第四章凸轮机构及其设计§4 1凸轮机构的应用和分类.doc

章凸轮机构及其设计4-1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：工作原理Pg图4・1）凸轮连续匀速转动，按要求控制气阀开启与关闭时间的长短及v、a.（2） 绕线机排线凸轮机构（P97图4・2）（3）巧克力输送凸轮机构（P畑图4・5）2•凸轮机构及组成：是髙副机构1口1轮：是一个具有曲面轮廓或凹槽的构件多为主动件,有吋为机架， 一般等速转动、有时摆动＜推杆（从动件）:被凸轮直接推动的构件连续或间歇的移动或摆动 从动件的$.皿运动规律完全的决定于凸轮的轮廓形状机架：3 •优点:（1） 通过改变凸轮的轮廓，易满足任意复杂运动的要求（四杆连杆最多9个点）（2） 简单紧凑，工作可靠3） 易设计4•缺点：（X）易磨损（点线接触一高副）用于受力不大的场合2）加工困难，成本高5•发展方向：高速凸轮：CAD、CAM、CNC（微机数控）/FA HA OA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）平而凸轮机构盘形凸轮（平板凸轮）（97页图4・1）移动凸轮（97页图4・3）< 圆柱凸轮空间凸轮机构圆锥凸轮球面凸轮、弧面凸轮等（2）凸轮机构（按推杆运动副形状分）尖顶推杆/从动件：简单不失真易磨损，丿IJ于低速轻载的场合，如仪表 滚子推杆/从动件：摩擦小，传递大力，应用广，中低速平底推杆/从动件：受力平稳（垂直推杆底部）压力角小，效率高， 润滑好（油膜）高速场合（缺点：易失真）（3）凸轮机构（推杆运动形式）肖】动推杆/从动彳对心直动推杆：从动件血线通过凸轮回转轴线 偏置自动推杆：从动伟由线不通过凸轮回转车嚴 摆动推杆/从动件作平面复杂运动从动件（第98页图4-4）（4）凸轮机构（力锁合方式）力锁合:spring. G等形锁合：（虚约束）（第99页图4・4,4 - 54-6,4 - 7,4 - 8）!.命名：以上分类方法组合：摆动滚子推杆圆柱凸轮机构 偏置直动滚子推枉盘形凸轮机构偏距：e＜偏距圆：以。

为圆心，为半径 4-2从动件的运动规律及其选择一、凸轮与从动件的运动关系:对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构 （起始位置在近休处）推程/推程运动角&（00）升距〃（行程）A-^B B — C C ->DD-^A近休（程）/近休止角歼（0「）凸轮基圆：以凸轮的回转轴心为圆心，以凸轮的最小半径厂为半径所做的圆 基圆半径：厂0称为基圆半径一个运动循环远休（程）/远休止角心（0丿回程/回程运动角巧（00‘） 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）血=0+0s +妇+舊（一般血=2龙）二•从动件的运动规律（推杆的运动规律人S - /(f)指从动件的位移s、速度V、加速度a随时间而变化的规律〈v = v(r)a - d(/)凸轮一般以等角速度⑵运动正比f .・.常用5 （转角）S = s（^）… 70）其中，位移线图最重要a - a （5）图a）的运动规律用图b）表示初始条件推程:z = 0, = 0,5 = 0 冋程：f = 0, = 0, s =力了解位移线图 取如》图轮廓线 哄如 >从动件的运动规律 取决」〉工作要求从动件的运动规律基本运动规律 组合运动规律（常用运动规律）Vdsu匕「+如dva = 一dtd1 2s乔％dv~dt三•从动件运动规律的选择: 考虑：刚性冲击、柔性冲击、vmd速度幅值）、amaxl.vmax :T-> 动量幅值/nvmax T.\ 好（安全、缓冲）v 重载和m大时，要选—定要小的运动规律<2.%3一惯性力幅值曲唤仁丄噺小些好（动压力，震动，磨损）. 高速凸轮应选。

唤小的运动规律参考表4-2 讲基本运动规律（102页表4・1）[ 「一次多项式动规律：（即等速运动规律）：刚性冲击，低速多项式运动规律:二次多项式的运动规律：（常用等加速等减速运动规律） 柔性冲击，中速三角函数运动规律3-4 - 5多项式运动规律： 余弦加速度运动规律（简谐运动规律）：柔性冲击，中速 正弦加速度运动规律（摆线运动规律）:无冲击，高速（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常数，而 在始末两点处速度产生突变d -> 00,惯性力T 8严h h h z c 、v = v^0 = — = —―/ =——G） （d = cott）tr 6/ Sr/coy壬如=0dt dtS =咛 +如2 = V()r = (4^)(-)=字2 or co orhv = 一coa = 0h hs = .….…丄是常数6 6hwv a线图如下:运动开始和终止时，速度有突变Td为03 （理论，无限值）T惯性力T （刚性）冲击T低速场合（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，加速度为常数等加速段：0~乞推程 「2等减速段2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/2XU 2 z/v z/(\ z/(\方程a = a()1 2S = _Q()L2 又・・・t= s=- 代入(3)得2 24/? 4/7 ca

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,fl轮以等角速度e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巧(2)画基0.001 加mm(3) 等分基圆得推杆在反转运动中导轨 占据的各个位置(4) 求推杆在复合运动中占据的位置⑸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"、2心，以滚子半径G为半径，作一系列圆，再作此圆簇的包络线，即为凸轮的轮廓曲线「理论廓线：把滚子中心在复合运动11的轨迹称为凸轮的理论廓线＜实际廓线/工作廓线：把与滚子直接接触的凸轮廓线称为凸轮的实际廓线 凸轮的基圆半径：指理论廓线的基圆半径(等距线)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LmaxW=Lmax+5mm5 •摆动尖顶推杆盘形凸轮机构给出推杆角位移方程cp =阳 相对直动：s （p,h f 已知：】OA、r0> Iab、炉逆时针， 0 =恥）求：图轮廓线绘制：（1）定出O、A基圆、B （以A为圆心，Iab为半径的基圆0o--初位角）（2） 等分（3） 以O为圆心,Ioa为半径，-力转圆，对应上述等分的釦、 A2 以Aj圆心，Iab为半径，与 基圆交于 Bi 使的一射线，以Iab交射线于（即为凸轮上一点）或连OA】使 ZOA/「=0o+的射线，以Iab交射线于点也‘（即为凸轮上一点），同理得 BW•…（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i7=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 叭=15030,巧=120,歼=60 （凸轮的轴的半径rs=20mni）基圆半径 45mmo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“和如绘制、等分r0= 1.75rs+10=1.75X20+l 0=45nnn (2)画基圆：OB —mm(3) 画等分线：①巧可线，并用对应等分线G、C2(4) 截取；截c^=rr,,cv5；=22,・・・・・・(5) 连线:B1B2 (6) 包络线(7) 验算压力角(8) 验算%之值二・(尖顶、滚子从动件盘形凸轮机构的)解析法设计:1 •直动从动件盘形凸轮：(1) 偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构：已知：从动件运动规律s = s((p),偏距e凸轮基圆半径r凸轮顺时针转动 求：图轮廓线方程(解析法)解：建立图示坐标系从动件上B : “ ]=「几+、「XCOS0一 sinCOS0-sin cp$0 + s_y.sinCOS0sin0COS0e凸轮廓线B:COS0— sin旋转矩阵:sin cpCOS0即 尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓方程为:(0 < ^9 < 2龙)(4-1)兀=($0 + $)cos0 - fsin (p y = Go + s)sin 0 + qcos0其中80=/「_护 如图； 可计算和绘出廓线（2 ） 直动滚子从动件盘形凸轮:如图4・11 P107页设理论廓线上各点（滚子圆簇圆心）坐标为（x,y）实际轮廓线上各点（即 包络线上各点）坐标（X,Y）由微分几何可知，以（p^＜（p＜ 2^）为单参数的平面曲线簇（滚子圆）的包络线方 程为Y（x,}＞）=o何 H）二 d（p其中 /（X,Y,0）= O为曲线簇的方程，（此处为滚子圆簇。