸轮机构的初始位置；,（3）按- 方向划分基圆周得 c0、c1、c2 等 点；并过这 些点作射线，即为反转后的导路线；,（4）在各反转导路线上量取与位移图相应的位移，得B1、B2 等 点，即为凸轮轮廓上的点。,B8,滚子从动件凸轮轮廓曲线的设计步骤：,（1）画出滚子中心的轨 迹（称为理论轮廓曲线）,（2）以理论轮廓上的点为圆心，滚子半径rT为半径作一系列的滚子圆，再画滚子圆的内包
9、络线，则为从动件凸轮的实际轮廓曲线。,注意：,（1）理论轮廓与实际轮廓互为等距曲线；,（2）凸轮的基圆是指理论轮廓曲线上的基圆。,对心平底直动从动件盘形凸轮,图解法设计凸轮轮廓曲线,五. 任务拓展,图解法可以简便地作出凸轮轮廓，但作图误差较大，不够精确，所以只适用于对从动件运动规律要求不太严格的地方。对于精度要求高的高速凸轮等，必须用解析法精确设计。,下一页,1. 解析法设计凸轮轮廓曲线,用解析法设计凸轮轮廓的实质是建立凸轮轮廓曲线的数学方程式，进而准确地计算出凸轮轮廓线上各点的坐标值，以便对凸轮进行加工和检验。,偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计,建立凸轮转轴中心的坐标系xOy,根据反转法
10、原理，凸轮以w转过j角；,B点坐标为,上式即为凸轮理论廓线方程,实际廓线与理论廓线在法线上相距滚子半径rT，则推出,式中取“”号时为内等距曲线，取“”号时为外等距曲线,1. 用解析法设计凸轮机构,2. 凸轮机构设计中应注意的几个问题,设计滚子从动件时若从强度和耐用性考虑，滚子的半径应取大些。滚子半径取大时，对凸轮的实际轮廓曲线影响很大，有时甚至使从动件不能完成预期的运动规律。,（1）滚子半径的选择,滚子半径的选择,（1）滚子半径的选择,.凸轮理论轮廓为内凹时,由图(a)可得 =min+rT实际轮廓曲线曲率半径总大于理论轮廓曲线曲率半径。因此，不论选择多大的滚子，都能作出实际轮廓曲线。,当理论廓
11、线外凸时(可分为三种情况),r = r min- rT,1) r min rT时 r 0这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线(如图b),2) r min= rT 时r = 0，实际轮廓线变尖，极易磨损，产生失真(如图c)。,3) r min rT 时r 0， 即实际曲线出现交叉会出现严重失真(如图d)。,（1） 滚子半径的选择,一般推荐rT=0.8min。为了避免出现尖点，一般要求 min35mm。,凸轮对从动件的作用力F的方向与从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角a称为压力角。,（2）压力角的校核,自锁：当增大到一定程度后，以至于导路的摩擦阻力大于有效分力时，无论凸轮给予从动件多大的力，从
12、动件都不能运动。,推荐压力角数值,移动从动件a=30,摆动从动件a=45,4.4.2 压力角的校核,a=7080,(3) 基圆半径的确定根据凸轮的结构确定rb：,在设计凸轮时，先根据条件确定基圆半径rb。 制成凸轮轴时，rb=r+rT+(25)mm；,单独制造凸轮时，rb= rh+ rT+(25)mm。,根据压力角确定rb 诺模图,设：凸轮升程角45o,max=30o,行程h=30mm,简谐运动，求基圆半径rb。 解：过升程角45o和max=30o画直线相交于直径线上得h/rb=0.35 所以， rb=h/0.35=30/0.35=86mm,下一页,凸 轮 机 构 总 结,凸轮机构的应用 凸轮机构的分类,推杆的常用运动规律,凸轮轮廓曲线的设计,设计方法所依据的基本原理反转法 设计方法：图解法、解析法,凸轮机构基本尺寸的确定,滚子半径、基圆半径、压力角、,等速运动 等加速等减速运动 简谐（余弦）运动规律,作业 P49 （7） （8）,
