1、第3章 凸轮机构及其设计,31 凸轮机构的应用和类型,32 从动件的常用运动规律,34 图解法设计凸轮的轮廓曲线,33 凸轮机构的压力角,31 凸轮机构的应用和类型,一、凸轮机构的特点和应用,1、组成：,2、特点：,结构简单、紧凑； 可精确实现从动件任意的运动规律； 设计方法简单； 高副接触易磨损； 制造较连杆机构困难。,3、应用：用于实现运动规律有特殊要求，载荷不大、行程较小的场合，广泛用于各种机械，特别是控制装置、仪器仪表、自动机械中。,31 凸轮机构的应用和类型,31 凸轮机构的应用和类型,31 凸轮机构的应用和类型,31 凸轮机构的应用和类型,31 凸轮机构的应用和类型,二、凸轮机构的
2、分类,1、按凸轮的形状分,盘形凸轮,移动凸轮,31 凸轮机构的应用和类型,圆柱凸轮,圆柱凸轮,31 凸轮机构的应用和类型,2、按从动件分,按运动形式分,直动从动件,对心直动从动件,偏置直动从动件,摆动从动件,31 凸轮机构的应用和类型,按接触形式分,尖端从动件,滚子从动件,平底从动件,31 凸轮机构的应用和类型,分隔18,31 凸轮机构的应用和类型,二、凸轮机构的分类,1、按凸轮的形状分,盘形凸轮,移动凸轮,温故知新,圆柱凸轮,一、凸轮机构的组成特点,31 凸轮机构的应用和类型,2、按从动件的运动形式和接触形式分,尖端从动件,滚子从动件,平底从动件,31 凸轮机构的应用和类型,接触形式比较,结
3、构紧凑，能与任意形状的轮廓接触，实现任意运动规律。,易磨损，承载能力低,低速、轻载,耐磨损,结构复杂,中载，应用最广,易形成油膜，润滑好，耐磨损； =C，一般=0，受力好，效率高,凸轮廓线不能内凹，运动规律受限制,高速,31 凸轮机构的应用和类型,3、按凸轮与从动件保持接触的方法分,力封闭：重力、弹簧力,重力封闭,弹簧力封闭,31 凸轮机构的应用和类型,3、按凸轮与从动件保持接触的方法分,力封闭：重力、弹簧力,几何封闭：凹槽、等宽、等径、主回,31 凸轮机构的应用和类型,等宽凸轮,31 凸轮机构的应用和类型,r1+r2 =const,主回凸轮,31 凸轮机构的应用和类型,几何封闭的优缺点：,免
4、除弹簧附加的力，效率较高； 机构外廓尺寸较大，设计较复杂。,2、偏置距e,偏置圆,3、行程h（或 max）从动件的最大位移（或角位移）,1、基圆半径rmin凸轮转动中心到轮廓曲线的最短距离,32 从动件的运动规律,一、名词术语,rmin,rmin,32 从动件的运动规律,4、运动过程,推程,推程运动角,升h,远休止程,远休止角,停止,回程,回程运动角,降h,近休止程,近休止角,停止,位移曲线,动画,32 从动件的运动规律,32 从动件的运动规律,二、从动件常用运动规律,1、等速运动规律,边界条件：,在行程的始、末点，速度有突变，a，惯性力很大，引起刚性冲击； 适用于低速。,讨论,推程,32 从
5、动件的运动规律,回程,二、从动件常用运动规律,1、等速运动规律,边界条件：,在行程的始、末点，速度有突变，a，惯性力很大，引起刚性冲击； 适用于低速。,讨论,推程,32 从动件的运动规律,2、等加速等减速运动规律,边界条件：,前半程：,后半程：,前半程等加速运动：,又,32 从动件的运动规律,讨论,在A、B、C三点，a有突变，惯性力也有突变，引起柔性冲击； a2，a，也不适用于高速。,适用于中速运转的场合。,2、等加速等减速运动规律,前半程：,后半程：,32 从动件的运动规律,6,位移曲线的作法辅助线法,3、余弦加速度(简谐)运动规律,当质点沿着以推程h为直径的圆周匀速运动时，它在直径上的投影
6、构成的运动。,讨论,始、末两点a有突变，引起柔性冲击；但若是升-降-升型运动规律，则可获得连续a线图，可用于高速。,32 从动件的运动规律,一、凸轮廓线设计方法的基本原理,基本方法：反转法,给整个凸轮机构施以“-”时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。,33 凸轮轮廓曲线的设计,基本问题：已知：rmin、（方向）、e（大小、方向），从动件的类型及运动规律，求凸轮廓线。,凸轮-静止,机架-以“-”绕o点转动,从动件,随机架以“-”反转,相对机架按s=f ()运动,反转法,显然：反转后迹点的轨迹即是凸轮的理论廓线。, 33 凸轮轮廓曲线的设计
7、,显然：反转后迹点的轨迹即是凸轮的理论廓线。,凸轮-静止,机架-以“- ”绕o点转动,从动件,随机架以“- ”反转,相对机架按s=f ()运动,一、凸轮廓线设计方法的基本原理,温故知新,-对整个机构加绕O点的反转运动,反转法,已知：rmin，（方向）， e， s=f ()，设计凸轮廓线,1. 直动尖顶从动件盘形凸轮,二、用作图法设计凸轮廓线, 33 凸轮轮廓曲线的设计,S-线图,s,l,2、直动滚子从动件盘形凸轮,已知：rmin，（方向），e，rr，s=f ()，设计凸轮廓线。, 33 凸轮轮廓曲线的设计,S-线图,s,2、直动滚子从动件盘形凸轮,理论廓线,以理论廓线上各点为圆心，作滚子圆族，
8、其包络线即为实际廓线。,实际廓线,已知： rmin ，（方向），e，rr，s=f ()，设计凸轮廓线。,3-3 凸轮轮廓曲线的设计,动画,S-线图,s,l,3、对心直动平底从动件盘形凸轮,已知： rmin ，（方向），s=f ()，设计凸轮廓线。,在理论廓线上各点作出相应的平底直线族，其包络线即为实际廓线。, 33 凸轮轮廓曲线的设计,动画,S-线图,偏置直动从动件盘形凸轮机构, 33 凸轮轮廓曲线的设计,在偏距圆或基圆上,凸轮反转角度的度量：,推杆位移的度量：,沿导路方向,!角不可在轮廓上度量,4、摆动从动件盘形凸轮机构, 33 凸轮轮廓曲线的设计,已知： rmin ，（方向），机架长LOA
9、，摆杆长LAB，=f ()，设计凸轮廓线。,-线图,4、摆动从动件盘形凸轮机构, 33 凸轮轮廓曲线的设计,已知： rmin ，（方向），机架长LOA，摆杆长LAB，=f ()，设计凸轮廓线。,讨论,若为滚子从动件，则作滚子圆族的包络线为实际廓线；,若为平底从动件，则作平底族的包络线为实际廓线；,反转角度的度量摆杆中心A绕O的转角；,34 凸轮机构压力角与基本尺寸,一、凸轮机构中的压力角与作用力的关系,压力角：不计摩擦时，从动件受力方向与速度方向的夹角。,17,F“= Ftan,F一定， F“ ,甚至自锁, max,= 30直动,= 45 摆动,P与e在轮心O点的同侧，取“”，异侧取“”。,讨
10、论,与s有关，各点不同； 与e的大小和方位有关； 当s、ds/d、e一定时，,34 凸轮机构压力角与基本尺寸,二、凸轮机构中的压力角与基圆半径rmin的关系,偏置的目的：减小推程压力角,3-4 凸轮机构基本尺寸的确定,确定r0的原则：,在结构尺寸允许的条件下，尽可能使减小； 在不超过的条件下，选较小的r0。,确定r0的方法,初选r0验算方法：初选r0，计算出各点的，使max；,由求出r0 min的图解安全区法；,诺模图法。,根据计算设计法：,在上式中代入的一系列值，可求出对应的一系列r0值r01、 r02、 r0n，应使：,3-4 凸轮机构基本尺寸的确定,三、滚子半径的确定,设：,当理论廓线内
11、凹时，,当理论廓线外凸时，,轮廓变尖,轮廓失真,3-4 凸轮机构基本尺寸的确定,为避免运动失真，常取：,或,min的求法：,图解近似确定-三圆法,解析法逐点计算、比较，确定min。,注意,从结构、强度方面考虑，滚子半径rT不能太小，通常取,若rT不能减小而又出现运动失真，怎么办？,举例,例、图示凸轮机构中，从动件的起始上升点为C0点，试标出从C0点到C点接触时，凸轮转过的角度及从动件的位移s和压力角 。,基圆？,位移？,压力角？,举例,例、图示凸轮机构中，试标出图示位置从动件位移s1和压力角1 ； 当凸轮由图示位置转过60时，从动件的位移s2压力角2 。,理论廓线,1,2,举例,例、图示凸轮机构中，试标出凸轮从图示位置转过60后从动件的角位移和压力角。,
