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第03章凸轮机构本讲稿第一页，共二十九页3-1 凸轮机构的应用和类型凸轮机构的应用和类型一凸轮机构的应用一凸轮机构的应用:本讲稿第二页，共二十九页优点：优点：1、可使从动件得到各种预期的运动规律。、可使从动件得到各种预期的运动规律。2、结构简单、紧凑，构件少结构简单、紧凑，构件少。3、可实现停歇运动。、可实现停歇运动。缺点：缺点：1、高副接触，易磨损，多用于传力不太大的场合。、高副接触，易磨损，多用于传力不太大的场合。2、复杂的凸轮轮廓加工比较困难。、复杂的凸轮轮廓加工比较困难。3、从动件行程不宜过大，否则会使凸轮变得笨重。、从动件行程不宜过大，否则会使凸轮变得笨重。2.特点：特点：1.1.组成：组成：凸轮凸轮具有曲线轮廓或凹槽的构件。具有曲线轮廓或凹槽的构件。从动件从动件被凸轮直接推动的构件。被凸轮直接推动的构件。机架机架本讲稿第三页，共二十九页1)进行位置的操纵控制；进行位置的操纵控制；2)实现特定的运动规律；实现特定的运动规律；3)实现运动与动力的双重要求；实现运动与动力的双重要求；4)实现复杂的运动轨迹。实现复杂的运动轨迹。凸轮机构的应用：凸轮机构的应用：本讲稿第四页，共二十九页二二.凸轮机构的分类：凸轮机构的分类：1.1.按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类盘形凸轮盘形凸轮 移动凸轮移动凸轮 圆柱凸轮圆柱凸轮凸轮最基本的凸轮最基本的型式型式盘形凸轮中心趋盘形凸轮中心趋于无穷远于无穷远移动凸轮卷成移动凸轮卷成圆柱形圆柱形本讲稿第五页，共二十九页2.按从动件的形式分类按从动件的形式分类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（能实现任意运动规律。但（能实现任意运动规律。但点接触磨损快，只宜用于轻点接触磨损快，只宜用于轻载低速凸轮机构）载低速凸轮机构）（滚动摩擦，耐磨损，可承受（滚动摩擦，耐磨损，可承受较大载荷。是最常用的从动件较大载荷。是最常用的从动件型式）型式）（不能与凹陷凸轮轮廓接触。（不能与凹陷凸轮轮廓接触。但作用力始终与平底垂直，效但作用力始终与平底垂直，效率较高，且接触面易形成油膜，率较高，且接触面易形成油膜，利于润滑。常用于高速凸轮机利于润滑。常用于高速凸轮机构）构）本讲稿第六页，共二十九页3.按从动件的运动形式分类按从动件的运动形式分类直直动动从从动动件件摆摆动动从从动动件件本讲稿第七页，共二十九页4.4.按从动件与凸轮接触形式分类按从动件与凸轮接触形式分类力封闭（弹簧力封闭（弹簧 、重力）、重力）形封闭（槽形、等宽矩形、等径、共轭）形封闭（槽形、等宽矩形、等径、共轭）本讲稿第八页，共二十九页(2)(2)几何封闭凸轮几何封闭凸轮 利用从动件和凸轮的特殊几何结构，使从动件和凸轮保持利用从动件和凸轮的特殊几何结构，使从动件和凸轮保持接触。接触。本讲稿第九页，共二十九页凸轮机构的命名：凸轮机构的命名：从动件从动件 原动件原动件对心对心 尖顶尖顶 板板 +直动直动 +滚子滚子 +从动件从动件 +盘形盘形 +凸轮机构凸轮机构偏置偏置 平底平底 圆柱圆柱本讲稿第十页，共二十九页对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构对心直动滚子从动件盘形凸轮机构对心直动平底从动件盘形凸轮机构偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构凸轮机构的命名凸轮机构的命名本讲稿第十一页，共二十九页摆动尖顶从动件盘形凸轮机构 摆动滚子从动件盘形凸轮机构 摆动平底从动件盘形凸轮机构 本讲稿第十二页，共二十九页3-2 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 一一.基本概念：基本概念：1、基圆、基圆 2、推程，推程运动角、推程，推程运动角；以以凸凸轮轮轮轮廓廓的的最最小小向向径径为为半半径径所所作作的的圆称为圆称为基圆基圆。用用r0表示。表示。3、远休止，远休止角、远休止，远休止角s；4、回程，回程运动角、回程，回程运动角；5、近休止，近休止角、近休止，近休止角s；6、升程、升程从动件在推程或从动件在推程或 回程中移动的距回程中移动的距 离。用离。用h 表示。表示。本讲稿第十三页，共二十九页7、理理论论轮轮廓廓与与尖尖顶顶、平平底底从从动动件件相相接接触触的的凸凸轮轮轮轮廓廓。或或滚滚子子中中心心的轨迹。的轨迹。8、实实际际轮轮廓廓与与尖尖顶顶、平平底底、滚滚子相接触的凸轮轮廓。子相接触的凸轮轮廓。本讲稿第十四页，共二十九页二二.从动件常用运动规律：从动件常用运动规律：从动件位移线图从动件位移线图从动件位移从动件位移 s与凸轮转角与凸轮转角(t)之间的之间的 关系曲线，即关系曲线，即sf()曲线。曲线。1.等速运动规律：等速运动规律：推程：推程：运动开始、终止及换向点存在运动开始、终止及换向点存在刚刚性冲击性冲击。不宜单独使用，运动开始和终。不宜单独使用，运动开始和终止段必须加以修正。止段必须加以修正。本讲稿第十五页，共二十九页2.等加速等减速运动规律：等加速等减速运动规律：推程等加推程等加速段：速段：推程的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动。推程的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动。推程等减推程等减速段：速段：运动开始、终止及换向点存在运动开始、终止及换向点存在柔性冲击柔性冲击。适用于中速轻载。适用于中速轻载。本讲稿第十六页，共二十九页3.简谐运动规律简谐运动规律：(余弦加速度规律余弦加速度规律)推程：推程：一点在圆周上匀速运动时，它在此圆直径上的投影所构一点在圆周上匀速运动时，它在此圆直径上的投影所构成的运动成的运动运动开始、终止点存在运动开始、终止点存在柔柔性冲击性冲击。应用于中、低速凸轮机。应用于中、低速凸轮机构。构。本讲稿第十七页，共二十九页4.正弦加速度运动规律：正弦加速度运动规律：(摆线运动规律摆线运动规律)理论上理论上无冲击无冲击。可应用于高速。可应用于高速凸轮。但凸轮。但amax较大，惯性力较大，较大，惯性力较大，要求加工精度较高。要求加工精度较高。推程：推程：本讲稿第十八页，共二十九页 需要说明的是：除上述几种运动规律需要说明的是：除上述几种运动规律外，还有高次曲线规律等。理论上讲，正外，还有高次曲线规律等。理论上讲，正弦加速度、高次曲线连柔性冲击也不存在。弦加速度、高次曲线连柔性冲击也不存在。但由于这些曲线对加工误差特别敏感，实但由于这些曲线对加工误差特别敏感，实际使用的效果并不好。实际中多采用几种际使用的效果并不好。实际中多采用几种运动规律的组合，运动规律的组合，如改进型梯形加速度运如改进型梯形加速度运动规律动规律(a图图)、改进型等速运动规律、改进型等速运动规律(b图图)。本讲稿第十九页，共二十九页3-3 凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角 压力角压力角:从动件所受驱动力方向与该力作用点绝对速度从动件所受驱动力方向与该力作用点绝对速度 方向间所夹的锐角。方向间所夹的锐角。对于高副机构，对于高副机构，压力角即接触轮廓法线与压力角即接触轮廓法线与从动件速度方向所夹的锐角。从动件速度方向所夹的锐角。一、压力角与作用力的关系：一、压力角与作用力的关系：有害分力有害分力若若F一定，一定，F，。当摩擦阻力摩擦阻力Ff=f F F时，时，从动件无法运动，从动件无法运动，这种现象称为这种现象称为自锁。自锁。为了保证凸轮机构正常工作并具有一定的效为了保证凸轮机构正常工作并具有一定的效率，率，对直动从动件推程：对直动从动件推程：=30 对摆动从动件推程：对摆动从动件推程：=45 对回程对回程=7080，一般不需验算，一般不需验算。本讲稿第二十页，共二十九页二、压力角与凸轮机构尺寸的关系：二、压力角与凸轮机构尺寸的关系：如图有：由右图知，由右图知，r0，机构紧凑；，机构紧凑；但但r0，机构易自锁。，机构易自锁。显然：基圆半径显然：基圆半径r0对压力角有很大影响。对压力角有很大影响。注：注：导路与瞬心在点同导路与瞬心在点同 侧，取侧，取“”号，号，减小；减小；导路与瞬心在点异导路与瞬心在点异 侧，取侧，取“”号，号，增大。增大。本讲稿第二十一页，共二十九页3-4 图解法设计凸轮轮廓图解法设计凸轮轮廓已知从动件的位移线图，允许的空间及要求，初步确定已知从动件的位移线图，允许的空间及要求，初步确定基圆半径基圆半径r0后，绘制凸轮轮廓。后，绘制凸轮轮廓。一、直动从动件盘形凸轮轮廓：一、直动从动件盘形凸轮轮廓：1.偏置尖顶直动从动件盘形凸轮偏置尖顶直动从动件盘形凸轮基本原理基本原理“反转法反转法”给整个机构加上一个与给整个机构加上一个与 等等值反向的角速度值反向的角速度“-”，机构各，机构各构件间的相对运动不变，凸轮构件间的相对运动不变，凸轮却相对静止。所以，反转后从却相对静止。所以，反转后从动件尖顶的运动轨迹就是凸轮动件尖顶的运动轨迹就是凸轮轮廓。轮廓。本讲稿第二十二页，共二十九页已知条件：已知条件：从动件的位移线图，偏距从动件的位移线图，偏距e、基圆半径、基圆半径r0及及。本讲稿第二十三页，共二十九页作图步骤：作图步骤：1.选定比例尺选定比例尺L，以，以r0为半径作基圆，以为半径作基圆，以e为半径作偏距圆并与为半径作偏距圆并与 从动件导路相切于从动件导路相切于k点。点。B0(C0)即为从动件的起始位置；即为从动件的起始位置；2.将位移线图将位移线图s的推程、回程运动角分别进行若干等分；的推程、回程运动角分别进行若干等分；3.在基圆上，自在基圆上，自OC0开始，沿开始，沿-方向依次量取角度方向依次量取角度、s、s，并将推程、回程运动角分为相应等分，得点，并将推程、回程运动角分为相应等分，得点C1、C2、C3及及 C6、C7、C8；4.过点过点C1、C2、C3作偏距圆的一系列切线，这些切线即为作偏距圆的一系列切线，这些切线即为 从动件导路在反转运动中的位置；从动件导路在反转运动中的位置；5.沿沿4中切线自基圆开始量取从动件相应位移量，中切线自基圆开始量取从动件相应位移量，即线段即线段C1B111、C2B222、C3B333，得反转后尖顶的一系列位置得反转后尖顶的一系列位置B1、B2、B3；6.将点将点B0、B1、B2 依次连接成光滑曲线，即得所求凸轮廓线。依次连接成光滑曲线，即得所求凸轮廓线。若偏距若偏距e0，则成为对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构。，则成为对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构。本讲稿第二十四页，共二十九页2.滚子直动从动件盘形凸轮滚子直动从动件盘形凸轮曲线曲线实际轮廓；实际轮廓；曲线曲线理论轮廓；理论轮廓；r0、压力角、压力角均应在均应在理论理论轮廓轮廓上度量。上度量。本讲稿第二十五页，共二十九页滚子从动件滚子半径的选择滚子从动件滚子半径的选择 若若min过小，则过小，则rT很小，不能满足安装和强度要求时，只能增大很小，不能满足安装和强度要求时，只能增大r0，重新设计凸轮轮廓。，重新设计凸轮轮廓。设设rT：滚子半径：滚子半径min：理论轮廓外凸部分：理论轮廓外凸部分 最小曲率半径最小曲率半径minrT：实际轮廓曲率半径实际轮廓曲率半径本讲稿第二十六页，共二十九页凸轮机构运动失真的解决方法：凸轮机构运动失真的解决方法：1、减小滚子半径；、减小滚子半径；2、增大凸轮的基圆半径；、增大凸轮的基圆半径；3、必要时修改推杆的运动规律。、必要时修改推杆的运动规律。本讲稿第二十七页，共二十九页平底长度平底长度ml平底左侧长度平底左侧长度m m平底右侧长度平底右侧长度l3.平底直动从动件盘形凸轮本讲稿第二十八页，共二十九页教材教材P52 P52 3-13-1、2 2、4 4本章作业本章作业本讲稿第二十九页，共二十九页