第九章 凸轮机构及其设计.doc

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1、第九章 凸轮机构及其设计9-1 凸轮机构的应用和分类一、凸轮机构的应用：常用的高副机构自动机械和半自动机械装置中，实现运动比连杆（最多9个点）容易，使用广泛。1.应用实例 ：（1）内燃机配气机构：2.凸轮机构及组成：是高副机构3.优点： 易满足任意复杂运动的要求；简单紧凑，工作可靠；易设计。4.缺点：易磨损(点线接触高副)。用于受力不大的场合；加工困难，成本高。 二、凸轮机构的分类：1.分类： （1）凸轮机构（两活动构件作平面、空间运动） （2）凸轮机构（按推杆运动副形状分） （3）凸轮机构（推杆运动形式）（4）凸轮机构（力方式）图9-12.命名：以上分类方法组合：摆动滚子推杆圆柱凸轮机构 偏

2、置直动滚子推杆盘形凸轮机构9-2 从动件的运动规律及其选择一、凸轮与从动件的运动关系：图9-2一个运动循环 从动件行程：从动件的最大位移：h整程角（一个运动循环对应凸轮总转角）二、从动件的运动规律（推杆的运动规律）：指从动件的位移s、速度v、加速度a随时间而变化的规律凸轮一般以等角速度运动 其中，位移线图最重要图a)的运动规律用图b)表示初始条件了解 从动件的运动规律三、从动件运动规律的选择：考虑：刚性冲击、柔性冲击、vmax(速度幅值)、amax参考表4-2 讲1 .从动件基本运动规律 基本运动规律（102页表4-1）图9-3（1）等速运动规律：指凸轮等速回转时，从动件在推程或回程中的速度为

3、常数，而在始末两点处速度产生突变即s v a 线图如下： 运动开始和终止时，速度有突变（2）等加速等减速运动规律：指从动件在推程（或回程）中，先作等加速运动，再作等减速运动，加速度为常数 推程前半行程合后半行程 （1）加速度大小相等，方向相反（2）所用时间相等，均为tr/2（3）位移量相等，均为h/2方程 图9-4A、B、C三点速度有突变（3）简谐运动规律：指从动杆的加速度按余弦规律变化 2 .组合运动规律：几种运动规律组合，连接点处s、v、a应相等 9-3凸轮轮廓曲线的设计一、凸轮轮廓设计的基本原理1 .对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构：反转法：在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而使推杆相对

4、于凸轮作反转运动，同时又在其导轨内作预期运动，做出推杆在这种复合运动中的一系列位置，则其尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线。(图轮廓线的设计的基本原理)例：试用反转法绘制一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线，已知凸轮的基圆半径为r0=15mm,凸轮以等角速度沿逆时针方向回转，推杆的运动规律如图。（用反转法） 步骤：（1）绘制并等分位移线图（2）画基圆 等分基圆得推杆在反转运动中导轨占据的各个位置求推杆在复合运动中占据的位置连线2 .对心直动滚子推杆盘形凸轮机构先按上述绘出滚子中心A在推杆复合运动中依次占据的位置1、2然后以1、2为圆心，以滚子半径rr为半径，作一系列圆，再作此圆簇的包络线，

5、即为凸轮的轮廓曲线。3 .对心直动平底推杆盘形凸轮机构：将推杆导路的中心线与推杆平底的交点A视为尖顶推杆的尖点，按前述的作图步骤确定出点A在推杆作复合运动时依次占据的位置1、2。然后再通过点1、2作一系列代表推杆平底的直线，而此直线簇的包络线即为凸轮的工作廓线。平底左右两侧的宽度W应分别大于左右两侧的运动点距离Lmax W=Lmax+5mm5 .摆动尖顶推杆盘形凸轮机构给出推杆角位移方程相对直动：已知：lOA、r0、lAB、逆时针，求：图轮廓线绘制：（1）定出O、A基圆、B（以A为圆心，lAB为半径的基圆 ）（2）等分（3）以O为圆心，lOA为半径，转圆，对应上述等分的A1、A2以A1圆心，l

6、AB为半径，与基圆交于B1使lAB交射线于（即为凸轮上一点）或连OA1使的射线，以lAB交射线于点（即为凸轮上一点），同理得（4）连线6 .摆动滚子推杆从动件盘形凸轮机构在以上基础上画滚子包络线即可得7 .直动推杆圆柱凸轮机构例：3-1 设计一对心直动滚子从动件凸轮机构。已知：滚子半径rr=10mm,凸轮顺时针转，从动件在推程中的运动规律为简谐运动，升距h=30mm,回程以对称型等加速等减速运动规律返回原处，对应于从动件各运动阶段，凸轮的转角分别为（凸轮的轴的半径rs=20mm）基圆半径45mm。试绘制该机构的凸轮轮廓。解：（1）画从动件位移线图，如上图，先取适当的比例尺绘制、等分r0=1.7

7、5rs+10=1.7520+10=45mm(2) 画基圆：mm（3）画等分线：线，并用对应等分线C1、C2（4）截取：（5）连线： B1B2（6）包络线（7）验算压力角（8）验算二、解析法设计（尖顶、滚子从动件盘形凸轮机构）1 .直动从动件盘形凸轮：2.摆动从动件盘形凸轮： 三、平底直动从动件盘形凸轮（解析法）9-4 盘形凸轮机构基本尺寸的确定面解析法设计凸轮时，下列参数假设为已知，事实要确定：r0基圆半径e直动从动件的偏距l摆动从动件长度a摆动从动件与凸轮的中心距rr滚子半径确定依据：传力性能优势、结构是否紧凑、运动是否失真等。一、凸轮结构的压力角及其许用值1.压力角：从动件在凸轮轮廓接触点

8、处所受的正压力的方向（即凸轮轮廓在该点法线方向）与从动件上的速度方向之间所夹的锐角。它是反映凸轮受力情况的一个重要参数。 偏置直动从动件盘型凸轮机构（图4-15）2. 的取值： 凸轮机构的瞬时效率为： F0 :理想驱动力; F:实际驱动力F12 其中 由以上两式知：当增大到使F12时，此时机构发生自锁。此时的压力角为临界压力角。要使： (4-8)为使凸轮正常运转: 工程上考虑到F12,: 推荐的： 二、按许用压力角确定凸轮机构的基本尺寸：如图4-15 P12为1、2构件相对速度瞬心 (4-9) 其中： s0=即： 所以为了改善传力特性或减小凸轮尺寸，常用P115页图4-17偏置凸轮机构：应使偏

9、置于推时的相对瞬心P12位于凸轮轴心的同一侧，否则，使推程代入（4-9）计算时e用“”代入三、按凸轮轮廓全部外凸条件确定凸轮基圆半径r0平底凸轮机构运动不失真由式P111（4-5）及高数中的曲率半径计算公式，平底直动从动件盘型凸轮轮廓曲率半径应大于或等于最小曲率半径。 （0） （4-5）置动平底从动件轮廓方程 得： （02） （02） （4-10）四、滚子半径rr的选择：工作轮廓曲率半径理论轮廓曲率半径rr滚子半径1.凸轮理论轮廓内凹的部分：P116（a）这时即此时当理论轮廓做出后，不论选择多大的滚子，都能做出工作轮廓。2.凸轮理论轮廓的外凸部分： 如图b 1）当时，：这时可做出凸轮的工作轮廓 2）当时，：这时可做出凸轮的工作轮廓，但出现失点，易磨损 3）当时，：包络线相交，无法加工成预期的效果，失真综上所述：rr不宜太大，但要装在销轴上，故也不宜太小。一般： rr 其中：理论轮廓外凸部分的最小曲率半径 35mm重载凸轮：rr=