学习情境3凸轮机构.ppt

1.内燃机配气机构,凸轮的连续转动转变为,,气阀的上下移动，使气,,门按照一定规律启闭情景描述：,,学习情境3 凸轮机构,,2 送料机构,带有凹槽的圆柱凸轮的连续转动转变为从动杆件的左右往复移动，凸轮每转一周，从动杆件将储料器中的一个毛坯推出至指定的加工位置这种凸轮机构可以看作是将移动凸轮卷绕在圆柱上形成的3.车削手柄自动进刀机构,凸轮的移动迫使刀架进退，从而使工件被切出与凸轮的曲线轮廓相适应的复杂外形任务4 内燃机配气机构盘形凸轮轮廓设计,,学习情境3 凸轮机构,任务描述,,,,,,,,内燃机配气机构盘形凸轮轮廓,,凸轮的连续转动转变为,,气阀的上下移动，使气,,门按照一定规律启闭从动件的运动规律取决于凸轮的曲线轮廓，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预定的运动规律任务描述,,1、组成：凸轮，从动件，机架,2、作用：将凸轮的转动或移动转变为从动件的移动或摆动,3、特点,:(1)只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到所需的 运动规律,,(2)结构简单、紧凑，工作可靠，容易设计；,,(3)高副接触，（点或线接触，压强大）易磨损因此 只适用于传递动力不大的场合。

4、应用：适用于传力不大的控制机构和调节机构,,凸轮机构是怎样的一种机构呢？,,凸轮机构是通过凸轮与从动件间的接触来传递运动和动力，是一种常见的,高副,机构，结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预定的复杂运动规律关键在于设计出适当的曲线轮廓二、凸轮机构的特点与应用,资讯,,凸轮机构在生产实践中应用广泛，种类繁多，但不管是哪一种凸轮机构，都是,凸轮为原动件,凸轮在凸轮机构中非常重要，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预定的复杂运动规律凸轮机构的设计是从,从动件的运动规律,开始的，根据从动件的运动规律和其它的附加条件来设计凸轮的曲线轮廓资讯,三、从动件的术语和常用的运动规律,1.,从动件的常用术语,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与凸轮转角的关系可以用从动件的位移线图来表示，如右图所示资讯,★基圆：以凸轮最小半径,r,b,所作的圆，,r,b,称为凸轮的基圆半径★推程、推程运动角：,★远休、远休止角：,★回程、回程运动角：,★近休、近休止角：,★行程（升程）：h(从动件的最大位移★位移：s=r-r,0,资讯,S与,h,资讯,,位移线图（曲线）,：用来表示从动件的位移s与凸轮转角,φ的关系曲线,资讯,,注意：,,1.图中凸轮回转一周时，从动件经过升—停—降—停的运动过程。

凸轮继续回转时，从动件重复升—停—降—停的运动过程，通常把这种升—停—降—停的运动过程称为一个运动循环2.一个运动循环中，不一定都有推程 远休 回程 近休4个运动过程但一定有推程和回程2个运动过程从动件的运动规律取决于凸轮的曲线轮廓，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任何预定的运动规律资讯,,2. 从动件常用的运动规律,（1）含义：从动件的运动规律是指从动件在运动过程中，其,位移、速度,和,加速度,随时间或凸轮转角,δ,变化的规律2）从动件常用的运动规律主要有：,,等速运动,,等加速—等减速运动,,余弦加速度运动,,正弦加速度运动,资讯,,1）等速运动（凸轮匀速回转时，从动件在推程或回程为匀速运动从动件推程运动线图如右图：,,从动件推程运动方程：,线图分析：,,运动特性：,当采用匀速运动规律时，推杆在运动的起始点和终止点因速度有突变，在理论上加速度值为瞬时无穷大，使推杆产生非常大的惯性力，致使凸轮受到很大的冲击，称为,刚性冲击,适用场合：低速、轻载资讯,,2）等加速—等减速运动,从动件推程运动线图如右图：,从动件推程运动方程：,等加速段 等减速段,资讯,运动特性：,当采用等加速等减速运动规律时，在,起点、中点,和,终点,时，加速度有突变，因而推杆的惯性力也将有突变，不过这一突变为有限值，所以，凸轮机构中由此而引起的冲击称为柔性冲击。

适用场合：中速、轻载线图分析：,资讯,3)余弦加速度运动,（也称简谐运动规律，是一个质点在圆周上作匀速运动，它在该圆直径上的投影所构成的运动从动件推程运动线图如右图：,从动件推程运动方程：,资讯,,运动特性：,这种运动规律的加速度在起点和终点时有有限数值的突变，故也有柔性冲击适用,场合：中速、中载线图分析：,,4)正弦加速度运动（也称摆线运动规律）,由运动图可见，其速度和加速度曲线都是连续的，因此没有冲击，故常用于高速凸轮机构线图分析：,从动件推程运动线图如右图：,资讯,请列表归纳：,各个运动规律的位移、速度、加速度曲线图，各运动规律适用的场合运动规律,位移曲线,速度曲线,加速度曲线,适用场合,,,,,,凸轮轮廓曲线的设计通常有图解法和解析法两种图解法:简便直观但精度不高,,解析法:精确度高，计算繁杂对于一般精度的凸轮用图解法设计即可满足要求.,,资讯,图解法设计凸轮轮廓的原理是反转法.,反转法原理,假想给整个机构加一公共角速度-,ω,.,,凸轮：相对静止不动,,推杆：一方面随导轨以-,ω,绕凸轮轴心转动;另一方面又沿导轨作预期的往复移动.,,由于从动件的尖顶与凸轮轮廓始终接触,加上反转角速度以后,尖顶的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。

凸轮向径与基圆半径之差为凸轮位移量.,资讯,计划决策,1.进行自愿分组2.学习相关知识3.明确工作思路4.讨论任务实施注意事项5.完成任务6.检查评价配气机构对心直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓设计步骤：,,设计要求：已知凸轮的基圆半径为,r,b,,凸轮沿逆时针方向等速回转而推杆的运动规律如图所示试设计该对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线导路与基圆的的交点是推杆的初始位置,任务实施,检查评价,评定形式,,比例,评定内容,评定标准,得分,自我评定,20%,1.学习工作态度 5分,,2.完成任务情况 5分,,3.出勤情况 5分,,4.独立工作能力 5分,积极【5】；一般【3】；不积极【0】,,全部【5】；一半【3】；没有【1】,,全勤【5】；缺两次【3】；30%【0】,,强【5】；一般【3】；不强【1】,,小组评定,30%,1.学习工作责任意识 5分,,2.收集材料、调研能力 5分,,3.汇报、交流、沟通能力 10分,,4.团队协作精神 10分,强【5】；一般【3】；不强【0】,,强【5】；一般【3】；不强【1】,,强【10】；一般【6】；不强【2】,,强【10】；一般【6】；不强【2】,,教师评定,50%,1.集体学习工作过程状态 10分,,2.计划制定、执行情况 10分,,3.任务完成情况 15分,,4.项目学习、实训报告 15分,积极【10】；一般【6】；较差【2】,,好【10】；一般【6】；较差【2】,,好【15】；一般【10】；较差【5】,,【0】-【15】,,任务执行人评价表：,检查评价,任务执行人评价汇总表：,任务评价,,姓名,自我评分,,分值×,10%,班组评分,,分值×,30％,教师评分,,分值×,60%,综合得分,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,由于滚子与凸轮轮廓的接触点不断变换,加上反转角速度以后,无法以滚子上的某点的运动轨迹来作出凸轮轮廓曲线。

但对于滚子从动件，滚子中心可看作是从动件的尖顶，其运动轨迹就是凸轮的理论轮廓曲线，凸轮的实际轮廓曲线是与理论轮廓曲线相距滚子半径,r,T,的一条等距曲线任务拓展,1.对心直动滚子从动件盘形凸轮机构,,已知条件: 凸轮的基圆半径为,r,b,,滚子半径r,t,,凸轮沿逆时针方向等速回转推杆的运动规律如图所示试设计对心直动滚子从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线由于平底从动件与凸轮轮廓的接触点不断变换,加上反转角速度以后,无法以平底从动件上的某点的运动轨迹来作出凸轮轮廓曲线但对于平底从动件，平底始终与凸轮轮廓曲线相切则反转以后，作平底的切线即可得到凸轮轮廓曲线2.对心直动平底从动件盘形凸轮机构,,已知条件,: 凸轮的基圆半径为,r,0,凸轮沿逆时针方向等速回转推杆的运动规律如图所示试设计对心直动平底从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线3.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构,,已知条件,:已知凸轮的基圆半径为,r,b,凸轮沿逆时针方向等速回转而推杆的运动规律已知，已知偏距e从动画中看，从动件在反转运动中依次占据的位置将不再是以凸轮回转中心作出的径向线,而是,始终与回转中心O保持一偏距e的直线,,因此若以凸轮回转中心O为圆心，以偏距e为半径作圆（称为偏距圆）,则从动件在反转运动中依次占据的位置,必然都是偏距圆的切线,,,知识拓展,,一、凸轮机构的分类,1.按照凸轮的形状不同可把凸轮分为以下几种：,1）盘形回转凸轮（最基本的形式）,凸轮为一绕定轴旋转,、,向径变化的盘类零件。

图中凸轮的连续转动转变为从动件的往复移动2）平板移动凸轮,凸轮实际是回转中心在无穷远处的盘状凸轮图中凸轮的水平方向的移动转变为从动件的垂直方向的移动凸轮是在圆柱体上制出的外凸或内凹的凸轮曲线图中凸轮的连续转动转变为从动件平行于凸轮轴线方向的移动3）圆柱回转凸轮,2.按从动件的形状分类,1) 尖顶从动件,特点：,尖顶能与凸轮轮廓上所有的点接触，能保证从动件运动的准确不能与凸轮轮廓上所有的点接触，会使得即使设计出了正确的凸轮轮廓，也不能获得所需的从动件的运动规律从动件和凸轮之间是点接触，容易磨损应用：,传力较小的低速凸轮机构2) 滚子从动件（从动件的端部装有滚子）,特点：,滚子和凸轮之间为滚动摩擦，磨损小，且为线接触，能承受较大的载荷凸轮上凹陷的轮廓未必能很好的与凸轮接触，从而会影响实现预期的运动规律当凸轮上有小的凹陷处的时候，由于滚子不能与凸轮上小的凹陷处的点接触，即使设计出了正确的凸轮轮廓，也不能获得所需的从动件的运动规律应用：,传力较大的凸轮机构3) 平底从动件（从动件的端部固定一平板.),特点：平底与凸轮之间易于形成油膜，利于润滑，磨损小但凸轮上凹陷的轮廓不能与平底接触，从而会影响实现预期的运动规律)故此类凸轮机构凸轮上不能有凹陷的轮廓。

应用：高速凸轮机构3.按从动件的运动形式,1）移动从动件（从动件作直线移动按照从动件导路的中心线是否通过凸轮回转中心，分为对心或偏置的移动从动件凸轮机构偏心距e的定义与曲柄滑块机构相同2）摆动从动件,（从动件绕固定轴线摆动4.按锁合方式（使凸轮和从动件保持接触的方式）的不同,⑴,力锁合凸轮，如靠重力、弹簧力锁合的凸轮等；,2）形（几何）锁合凸轮，如沟槽凸轮、等径凸轮及等宽凸轮等理论廓线的曲率半径(理论工作半径）：,r,,实际廓线的曲率半径（实际工作半径）：,r,’,内凹轮廓：,滚子半径：,r,T,凸轮轮廓曲线形状与滚子半径的关系,当理论廓线内凹时,，无论滚子半径大小，,,凸轮工作轮廓总是光滑曲线,一. 滚子半径的确定,r,',,=,r,+ r,T,外凸轮廓： r’=r-,r,T,1),,r,>,r,T,时,,r,,',,> 0,这时所得的凸轮实际轮廓为光滑的曲线,3),r,<,r,T,,时,r,,' <,0，,,，,即实际曲线出现交叉会出现失真,2),,r,=,r,T,时,r,,',=,0，,实际轮廓线变尖，极易磨损，不能使用,可分为三种情况：,结论：,外凸的凸轮轮廓曲线, 应使,r,T,<ρ,min,，,通常取,,r,T,≦0.8ρ,,,同时,ρ,’ ≧3-5mm,,另外滚子半径还受强度、结构等的限制，因而也不能做得太小，通常取滚子半径,,r,T,=0.4r,b,二.凸轮机构的压力角,,１、定义 （不计摩擦）凸轮对从动件作用力的方向线与从动件上力作用点的速度方向之间所夹的锐角，用α表示。

２、压力角与作用力的关系      将凸轮对从动件的作用力F分解为F,1,和F,２,F,1,＝F·sinα,,,F,２,＝F·cosα,,F1有害F2有效,当α增大时, F1增大F2减小,,对传动不利,当α增大到一定数值时, F2太小,已不足以使机构运动,凸轮机构发生自锁.则α不能太大.且α又是变化的.,,３、许用压力角αmax≦ [α]                   推程：直动推杆取[α]＝30,0,～40,0,；摆动推杆[α]＝40,0,～50,0,；回程： 通常取[α]= 70,0,～80,0,4、压力角校核,,α,max,一般出现在,,,⑴从动件的起点位置,,⑵从动件最大速度位置,,⑶凸轮轮廓曲线最陡处,,,注意：若α,max,> [α],,增大基圆半径,,三.凸轮基圆半径的确定,三.凸轮基圆半径的确定,1.从图中可以看出，基圆半径越小，压力角越大；,,基圆半径越大，压力角越小；,,为了获得高的传动性能，需要采用大的基圆半径但是，基圆半径增大，会使整个凸轮尺寸增大，结构不紧凑三.凸轮基圆半径的确定,2.基圆半径选择原则：,,⑴在满足αmax≦ [α] 的条件下，尽量选用小的基圆半径，以保证结构紧凑。

⑵.由于基圆半径越小，获得相同的从动件位移时，凸轮曲线的曲率半径越小，越容易运动失真为了避免运动失真，基圆半径不能太小，要使得ρ,’ min﹥0，通常,,ρ’ min ﹥3~5mm,,⑶当凸轮和轴不为一体时，为了满足结构和制造要求，基圆半径要大于轴径3.经验选择：,在设计凸轮时，通常先根据条件确定基圆半径rb制作凸轮轴时，rb略大于轴的半径；,,单独制造凸轮时， rb=(1.6~2.0)rs (rs:安装凸轮处轴径),四、,凸轮与从动件的材料及选择,典型材料,:,,凸轮： 20Cr （表面渗碳淬火56-62HRC)； 40Cr(表面高频淬火40-45HRC）,,从动件：材料与凸轮相同，但从动件磨损更严重更早所以一般从动件硬度比凸轮要高一些五、,凸轮和从动件的结构,1.当凸轮的尺寸很小，且与轴的尺寸相近时，通常制成凸轮轴2.当凸轮的尺寸较大时，通常将凸轮和轴分开制造，然后将凸轮,,装到轴上3.凸轮在轴上的安装固定形式：圆柱销 套筒 螺母 键等,,4.为了减少摩擦，从动件的端部常采用滚子的形式，滚子和从动件之间要可靠的连接为转动副需要注意的是：,,凸轮与轴有相对位置要求(如单缸内燃机进气排气的规律性)，为达到此要求，通常在凸轮上刻出标志，作为加工和装配的依据。

六、,凸轮的精度,1.主要是指凸轮的尺寸公差和表面粗糙度2.直径在300~500mm以下的凸轮，查表即可凸轮精度,极限偏差,,,表面粗糙度R2/μm,,,向径/mm,基准孔,槽式凸轮槽宽,盘形凸轮,槽式凸轮,高精度,±(0.05~0.10),H7,H7(H8),0.4,0.8,一般精度,±(0.10~0.20),H7(H8),H8,0.8,1.6,低精度,±（0.20~0.50),H8,H8H9,1.6,1.6,一、填空题,,1.按凸轮的外形凸轮机构主要分为__凸轮和__凸轮两种基本类型2.从动杆与凸轮轮廓的接触形式有_______、_______和平底三种3.以凸轮的理论轮廓曲线的最小半径所做的圆称为凸轮的______4.凸轮理论轮廓曲线上的点的某点的法线方向(即从动杆的受力方向)与从动杆速度方向之间的夹角称为凸轮在该点的_______5.凸轮机构从动杆等速运动的位移为一条_______线，从动杆等加速等减速运动的位移曲线为一条_______线6.从动杆的端部形状有_______、_______和平底三种7.用图解法设计滚子从动件盘形凸轮轮廓时，在由理论轮廓曲线求实际轮廓曲线的过程中，若实际轮廓曲线出现尖点或交叉现象，则与,,的选择有关。

8. 直动尖顶从动件盘形凸轮机构的压力角是指,,；直动滚子从动件盘形凸轮机构的压力角是指,,9.凸轮的基圆半径越小，则机构越,,，但过于小的基圆半径会导致压力角,,，从而使凸轮机构的传动性能变,,二、选择题,,1.理论廓线相同而实际廓线不同的两个对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，其从动件的 运动规律,, A)相同； ( B)不相同2.对于转速较高的凸轮机构，为了减小冲击和振动，从动件运动规律最好采用,,运动规律 A)等速； ( B)等加速等减速； ©正弦加速度3.凸轮机构中从动件作等加速等减速运动时将产生,,冲击它适用于,,场合A）刚性；(B)柔性；(C)无刚性也无柔性；(D)低速；(E)中速；(F)高速4.滚子从动件盘形凸轮机构的滚子半径应,,凸轮理论廓线外凸部分的最小曲率半径A)大于； (B)小于； (C)等于5.在设计直动滚子从动件盘形凸轮机构的实际廓线时，发现压力角超过了许用值，且廓 线出现变尖现象，此时应采取的措施是,,A)减小滚子半径； (B)加大基圆半径； (C)减小基圆半径三、判断题,,1.滚子从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线是理论轮廓曲线的等距曲线因此，只要将理论 廓线上各点的向径减去滚子半径，便可得到实际轮廓曲线上相应点的向径。

),,2.在对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构中，当从动件按等速运动规律运动时，对应的凸轮廓线是一条阿米德螺旋线 ),,3.在盘形凸轮机构中，其对心直动尖顶从动件的位移变化与相应实际廓线极径增量的变 化相等 ),如图所示的凸轮机构中，从动件的起始上升点均为C点1）试在图上标出从C点接触到D点接触时，凸轮转过的角度,及从动件走过的位移；,,（2）标出在D点接触时凸轮机构的压力角,。